專利名稱：一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，屬于納米材料技術領域。
背景技術：
由于聚氨酯具有獨特的柔韌性、耐磨性、耐菌性和耐溶劑性而被廣泛應用于中高檔織物的涂層。近年來，隨著聚氨酯微孔涂層織物和水性聚氨酯薄膜織物的開發，采用溶劑 /非溶劑技術、干法涂層技術、高沸點有機液滴技術和熔融擠出成型等方法制備出的具有防水透氣性能的聚氨酯薄膜在軍用、高檔服裝和醫療用紡織品已有著廣泛的應用。但在實際生產過程中，上述方法存在有過程較為繁瑣、透氣性能低(通常在0. 05cm7cm2/s)、生產成本較高、環境污染嚴重等缺點，而需要進一步改進。
靜電紡絲技術作為一種可制備直徑分布在幾百納米到幾個微米范圍內纖維的簡單而有效的方法，正發展迅速并受到學術界和工業界的廣泛關注。迄今為止，通過熔融和溶液靜電紡絲技術制備的聚合物纖維膜已有上百種，并由于其獨特的優點而被廣泛應用于防護材料、高檔服裝、催化劑載體、生物組織工程、染料敏化太陽能電池、超高靈敏度生物傳感器等領域。發明內容
本發明的目的是提供一種既具有良好的透氣性能，又具有優異的防水性能的聚氨酯納米纖維膜的制備方法。
為了達到上述目的，本發明提供了一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，包括配制聚氨酯質量濃度為8% 15%的聚氨酯溶液，將所得的聚氨酯溶液采用具有多個噴絲頭的靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，形成纖維直徑為20ηπΓ2 μ m、膜厚為 0. 02 mm的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜。
優選地，所述的聚氨酯溶液的溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺，N, N- 二甲基乙酰胺，四氫呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，苯以及甲苯中的一種或二種以上的混合物。
優選地，所述的靜電紡絲裝置的噴絲頭數量為5 10個，溶液輸入到每個噴絲頭上的速度為5-12毫升/小時。
優選地，所述的靜電紡絲時所用的電壓為15-25 kV。
優選地，所述的靜電紡絲過程中環境溫度為15-35 °C。
優選地，所述的靜電紡絲過程中環境相對濕度為20-50%。
優選地，所述的噴絲頭與接收材料之間的垂直間距(即纖維接收距離)為5-15 cm。
優選地，所述的接收材料為錫紙、銅網、織物或無紡布。
本發明的優點如下(1)本發明制備得到的聚氨酯納米纖維膜，既具有優異的透氣性能，又具有良好的防水性能，克服了現有涂覆沉積技術難以制備出既具有透氣性，又具有防水性膜材料的缺點， 能廣泛適用于軍用、高檔服裝和醫療用紡織品、傷口輔料等領域。
(2)本發明制備得到的透氣不透水性能聚氨酯納米纖維膜的透氣性能在0. 4^0. 6 cm3/cm2/s之間，同時，防水性能在3(T36 CmH2O之間，而普通織物幾乎沒有防水性能。
(3)本發明能夠較大量的制備透氣不透水聚氨酯納米纖維膜。以10噴絲頭為例， 再以12 mL/h的溶液輸入速度進行靜電紡絲，聚氨酯納米纖維膜的產率能達到15 g/m2 -h, 與傳統單噴頭靜電紡絲相比，有幾十倍的提高。
具體實施方式
下面結合實施例來具體說明本發明。
實施例1在室溫23 °(下，將4.8 g聚氨酯加入到盛有55. 2 g的N-N-二甲基乙酰胺的密閉器皿中，在磁力攪拌機上以50rpm的轉速攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈無色透明液體，得到質量分數為8 %的聚氨酯溶液。
在室溫15 °C，相對濕度為20%的條件下，采用5噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為5 mL/h，同時將5個噴絲頭連接15 kV的高壓靜電發生器，用鋁箔接收纖維，纖維接收距離為5 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚達 0. 02 mm，產率達3 g/m2 · h，透氣性能指標達0. 42 cm7cm2 · S。在同樣濃度條件下，現有涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0.051 cmVcm2 · So同時，本實施例所得的聚氨酯纖維膜的防水性能為30 CmH2O0
實施例2在室溫23 °C下，將6 g聚氨酯加入到盛有M g的N-N-二甲基甲酰胺的密閉器皿中， 在磁力攪拌機上以IOOrpm的轉速激烈攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈無色透明液體，得到質量分數為10 %的聚氨酯溶液。
在室溫25 0C,相對濕度為20%的條件下，采用5噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為5 mL/h,，同時將5個噴絲頭連接20 kV的高壓靜電發生器，用銅網接收纖維，纖維接收距離為15 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚達 0.02 mm，產率達4 g/m2 · h，透氣性能指標達0. 57 cm7cm2 · S。在同樣濃度條件下，現有涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0.048 cmVcm2 · So同時，本實施例所得的聚氨酯纖維膜的防水性能提高到36. 5 CmH2O0
實施例3在室溫23 °(下，將9.6 g聚氨酯加入到盛有86. 4 g的四氫呋喃的密閉器皿中，在磁力攪拌機上以IOOrpm的轉速激烈攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈無色透明液體， 得到質量分數為10 %的聚氨酯溶液。
在室溫35 0C,相對濕度為30%的條件下，采用8噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為6 mL/h，同時將8個噴絲頭連接25 kV的高壓靜電發生器，用銅網接收纖維，纖維接收距離為10 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚達 0. 02 mm，產率達5 g/m2 · h，透氣性能指標達0. 51 cm3/cm2 · s，防水性能達35 CmH2O0在同樣濃度條件下，現有涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0. 046 cmVcm2 · s。
實施例4在室溫為23 °C的條件下，將14. 4 g聚氨酯加入到盛有81. 6 g的N-N-二甲基甲酰胺的密閉器皿中，在磁力攪拌機上以200rpm的轉速激烈攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解， 溶液呈無色透明液體，得到質量分數為15%的聚氨酯溶液。
在室溫25 0C,相對濕度為40%的條件下，采用8噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為8 mL/h，同時將8個噴絲頭連接25 kV的高壓靜電發生器，用織物或無紡布接收纖維，纖維接收距離為10 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚0.02 mm，產率達9. 6 g/m2 *h，透氣性能指標達0. 55 cm7cm2 *s，防水性能為32 CmH2O0 在同樣濃度條件下，現有涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0. 04 cmVcm2 · S。
實施例5在室溫23°C下，將18 g聚氨酯加入到盛有102 g的四氫呋喃/N-N-二甲基甲酰胺(重量比1/3)溶液的密閉器皿中，在磁力攪拌機上以IOOrpm的轉速激烈攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈淡黃色透明液體，得到質量分數為15 %的聚氨酯溶液。
在室溫35°C，相對濕度為50%的條件下，采用10噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為10 mL/h，同時將10個噴絲頭連接25 kV的高壓靜電發生器，用銅網接收纖維，纖維接收距離為15 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚 0.02 mm，產率達15 g/m2 *h，透氣性能指標達0. 50 cm3/cm2 *s，防水性能達34. 5 CmH2O0在同樣濃度條件下，現有涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0. 04 cmVcm2 · S。
實施例6在室溫23 °(下，將9.6 g聚氨酯加入到盛有110.4 g的四氫呋喃/N-N-二甲基乙酰胺(重量比1/3)溶液的密閉器皿中，在磁力攪拌機上以50rpm的轉速激烈攪拌12小時，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈無色透明液體，得到質量分數為8 %的聚氨酯溶液。
在室溫35 °C，相對濕度為50%的條件下，采用10噴絲頭進行紡絲，每噴絲頭輸送聚氨酯溶液速度為10 mL/h，同時將10個噴絲頭連接20 kV的高壓靜電發生器，用銅網接收纖維，纖維接收距離為12 cm，即得到具有透氣不透水性能的聚氨酯納米纖維膜，纖維膜厚 0. 02 mm，產率達8 g/m2 · h，透氣性能指標達0. 56 cm3/cm2 · s，防水性能達36 CmH2O0在同樣濃度條件下，現有的涂覆沉積方法制備的聚氨酯膜，透氣性能為0. 051 cmVcm2 · s。
在溶液配制及靜電紡絲過程，聚氨酯溶液質量分數及電紡參數的改變，其制備聚氨酯纖維膜的產率有不同程度提高。相對于現有的涂覆沉積制備聚氨酯膜的方法，靜電紡制得的聚氨酯纖維膜的透氣不透水性能更加優異。
權利要求
1.一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，包括配制聚氨酯質量濃度為8% 15%的聚氨酯溶液，將所得的聚氨酯溶液采用具有多個噴絲頭的靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，形成纖維直徑為20ηπΓ2μπι、膜厚為0. 02 mm的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜。
2.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的聚氨酯溶液的溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺，N, N- 二甲基乙酰胺，四氫呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，苯以及甲苯中的一種或二種以上的混合物。
3.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的靜電紡絲裝置的噴絲頭數量為5 10個，溶液輸入到每個噴絲頭上的速度為5-12毫升/ 小時。
4.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的靜電紡絲時所用的電壓為15-25 kV。
5.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的靜電紡絲過程中環境溫度為15-35 °C。
6.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的靜電紡絲過程中環境相對濕度為20-50%。
7.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的噴絲頭與接收材料之間的垂直間距為5-15 cm。
8.如權利要求1所述的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，所述的接收材料為錫紙、銅網、織物或無紡布。
全文摘要
本發明提供了一種透氣不透水聚氨酯納米纖維膜的制備方法，其特征在于，包括配制聚氨酯質量濃度為8%~15%的聚氨酯溶液，將所得的聚氨酯溶液采用具有多個噴絲頭的靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，形成纖維直徑為20nm~2μm、膜厚為0.02mm的透氣不透水聚氨酯納米纖維膜。本發明制備得到的聚氨酯納米纖維膜，既具有優異的透氣性能，又具有良好的防水性能。
文檔編號D04H1/4358GK102517794SQ201110398160
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者丁彬, 俞建勇, 胡娟平, 趙帆, 齊春紅 申請人:東華大學, 江蘇寶澤高分子材料股份有限公司