一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜及其制備方法，特別是涉及一種利用反向氣流噴吹輔助成網的靜電噴射乳液制備納米蛛網防水透濕膜的加工技術，具體是：靜電噴射過程中，以反向氣流在平行于聚合物乳液液滴的噴射方向對液滴進行噴吹，促使液滴在電場中飛行時受力變形形成液膜，進而相分離形成具有穩定六邊形網孔結構的二維網狀材料。該納米蛛網防水透濕膜的特點為蛛網覆蓋面積為100％、結構完整性好、平均孔徑為10～200nm、孔隙率≥80％。該防水透濕膜耐水壓≥120kPa，透濕通量≥15000g/m2/d，在戶外運動服裝、野戰軍服等領域具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜及其制備方法
本專利技術屬靜電噴射
，涉及一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜及其制備方法，特別是涉及一種利用反向氣流噴吹輔助成網的靜電噴射乳液制備納米蛛網防水透濕膜的加工技術。
技術介紹
人們在戶外環境中難免遭遇暴雨、嚴寒等惡劣天氣，傳統服裝易被雨雪浸濕且存在汗液難以及時排出的缺陷，會產生粘濕、寒冷等不適感甚至引起凍傷等傷害，因此穿著兼具防水和透濕(排汗)功能的服裝已成為抵御惡劣天氣的重要途徑之一。防水透濕微孔膜作為防水透濕功能服裝的核心材料，要求其具有較小的孔徑(以保證較好的防水性)和較高的空隙率(以保證較高的透濕)。靜電紡纖維膜以其纖維直徑小、孔徑小、孔隙率高等結構優勢，在高性能防水透濕微孔膜加工領域具有巨大的應用潛力。目前公開的靜電紡纖維基防水透濕微孔膜的技術包括：一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法(CN102517794A)、一種高效防水透濕面料及其制備方法(CN102632648A)、一種防水透濕多功能復合微/納米面料及其制備方法(CN103388265A)、防水透濕織膜的制備方法、防水透濕織物及其制備方法(CN103437072A)、一種防水透濕復合膜及其制備方法(CN103963393A)等都是將聚合物溶液進行靜電紡絲，其制備的纖維膜中孔徑和孔隙率依然較低并且難以控制，導致防水透濕性能均較低(耐水壓＜40kPa，透濕通量＜9000g/m2/d)，從而限制了靜電紡纖維基防水透濕膜的應用性能。而近期被發現的納米蛛網是一種新穎的靜電紡纖維結構，該結構通常存在于超細靜電紡纖維支架之間，是具有類似于蜘蛛網、肥皂泡結構的二維網狀纖維膜材料，網中纖維的平均直徑為5～30nm，孔徑在20～300nm之間。目前公開的靜電紡納米蛛網的技術包括：專利CN102704028A公開了“一種間位芳綸納米蛛網纖維膜的制備方法”，其通過配置間位芳綸電紡原料，并將間位芳綸電紡原料加入到靜電紡絲裝置中進行靜電紡絲，制得間位芳綸納米蛛網纖維膜。專利CN101564914公開了一種“納米蛛網/納米纖維復合型防護材料的制備方法”，其通過配置一定濃度的高分子電紡溶液并進行靜電紡絲，紡出的絲用一層基材接收后再覆蓋一層頂材，熱壓得到納米蛛網/納米纖維多層復合型防護材料。這些專利都是將聚合物溶液進行靜電紡絲，雖制備出直徑小、孔徑小的蛛網結構，但其制備的網狀結構是以纖維為支架且間有納米蛛網的復合材料，其孔隙率低、覆蓋面積小，難以得到完全是蛛網結構的材料，無法滿足防水透濕實際應用的需求。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜及其制備方法，特別是提供了一種利用反向氣流噴吹為輔助手段的靜電噴射乳液制備納米蛛網防水透濕膜的加工技術，能夠制備小孔徑、高孔隙率、高覆蓋面積(100％)、尺寸可控的具有穩定六邊形網孔結構的納米蛛網防水透濕膜。聚合物乳液在靜電噴射的過程中，受到電場力、空氣阻力、反向氣流阻力、靜電斥力和表面張力的綜合作用。乳液液滴在高壓電場力作用下變形，因表面張力的作用而收縮，受到空氣阻力和反向氣流阻力的作用而被擠壓成薄的液膜，還受到靜電斥力的作用而逐漸膨脹，液膜逐漸的變薄并快速的膨脹，最終經相分離分裂成網。通過本專利技術可以獲得尺寸和結構精確可控的納米蛛網防水透濕膜，從而提高了其在戶外運動服裝、野戰軍服等領域的應用能力。本專利技術的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，是在靜電噴射過程中，以反向氣流在平行于聚合物乳液液滴的噴射方向對液滴進行噴吹，促使液滴在電場中飛行時受力變形形成液膜，進而相分離，在接收基材表面形成納米蛛網防水透濕膜；所述納米蛛網防水透濕膜為具有穩定六邊形網孔結構的二維網狀材料。所得納米蛛網防水透濕膜的耐水壓≥120kPa，透濕通量≥15000g/m2/d。作為優選的技術方案：如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述反向氣流的噴吹流速為1～100m/s。反向氣流可由靜電噴射箱體的進、出氣系統之間的氣壓差產生。在靜電噴射箱體靠近基材的一面有一個進氣系統，可作為反向氣流噴吹裝置(與乳液噴射方向相反)，靠近噴射噴管的一面有一個出氣系統。通過調節進、出氣系統之間的氣壓差，可提供具有一定速度(1～100m/s)的反向氣流。反向氣流的作用是：聚合物乳液在靜電場的作用下，會產生大量帶電液滴，帶電液滴在高電場力的作用下飛向接收極板，靜電噴射單元中的進、出氣系統之間的氣壓差所導致的反向氣流會對帶電液滴產生一個反作用力，使其受到擠壓逐漸的由液滴變成液膜，有利于與其他受力一起作用促使液膜分裂成網。如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述聚合物乳液的性質：質量濃度為2～40％，表面張力范圍為10～50mN/m，電導率范圍為0.05～10mS/cm。因其乳液性質不同，在噴射過程中乳液液滴所受的作用力也有所不同，因此靜電噴射過程中所用的工藝參數(電壓和氣流噴吹速度)也有所區別：當乳液電導率為0.05～4.0mS/cm時，電壓為96～120kV；乳液電導率為4.1～7.0mS/cm時，電壓為76～95kV；當乳液電導率為7.1～10.0mS/cm時，電壓為50～75kV。當乳液表面張力為10～25mN/m時，氣流噴吹速度為1～35m/s；當乳液表面張力為26～35mN/m時，氣流噴吹速度為36～65m/s；當乳液表面張力為36～50mN/m時，氣流噴吹速度為66～100m/s。如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述聚合物乳液為純聚合物乳液或含有至少一種無機鹽的聚合物乳液。如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述純聚合物乳液為聚氨酯乳液、聚丙烯酸酯乳液、有機硅乳液、聚苯乙烯乳液、聚醋酸乙烯乳液、聚乳酸-己內酯乳液、聚乳酸-聚氧化乙烯乳液、聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、有機硅-丙烯酸酯共聚乳液中的一種或任意幾種的組合。所述純聚合物乳液可通過一種或任意幾種乳液的組合來調節乳液性質，不同乳液所含的表面活性劑含量及種類各不同，組合后制得的乳液的表面張力也有一個范圍(10～50mN/m)，若乳液的表面張力較小，乳液液滴在電場中飛行時易被拉伸而經相分離成網，因此所需要的氣流噴吹阻力較小，對應的氣流噴吹速度較小。如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述含有至少一種無機鹽的聚合物乳液為無機鹽與純聚合物乳液的混合物，所述的無機鹽為氯化鈣、氯化鋰、氯化鉀、氯化鈉、氯化鐵、氯化鋅、氯化鋇、氯化鎂、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、硝酸銀、硝酸銅、硝酸鈉、亞硫酸鈉和溴化鋰中的任意一種或幾種的混合物。無機鹽的作用機理為：無機鹽添加到聚合物乳液中，這些鹽分解生成正離子和負離子，增加了乳液中粒子的數量，從而提高了其電導率。高電導率的聚合物乳液形成的液滴，其受到的電場力作用較大，進而受到的空氣阻力的作用也比較大，有利于液滴的受壓變形。如上所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，所述無機鹽的加入量為所述聚合物乳液總質量的0.01～15％；配置過程：先將無機鹽加入到去離子水中，并超聲1～20個小時，然后將純聚合物乳液加入其中，并用磁力攪拌裝置連續攪拌5～24小時，配制成均勻且穩定的乳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征是：靜電噴射過程中，以反向氣流在平行于聚合物乳液液滴的噴射方向對液滴進行噴吹，促使液滴在電場中飛行時受力變形形成液膜，進而相分離，在接收基材表面形成納米蛛網防水透濕膜；所述納米蛛網防水透濕膜為具有穩定六邊形網孔結構的二維網狀材料；所得納米蛛網防水透濕膜的耐水壓≥120kPa，透濕通量≥15000g/m2/d。

【技術特征摘要】
1.一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征是：靜電噴射過程中，以反向氣流在平行于聚合物乳液液滴的噴射方向對液滴進行噴吹，促使液滴在電場中飛行時受力變形形成液膜，進而相分離，在接收基材表面形成納米蛛網防水透濕膜；所述納米蛛網防水透濕膜為具有穩定六邊形網孔結構的二維網狀材料；所得納米蛛網防水透濕膜的耐水壓≥120kPa，透濕通量≥15000g/m2/d。2.根據權利要求1所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物乳液的性質：質量濃度為2～40％，表面張力范圍為10～50mN/m，電導率范圍為0.05～10mS/cm。3.根據權利要求1所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征在于，所述反向氣流的噴吹流速為1～100m/s；當聚合物乳液表面張力為10～25mN/m時，反向氣流噴吹速度為1～35m/s；當聚合物乳液表面張力為26～35mN/m時，反向氣流噴吹速度為36～65m/s；當聚合物乳液表面張力為36～50mN/m時，反向氣流噴吹速度為66～100m/s。4.根據權利要求1所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物乳液為純聚合物乳液或含有至少一種無機鹽的聚合物乳液。5.根據權利要求4所述的一種靜電噴射納米蛛網防水透濕膜的制備方法，其特征在于，所述純聚合物乳液為聚氨酯乳液、聚丙烯酸酯乳液、有機硅乳液、聚苯乙烯乳液、聚醋酸乙烯乳液、聚乳酸-己內酯乳液、聚乳酸-聚氧化乙烯乳液、聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、有機硅-丙烯酸酯共聚乳液中的一種或任意幾種的組合。6.根據權利要求4所述的一種靜電噴射納米蛛網...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁彬，生俊露，李洋，張世超，趙景，張龍威，田海洋，孫剛，俞建勇，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：上海;31