摘要：集光学透明性、防水性和透气性于一身的功能性纤维膜在广泛的应用中需求量很大。然而，由于与制造相关的重大技术困难，这些材料仍然发展不佳。此外，由于普遍使用有害溶剂，现有的制造工艺引发了环境和健康问题。

五邑大学黄钢教授&赵景副教授等人：轻松制备环保且机械坚固的透明、防水透气纤维膜

集光学透明性、防水性和透气性于一身的功能性纤维膜在广泛的应用中需求量很大。然而，由于与制造相关的重大技术困难，这些材料仍然发展不佳。此外，由于普遍使用有害溶剂，现有的制造工艺引发了环境和健康问题。

基于此，五邑大学黄钢教授、赵景副教授、王先锋教授、冯其副教授合作，提出了一种安全、简便、高效的制造透明、防水和透气膜（TWBMs）的方法，该方法采用环保工艺，结合使用乙醇作为绿色溶剂的静电纺丝技术和无氟石蜡乳液涂层的热固化技术。静电纺丝工艺涉及乙醇溶性聚酰胺/水性聚合物异氰酸酯纤维，蜡涂层使纤维膜具有出色的防水性能，同时提高了机械强度。然后，应用优化的热固化工艺来实现精确控制的多孔结构和膜厚度，从而产生高透明度，同时保留对确保透气性至关重要的微孔结构。所制备的膜具有90%的高透光率，111.4 kPa的优异耐水性和5.3 kg m - 2 d - 1的水蒸气透气性，其综合性能远远优于市售透明材料。相关研究内容以“Facile fabrication of environmentally friendly and mechanically robust transparent, waterproof, and breathable fibrous membranes”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journa》上。

透明、防水和透气膜（TWBMs）制备过程：

1、静电纺丝制备 EPA/API 纤维：首先，以乙醇作为溶剂，将 EPA 芯片溶解在无水乙醇中，接着在持续机械搅拌下缓慢加入API 乳液，从而制备出均匀的 EPA/API 静电纺丝溶液，通过静电纺丝获得EPA/API 纤维。

2、浸渍 PWE 乳液：将制备好的 EPA/API 纤维浸渍到水性、无氟的 PWE 乳液中，使纤维表面覆盖 PWE，赋予膜优异的疏水性、减小孔径并增强粘结结构。

3、热固化处理：把浸有 PWE 乳液的 EPA/API@PWE 膜在烘箱中干燥后，对其中的 EPA/API@PWE - 3 膜在不同温度下的烘箱中进行热固化处理。这不仅能够精确控制膜的多孔结构和厚度，确保在保持透气性所需的微孔结构的同时实现高透明度，而且还显著增强了所得 EPA/API@PWE 纳米纤维膜（NFMs）的机械强度。

图 2. 不同 PWE 浓度（0、1、3 和 5 wt%）的 PWE 涂覆 EPA/API 纳米纤维膜（NFMs）的表征。

图 3. 在不同固化温度下获得的 EPA/API@PWE - 3 纳米纤维膜（NFMs）的扫描电子显微镜（SEM）图像：(a) 120°C、(b) 150°C、(c) 180°C 和 (d) 210°C。在不同固化温度下获得的 EPA/API@PWE - 3 纳米纤维膜样品的表征：(e) 厚度、(f) 孔隙率和 dmax、(g) 水接触角（WCA）。(h) 展示在 150°C 固化温度下获得的纳米纤维膜样品柔韧性的光学图像。

本研究针对缺乏兼具光学透明性、防水性和透气性的功能性纤维膜这一问题，提出了一种简便高效的方法来制备高性能、环保的透明防水透气膜（TWBMs）。制备方法结合了一种环保的静电纺丝工艺，该工艺采用乙醇作为绿色溶剂，使用 EPA 和 API 作为静电纺丝材料，以及一种热固化技术，该技术采用无氟的 PWE 涂层材料，这种材料可减小孔径、增强粘结结构强度，且其低表面能赋予了优异的疏水性。然后，通过优化的热固化过程获得精确控制的多孔结构和膜厚度。结果，原本随机的纤维网络保持了其固有的透气性，同时大幅减少了光传输过程中的损失，从而使膜具备了所需的光学透明性。在 150°C 固化温度下制备的 EPA/API@PWE - 3 透明防水透气膜展现出了令人瞩目的特性，包括 111.4 kPa 的出色静水压力、5.3 kg・m⁻²・d⁻¹ 的适度透湿性、90% 的优异透光率、21.2 MPa 的中等拉伸强度和 568% 的伸长率。因此，本研究为下一代透明防水透气膜的制备提供了有价值的见解，并为众多新应用的开发铺平了道路。

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来源：海棠科技圈