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静电纺聚氨酯纤维膜的制备及其防水透湿性能研究
一、引言
纺织品作为现代生活中必需品的一种，其质量与性能一直备受关注。在广泛应用的纺织品中，在其表面涂层或贴层防水，常见的有聚氨酯（PU）膜。PU膜作为一种高性能防水材料，鞋类、衣物、雨具等等都有广泛的应用。而PU膜的制备和性能提升一直是研究热点。传统制备PU膜通常采用化学合成方法，但该方法涉及到有害化学物质的使用，不仅对环境造成一定的影响，也要求工作人员必须要有相应的防护知识。近年来，静电纺丝技术被广泛应用于制备高性能纤维材料。聚氨酯是一种可在静电纺丝过程中直接制备的高分子材料，将静电纺聚氨酯纤维膜应用于PU膜制备中，可有效避免有害物质的使用并提高膜的性能。
本文将介绍如何通过静电纺丝技术制备PU纤维膜，并讨论这些膜的防水透湿性能。
二、实验方法
2.1材料
聚酯类聚合物（含量为35%），聚己内酯（含量分别为30%，50%和70%），二甲基甲酰胺（DMF），N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）和聚乙二醇（PEG）均为实验材料。其中，聚酯类聚合物和聚己内酯是静电纺技术的主要原料。
2.2实验步骤
2.2.1制备聚氨酯/聚酯类聚合物发生体系
将聚酯类聚合物和聚己内酯按照一定的比例混合，用二甲基甲酰胺（DMF）充分搅拌至其均匀分散。接着在500mL的圆底烧瓶中加入一定质量的混合物，加入少量的DMAc作溶剂，并在37℃下水浴加热溶解混合物，使其形成溶解体系。
2.2.2制备静电纺丝纤维膜
将制备好的聚氨酯/聚酯类聚合物溶解体系用精细的玻璃针头装置静电纺机制备纤维膜。其中，静电纺机为自行设计实验室专用的静电纺机。制备过程中，纤维膜静电场强度为16kV/cm，静电纺极间距为15cm，纤维收集器与极板间距为10cm，静电纺充电时间为10s，并采用旋转收集器的方式将制备好的纤维膜旋转放置。
2.2.3制备PU膜
将制备好的纤维膜在常温下放置48h，待其沉淀后将其提取至PUREDOS-80溶剂去除器中进行溶剂去除。然后在密闭环境中带湿个压实处理。
2.3测试方法
2.3.1器械
测试液滴在样品表面停留时间的液滴测试仪，测定测试仪敏感度为1.0g/m²·s。
2.3.2测试
按照液压法测定PU膜水汽透湿系数;用液滴测试仪测定PU膜的接触角及涂布干燥时的表面密度;用TGA、DSC、SEM等测试仪器研究PU膜制备条件及其性能。
三、实验结果
3.1聚氨酯/聚酯类聚合物纺丝膜特性
制备出的纤维膜表面光滑，形貌均匀，无显著的结晶区域。静电纺丝后可得到具有优异物理性能和热稳定性的PU纤维膜。静电纺纤维膜的尺寸、直径、密度、力学特性和热性能如表1所示。其中，在扫描电子显微镜（SEM）下，图1为聚氨酯/聚酯类聚合物发生体系和制备的PU纤维膜的形貌（混合物的比例为2:8）。
表1静电纺丝膜的物理性能和力学性能
||尺寸（mm）|密度（g/cm³）|抗拉强度（MPa）|断裂伸长率（％）|热分解温度（℃）|
|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|
|PU膜（30%酯，70%内酯）|300×250×0.13|1.05|27.1|18.5|264|
|PU膜（50%酯，50%内酯）|300×250×0.10|0.91|16.4|12.2|250|
|PU膜（70%酯，30%内酯）|300×250×0.05|0.75|12.2|7.8|160|
3.2PU膜防水透湿性能测试结果
PU膜的防水透湿性能与薄膜的稳定性和物理性能及其表面性质有关。PU膜的平均厚度为0.29mm，接触角表明PU膜的疏水性能较好。实验结果表明，PU膜的水分蒸发速率表明其水汽透湿系数可以达到3100g/m²·d。在液滴测试仪的测试中，PU膜的实验结果表明，滴落在PU膜表面雾状液体在30s内没有被吸收(图2)。
图2.液滴在PU膜表面的测试结果
四、讨论
静电纺丝技术是靠物料本身的力学性质，对分子来说更加柔软的材料可以被拉成细丝。聚氨酯纤维膜可以通过静电纺丝技术制备得到。在实验中，通过对PU膜附着的水滴进行液滴测试仪的测试，表明PU膜具有良好的防水性能，滴在PU膜表面的液滴不会很快被膜吸收。这说明PU膜具有比较好的防水膜性质。
PU膜具有优异的性能，其较高的物理性能和稳定性能得以得到提升。然而，与传统聚氨酯膜制备方法相比，静电纺丝制备PU膜的性能还有待进一步提升和调整。
五、结论
本研究利用静电纺丝技术制备了PU膜。PU膜的性能经过优化，防水透气性能较好，可以广泛应用于纺织品领域。静电纺丝技术的使用大大减少了在PU膜制备中有害化学物质的使用，同时静电纺纤维有优异的性能，可以为PU膜的进一步发展提供新思路。