专利名称：一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，属于纳米材料技术领域。
背景技术：
由于聚氨酯具有独特的柔韧性、耐磨性、耐菌性和耐溶剂性而被广泛应用于中高档织物的涂层。近年来，随着聚氨酯微孔涂层织物和水性聚氨酯薄膜织物的开发，采用溶剂 /非溶剂技术、干法涂层技术、高沸点有机液滴技术和熔融挤出成型等方法制备出的具有防水透气性能的聚氨酯薄膜在军用、高档服装和医疗用纺织品已有着广泛的应用。但在实际生产过程中，上述方法存在有过程较为繁琐、透气性能低(通常在0. 05cm7cm2/s)、生产成本较高、环境污染严重等缺点，而需要进一步改进。
静电纺丝技术作为一种可制备直径分布在几百纳米到几个微米范围内纤维的简单而有效的方法，正发展迅速并受到学术界和工业界的广泛关注。迄今为止，通过熔融和溶液静电纺丝技术制备的聚合物纤维膜已有上百种，并由于其独特的优点而被广泛应用于防护材料、高档服装、催化剂载体、生物组织工程、染料敏化太阳能电池、超高灵敏度生物传感器等领域。发明内容
本发明的目的是提供一种既具有良好的透气性能，又具有优异的防水性能的聚氨酯纳米纤维膜的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括配制聚氨酯质量浓度为8% 15%的聚氨酯溶液，将所得的聚氨酯溶液采用具有多个喷丝头的静电纺丝装置进行静电纺丝，形成纤维直径为20ηπΓ2 μ m、膜厚为 0. 02 mm的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜。
优选地，所述的聚氨酯溶液的溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺，N, N- 二甲基乙酰胺，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，苯以及甲苯中的一种或二种以上的混合物。
优选地，所述的静电纺丝装置的喷丝头数量为5 10个，溶液输入到每个喷丝头上的速度为5-12毫升/小时。
优选地，所述的静电纺丝时所用的电压为15-25 kV。
优选地，所述的静电纺丝过程中环境温度为15-35 °C。
优选地，所述的静电纺丝过程中环境相对湿度为20-50%。
优选地，所述的喷丝头与接收材料之间的垂直间距(即纤维接收距离)为5-15 cm。
优选地，所述的接收材料为锡纸、铜网、织物或无纺布。
本发明的优点如下(1)本发明制备得到的聚氨酯纳米纤维膜，既具有优异的透气性能，又具有良好的防水性能，克服了现有涂覆沉积技术难以制备出既具有透气性，又具有防水性膜材料的缺点， 能广泛适用于军用、高档服装和医疗用纺织品、伤口辅料等领域。
(2)本发明制备得到的透气不透水性能聚氨酯纳米纤维膜的透气性能在0. 4^0. 6 cm3/cm2/s之间，同时，防水性能在3(T36 CmH2O之间，而普通织物几乎没有防水性能。
(3)本发明能够较大量的制备透气不透水聚氨酯纳米纤维膜。以10喷丝头为例， 再以12 mL/h的溶液输入速度进行静电纺丝，聚氨酯纳米纤维膜的产率能达到15 g/m2 -h, 与传统单喷头静电纺丝相比，有几十倍的提高。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例1在室温23 °(下，将4.8 g聚氨酯加入到盛有55. 2 g的N-N-二甲基乙酰胺的密闭器皿中，在磁力搅拌机上以50rpm的转速搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈无色透明液体，得到质量分数为8 %的聚氨酯溶液。
在室温15 °C，相对湿度为20%的条件下，采用5喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为5 mL/h，同时将5个喷丝头连接15 kV的高压静电发生器，用铝箔接收纤维，纤维接收距离为5 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚达 0. 02 mm，产率达3 g/m2 · h，透气性能指标达0. 42 cm7cm2 · S。在同样浓度条件下，现有涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0.051 cmVcm2 · So同时，本实施例所得的聚氨酯纤维膜的防水性能为30 CmH2O0
实施例2在室温23 °C下，将6 g聚氨酯加入到盛有M g的N-N-二甲基甲酰胺的密闭器皿中， 在磁力搅拌机上以IOOrpm的转速激烈搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈无色透明液体，得到质量分数为10 %的聚氨酯溶液。
在室温25 0C,相对湿度为20%的条件下，采用5喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为5 mL/h,，同时将5个喷丝头连接20 kV的高压静电发生器，用铜网接收纤维，纤维接收距离为15 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚达 0.02 mm，产率达4 g/m2 · h，透气性能指标达0. 57 cm7cm2 · S。在同样浓度条件下，现有涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0.048 cmVcm2 · So同时，本实施例所得的聚氨酯纤维膜的防水性能提高到36. 5 CmH2O0
实施例3在室温23 °(下，将9.6 g聚氨酯加入到盛有86. 4 g的四氢呋喃的密闭器皿中，在磁力搅拌机上以IOOrpm的转速激烈搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈无色透明液体， 得到质量分数为10 %的聚氨酯溶液。
在室温35 0C,相对湿度为30%的条件下，采用8喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为6 mL/h，同时将8个喷丝头连接25 kV的高压静电发生器，用铜网接收纤维，纤维接收距离为10 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚达 0. 02 mm，产率达5 g/m2 · h，透气性能指标达0. 51 cm3/cm2 · s，防水性能达35 CmH2O0在同样浓度条件下，现有涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0. 046 cmVcm2 · s。
实施例4在室温为23 °C的条件下，将14. 4 g聚氨酯加入到盛有81. 6 g的N-N-二甲基甲酰胺的密闭器皿中，在磁力搅拌机上以200rpm的转速激烈搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解， 溶液呈无色透明液体，得到质量分数为15%的聚氨酯溶液。
在室温25 0C,相对湿度为40%的条件下，采用8喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为8 mL/h，同时将8个喷丝头连接25 kV的高压静电发生器，用织物或无纺布接收纤维，纤维接收距离为10 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚0.02 mm，产率达9. 6 g/m2 *h，透气性能指标达0. 55 cm7cm2 *s，防水性能为32 CmH2O0 在同样浓度条件下，现有涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0. 04 cmVcm2 · S。
实施例5在室温23°C下，将18 g聚氨酯加入到盛有102 g的四氢呋喃/N-N-二甲基甲酰胺(重量比1/3)溶液的密闭器皿中，在磁力搅拌机上以IOOrpm的转速激烈搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈淡黄色透明液体，得到质量分数为15 %的聚氨酯溶液。
在室温35°C，相对湿度为50%的条件下，采用10喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为10 mL/h，同时将10个喷丝头连接25 kV的高压静电发生器，用铜网接收纤维，纤维接收距离为15 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚 0.02 mm，产率达15 g/m2 *h，透气性能指标达0. 50 cm3/cm2 *s，防水性能达34. 5 CmH2O0在同样浓度条件下，现有涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0. 04 cmVcm2 · S。
实施例6在室温23 °(下，将9.6 g聚氨酯加入到盛有110.4 g的四氢呋喃/N-N-二甲基乙酰胺(重量比1/3)溶液的密闭器皿中，在磁力搅拌机上以50rpm的转速激烈搅拌12小时，直至聚氨酯完全溶解，溶液呈无色透明液体，得到质量分数为8 %的聚氨酯溶液。
在室温35 °C，相对湿度为50%的条件下，采用10喷丝头进行纺丝，每喷丝头输送聚氨酯溶液速度为10 mL/h，同时将10个喷丝头连接20 kV的高压静电发生器，用铜网接收纤维，纤维接收距离为12 cm，即得到具有透气不透水性能的聚氨酯纳米纤维膜，纤维膜厚 0. 02 mm，产率达8 g/m2 · h，透气性能指标达0. 56 cm3/cm2 · s，防水性能达36 CmH2O0在同样浓度条件下，现有的涂覆沉积方法制备的聚氨酯膜，透气性能为0. 051 cmVcm2 · s。
在溶液配制及静电纺丝过程，聚氨酯溶液质量分数及电纺参数的改变，其制备聚氨酯纤维膜的产率有不同程度提高。相对于现有的涂覆沉积制备聚氨酯膜的方法，静电纺制得的聚氨酯纤维膜的透气不透水性能更加优异。
权利要求
1.一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括配制聚氨酯质量浓度为8% 15%的聚氨酯溶液，将所得的聚氨酯溶液采用具有多个喷丝头的静电纺丝装置进行静电纺丝，形成纤维直径为20ηπΓ2μπι、膜厚为0. 02 mm的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜。
2.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的聚氨酯溶液的溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺，N, N- 二甲基乙酰胺，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，苯以及甲苯中的一种或二种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝装置的喷丝头数量为5 10个，溶液输入到每个喷丝头上的速度为5-12毫升/ 小时。
4.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝时所用的电压为15-25 kV。
5.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝过程中环境温度为15-35 °C。
6.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝过程中环境相对湿度为20-50%。
7.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的喷丝头与接收材料之间的垂直间距为5-15 cm。
8.如权利要求1所述的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述的接收材料为锡纸、铜网、织物或无纺布。
全文摘要
本发明提供了一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括配制聚氨酯质量浓度为8%~15%的聚氨酯溶液，将所得的聚氨酯溶液采用具有多个喷丝头的静电纺丝装置进行静电纺丝，形成纤维直径为20nm~2μm、膜厚为0.02mm的透气不透水聚氨酯纳米纤维膜。本发明制备得到的聚氨酯纳米纤维膜，既具有优异的透气性能，又具有良好的防水性能。
文档编号D04H1/4358GK102517794SQ201110398160
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者丁彬, 俞建勇, 胡娟平, 赵帆, 齐春红 申请人:东华大学, 江苏宝泽高分子材料股份有限公司