一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及透气膜技术领域，具体涉及一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜及其制备方法。


背景技术：

2.防水透气性微孔膜，因其具有阻水渗透、透气的特性，在防护服、膜蒸馏、制药、组织工程等领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。一般来说，这些膜是由疏水原料制成的，具有具有丰富的孔结构，这些孔是相互连接的通道，能够使小尺寸的气体和蒸汽渗透进来，但阻止液态水湿润和渗透。理想情况下，不仅要求孔隙大小要小到足以承受液态水的渗透，而且要求孔隙率要尽可能高，以最大限度地提高蒸汽的透射。目前开发防水透气性微孔膜的策略包括熔体吹制、熔融熔融和热拉伸。然而，这些方法工艺复杂、成本高，同时孔隙大小和孔隙率调节困难，使得制备的膜不能满足防水透气的要求。因此，设计一种新颖、简便的方法，来制备具有高防水性和良好透气性的先进微孔膜至关重要。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供了一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜及其制备方法。
4.本发明提供如下技术方案：
5.一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于，一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜可以通过以下方法制备：首先制备修饰剂，具体过程如下，将单体和软链剂以及溶剂加入到反应器中，加热搅拌一段时间，加入扩链剂，继续加热搅拌一段时间，然后加入添加剂，氟化剂继续加热搅拌一段时间，最后加入中和剂，冷却至室温后加入去离子水，得到乳浊液备用；然后将聚丙烯腈溶解在dmf溶剂中，利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维膜，然后将聚丙烯纤维膜浸没到修饰剂的乳浊液中，一段时间后干燥，即可制备出改性的聚丙烯腈纤维防水透气膜。
6.所述单体为2,4
‑
甲苯二异氰酸酯、4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯以及其他多异氰酸酯等中的一种或者多种。
7.所述软链剂是分子量为200
‑
10000的聚四氢呋喃(ptmeg)。
8.所述扩链剂是1，4一丁二醇(bdo)、1，6一己二醇、甘油、三甘醇、新戊二醇(npg)、山梨醇、二乙氨基乙醇(deae)、乙二胺(da)、n，n
‑
二羟基(二异丙基)苯胺(hpa)等。还有氢醌一二(β一羟乙基)醚(hqee)等中的一种或多种。
9.所述添加剂是2,2
‑
二羟甲基丙酸、二羟甲基丙丁。
10.所述氟化剂是全氟己基乙基醇、全氟辛基乙基醇、全氟丁基乙基醇等中的一种或多种。
11.所述中和剂是二乙胺、三乙胺等中的一种或多种。
12.一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜及其制备方法，包括以下步骤：
13.首先制备修饰剂，具体过程如下，将单体和软链剂以及n,n
‑
二甲基甲酰胺(dmf)加
入到反应器中，加热搅拌一段时间，单体浓度5wt.％
‑
70wt.％之间，单体和软链剂之间的质量比为1:10
‑
10:1之间，加热温度为40
‑
100℃，搅拌速度为100r/min
‑
1000r/min之间，反应时间为0.1
‑
10h之间。然后加入扩链剂，继续反应0.1h
‑
10h，扩链剂与单体质量比为1:20
‑
1:1，然后加入添加剂，氟化剂50
‑
100℃加热反应0.1h
‑
10h，添加剂与单体质量比为1:10
‑
1:1，氟化剂与单体质量比为1:10
‑
5:1。最后加入中和剂，中和剂与单体质量比为1:10
‑
1:1，冷却至室温后加入去离子水，得到乳浊液备用。将聚丙烯腈溶解在dmf溶剂中，其浓度范围为2wt.％
‑
30wt.％。利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维膜，静电纺丝装置电压为25kv,注射器流速为0.1ml/h
‑
1l/h,环境温度为25℃，湿度为45％。然后将聚丙烯纤维膜浸没到浓度为0.1wt.％
‑
20wt.％修饰剂的乳浊液中，1min
‑
10h后干燥，即可制备出改性的聚丙烯腈纤维防水透气膜。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明方法简便，环保，成本低，适合规模化生产。同时本发明通过修饰剂浓度和浸没时间的调控，能够控制薄膜结构，实现特殊功能性的提升。本发明所述的纤维膜改性后，能够调控孔结构，获得高防水和透气性能以及优异的机械性能，具有更大的应用前景。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施例1首先制备修饰剂，具体过程如下，将20g 2,4
‑
甲苯二异氰酸酯和17g分子量为1000的聚四氢呋喃以及26g n,n
‑
二甲基甲酰胺(dmf)加入到反应器中，60℃加热，200r/min搅拌1h。然后加入3g三甘醇，继续反应0.5h，然后加入4.5g 2,2
‑
二羟甲基丙酸，10g全氟己基乙基醇70℃加热反应1h。最后加入3.5g三乙胺，冷却至室温后加入160ml去离子水，得到乳浊液备用。配置浓度为10wt.％的聚丙烯腈dmf溶液。利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维膜，静电纺丝装置电压为25kv,注射器流速为10ml/h，环境温度为25℃，湿度为45％。然后将聚丙烯纤维膜浸没到浓度为5wt.％修饰剂的乳浊液中，5min后70℃干燥10h。
17.实施例2首先制备修饰剂，具体过程如下，将40g 4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯和35g分子量为1000的聚四氢呋喃以及50g n,n
‑
二甲基甲酰胺(dmf)加入到反应器中，60℃加热，200r/min搅拌1h。然后加入3g三甘醇，继续反应0.5h，然后加入4.5g 2,2
‑
二羟甲基丙酸，10g全氟己基乙基醇70℃加热反应1h。最后加入3.5g三乙胺，冷却至室温后加入160ml去离子水，得到乳浊液备用。配置浓度为12wt.％的聚丙烯腈dmf溶液。利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维膜，静电纺丝装置电压为25kv,注射器流速为1ml/h，环境温度为25℃，湿度为45％。然后将聚丙烯纤维膜浸没到浓度为5wt.％修饰剂的乳浊液中，5min后70℃干燥10h。
18.实施例3首先制备修饰剂，具体过程如下，将20g 4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯和16g分子量为1000的聚四氢呋喃以及25g n,n
‑
二甲基甲酰胺(dmf)加入到反应器中，60℃加热，200r/min搅拌1h。然后加入3g三甘醇，继续反应1h，然后加入4.5g 2,2
‑
二羟甲基丙酸，10g全氟己基乙基醇70℃加热反应1.5h。最后加入3.5g三乙胺，冷却至室温后加入160ml去离子水，得到乳浊液备用。配置浓度为8wt.％的聚丙烯腈dmf溶液。利用静电纺丝技术制备
聚丙烯腈纤维膜，静电纺丝装置电压为25kv,注射器流速为0.1l/h，环境温度为25℃，湿度为45％。然后将聚丙烯纤维膜浸没到浓度为5wt.％修饰剂的乳浊液中，5min后70℃干燥10h。
19.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于所述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是所述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于，一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜可以通过以下方法制备：首先制备修饰剂，具体过程如下，将单体和软链剂以及溶剂加入到反应器中，加热搅拌一段时间，加入扩链剂，继续加热搅拌一段时间，然后加入添加剂，氟化剂继续加热搅拌一段时间，最后加入中和剂，冷却至室温后加入去离子水，得到乳浊液备用；然后将聚丙烯腈溶解在dmf溶剂中，利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纤维膜，然后将聚丙烯纤维膜浸没到修饰剂的乳浊液中，一段时间后干燥，即可制备出改性的聚丙烯腈纤维防水透气膜。2.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述单体为2,4
‑
甲苯二异氰酸酯、4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯以及其他多异氰酸酯等中的一种或者多种。3.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述软链剂是分子量为200
‑
10000的聚四氢呋喃(ptmeg)。4.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述扩链剂是1，4一丁二醇(bdo)、1，6一己二醇、甘油、三甘醇、新戊二醇(npg)、山梨醇、二乙氨基乙醇(deae)、乙二胺(da)、n，n
‑
二羟基(二异丙基)苯胺(hpa)等。还有氢醌一二(β一羟乙基)醚(hqee)等中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述添加剂是2,2
‑
二羟甲基丙酸、二羟甲基丙丁。6.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述氟化剂是全氟己基乙基醇、全氟辛基乙基醇、全氟丁基乙基醇等中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜，其特征在于：所述中和剂是二乙胺、三乙胺等中的一种或多种。
技术总结
本发明公开了一种改性电纺聚丙烯腈纤维防水透气膜及其制备方法，所述的纤维膜是采用氟化聚氨酯(WFPU)对聚丙烯腈纤维膜进行改性，调控孔结构，能够获得高防水和透气性能。此外，本发明所述透气膜制备工艺简单、环保，而且其机械性能优异，适用于防护服、航空航天、建筑材料等领域，具有较大的应用前景。具有较大的应用前景。


技术研发人员：周贤敏 邓忠文
受保护的技术使用者：重庆中膜科技集团有限公司
技术研发日：2021.03.03
技术公布日：2021/6/29