抗菌性聚氨酯纳米纤维膜的制备及其防水透湿性能研究

发布时间：2018-03-23 22:30

本文选题：聚氨酯　切入点：抗菌　出处：《东华大学》2017年硕士论文

【摘要】：防水透湿功能膜,作为防水透湿织物的核心功能层,兼具防水、透湿、防风和保暖性能,其不仅能防止雨雪的浸湿,还能将人体的汗液及时排出,使人感到舒适。此外,汗液、皮脂腺的分泌会滋生大量的微生物,对人体造成危害,对功能膜进行抗菌处理具有重要意义。市场上无孔型的Sympatex薄膜,因其孔道封闭保证其具有较高的耐水压,但透湿通量小;Gore-tex公司的PTFE微孔膜虽然综合防水透湿性能优异,但其制备技术难度高、价格昂贵且废弃后难降解。因此开发兼具高耐水压、高透湿通量、工艺简单、低成本环保型及多功能化(如抗菌、抗静电、远红外保暖等)的微孔膜是防水透湿膜材料发展的重要趋势。静电纺纤维膜具有孔隙率高、孔径小、加工成形简单、原料适应性广等优点,因此静电纺丝是制备防水透湿膜的一种常用方法。本课题以聚氨酯(PU)为原料,含氟聚氨酯(FPU)和氯化锂(Li Cl)为添加物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,有机抗菌剂(SCJ)为抗菌处理剂,制备抗菌性PU防水透湿纳米纤维膜。并对其结构、抗菌性能、防水透湿性能和力学性能等进行研究,旨在获得综合性能优异的纤维膜。在众多的纺丝原料中,PU弹性体作为一种绿色环保的原料,具有良好的耐磨性、高弹性以及热力学稳定性等特点,可提高纤维膜的力学性能。在PU弹性体原料中,PU-4394(记作PU-A)制备的纤维膜粘结结构少,耐水压低,透湿量高;而PU-9370AU(记作pu-b)制备的纤维膜粘结结构多,耐水压高,透湿量低。因而本课题综合两种pu的优势,采用混纺方法制备具有高耐水压和高透湿量的纤维膜。通过在溶液中加入fpu赋予纤维膜疏水性能;在溶液中加入licl调控纤维膜的结构;通过用scj浸泡处理纤维膜,赋予其优异的抗菌性能,保护人体免受细菌感染。本实验依次改变pu-a溶液的浓度(12wt%、14wt%、16wt%、18wt%)、fpu的浓度(0wt%、1wt%、2wt%、3wt%)和licl的浓度(0wt%、0.0015wt%、0.003wt%、0.0045wt%)来调控纤维膜的形貌及疏水性能。当溶液浓度为16wt%时,纤维膜表面无珠粒且纤维直径较细;当fpu浓度为2wt%时纤维膜的疏水性能较好;当licl浓度为0.003wt%时纤维直径较细且纺丝时不喷液。同理分析得pu-b最优溶液配比为:pu-b浓度为12wt%;fpu浓度为2wt%;licl浓度为0.003wt%。为了研究两种pu溶液混纺对纤维膜结构与性能的影响,本实验首先调控pu-a和pu-b溶液的喷头比例(5/0、3/2、2/3、0/5),实验结果表明:随着纤维膜中pu-b含量的增加,纤维膜中粘结结构增多,纤维直径变细、纤维膜孔径及孔隙率降低、纤维膜的拉伸强度增加、耐水压提高和透湿量下降。通过对比纤维膜的综合性能,选取最优喷头比例为3/2。然后通过调控纤维膜的厚度(10μm、25μm、40μm、55μm)来优化纤维膜的结构与性能,所得纤维膜粘结结构增加,孔径减小、孔隙率提高、耐水压上升和透湿量下降。厚度在40μm时纤维膜综合性能较优异。最后研究scj的浓度(0wt%、1wt%、3wt%、5wt%、7wt%)对纤维膜抗菌率及结构性能的影响,结果表明在SCJ浓度为3wt%时,纤维膜综合性能较好。综上所述,本实验制备的纤维膜具有优异的抗菌性能、防水透湿性能、防风性能及力学性能:抗菌率为99.3%、耐水压为75.9k Pa、透湿量为11.2kg·m-2·d-1、透气率为6.5mm·s-1、强度为11.3MPa及断裂伸长率为389.9%。基于以上优异的性能,纤维膜在防护服装、过滤、手术衣等防水透湿领域具有广阔的应用前景。
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【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ342.8;TB383.2

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