【知织不倦】无氟超疏水防水透湿功能膜材料研究取得重要进展

近期，我院丁彬研究员带领的“功能纳米纤维材料”研究团队在无氟超疏水防水透湿功能膜材料制备方面取得了新突破。

相关研究成果以“Robust fluorine-free superhydrophobic amino-silicone oil/SiO₂ modification of electrospun polyacrylonitrile membranes for waterproof-breathable application”为题发表在界面材料研究领域权威杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 15139-15147.）。

防水透湿功能膜因其在抵御外界雨雪侵袭的同时，还能及时排出人体剧烈运动时产生的汗液蒸汽，而在户外防护服装、军用服装和医疗卫材等领域具有广泛的应用。

（图片来自网络）

目前市售含氟类防水透湿膜虽具有较优的防水透湿性能，但含氟聚合物降解产生的全氟辛烷磺酰基化合物存在生物累积性、远距离迁移性和潜在毒性等问题，严重威胁人体健康和生态环境。

因此开发无氟环保型的膜材料是防水透湿领域的重要发展方向。此外，具有超疏水功能的防水透湿膜因其在自清洁、防冰及户外帐篷等领域的潜在应用，也引起了研究人员的广泛关注。

研究者以具有高孔隙率的聚丙烯腈（PAN）静电纺纳米纤维膜为模板，利用氨基硅油（ASO）和SiO₂纳米颗粒对PAN纳米纤维膜进行涂层改性，制得了具有较好防水透湿性能的耐磨、耐酸碱的无氟超疏水PAN@ASO/SiO₂功能膜。

无氟超疏水防水透湿纳米纤维膜的制备示意图及其应用性能展示

无氟疏水剂ASO和纳米颗粒的引入赋予了纤维膜具有低表面能的多级粗糙结构，使其表现出超疏水性，接触角高达162^o。

同时，SiO₂纳米颗粒不仅分散在单纤维上，还覆盖在相邻纤维间的粘连结构上，纳米颗粒的填充进一步降低了纤维膜的孔径，使得纤维膜在保证舒适性的同时具有较好的防水性能：耐水压为74.3kPa、透湿量为11.4kg m^-2 d^-1、透气率为20.5mm s^-1。

此外，纤维膜的耐磨和耐酸碱实验结果表明，ASO/SiO₂改性后的PAN@ASO/SiO₂纤维膜经40次磨损实验及强酸强碱溶液（pH：0-12）处理后，依然可以保持其粗糙结构而具有超疏水特性，纤维膜超疏水性的耐久性极大地扩展了其在极端天气下防护服装领域的实际应用。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委、。