[发明专利]一种超疏水透湿纳米纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超疏水透湿纳米纤维膜及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。包括：配制疏水SiO₂和全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯的PAN溶液作为纺丝液，采用液喷纺丝工艺通过高速气流直接吹喷纺丝液沉积在接收网上，形成三维堆砌多孔结构的纳米纤维膜，再通过热处理增加纤维膜的力学强度，使其具有接触角超150°的超疏水特性且透湿率超过12kg/m²/d，可用于制作户外服装、鞋套和袖套等服用产品。本发明采用液喷纺丝技术无需高压电场牵伸纤维，同轴纺丝针之间无影响，且距离越近越容易最大化利用高压气流动能，增加生产效率，从而更有利于实现纳米纤维膜的规模化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种超疏水透湿纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

防水透湿膜通过自身的多孔效应有效阻止外界液态水的渗透，同时还能快速传递湿热蒸汽，该类膜被广泛应用于医疗、建筑、航空航天、电子科技等领域的防护及日常制品，成熟的多孔膜制备工艺主要包括熔融纺丝拉伸、热致相分离、流延平板等技术。

纳米纤维膜由于其将自身纳米级纤维通过层层堆叠的方式形成超细纤维无纺布，通过纤维间的微孔形成多孔筛分效应，其优点是可以通过控制孔径达到控制水分子通过的目的，从而一定程度上取代多孔膜用于户外服装产品，但其不足也非常明显，一是由于纤维层之间结合力不够产生的强力低问题，一是目前常用的静电纺丝效率低导致产能限制，使得大规模生产受到局限。

专利CN112575444A公开了一种多喷头静电纺丝装置，优化了喷头设计和分布并采用了恒温供液系统，对纺丝液粘度进行精密控制，同时在接收时利用热风负压方式控制纤维间粘结和多孔结构，实现了连续化宽幅膜的制备，改善了纳米纤维膜中纤维粘合性低的缺点，提高膜强度；专利CN112160072A采用同轴静电纺丝技术，使用同轴针头将相变材料负载到纤维内部，赋予材料调温功能，获得具有调温性能的防水透湿膜；专利CN104452109B提出在静电纺丝过程中，以空气或非溶剂蒸气的侧向气流对聚合物溶液射流以一定的夹角进行吹喷，加速射流中聚合物分子相分离并固化成纤的速度以提高纺丝效率，制得高透湿通量纤维基防水透湿膜。然而由于静电纺丝过程中纺丝针间距过小会导致电场紊乱，进而影响纺丝质量。为保证制品质量，宽幅化多喷头的纺丝针间距必须较大，这导致在有限空间内难以分布较多纺丝针，影响了产量，导致该项技术难以产业化发展。

发明内容

为克服现有技术中纳米纤维膜生产效率低、膜强度差且防水效果不佳的问题，本发明的主要目的是提供一种超疏水透湿纳米纤维膜的制备方法，采用高速气流直接吹喷掺有疏水二氧化硅(SiO₂)和全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯(FM)的PAN溶液，通过液喷纺丝工艺在接收网上形成三维堆砌多孔结构的纳米纤维膜，再通过热处理改善纤维膜的力学强度。

本发明的另一目的是提供一种超疏水透湿纳米纤维膜，通过液喷纺丝工艺得到。

本发明的再一目的是提供上述超疏水透湿纳米纤维膜在服用产品中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种超疏水透湿纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备纺丝液：称取PAN粉末、疏水SiO₂和FM溶解于N，N二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂中均匀混合，室温搅拌形成黄色透明状的纺丝液，消泡待用；

(2)液喷纺丝：将上述纺丝液倒入注射泵中，设置推进速度，将注射泵的出液口通过进液管与喷嘴联通，将喷嘴、调压阀、高压气罐通过气管相连，装上同轴纺丝针，多个喷嘴依序调整；打开调压阀和注射泵，纺丝液被推进至喷嘴内，并由同轴纺丝针的出口处流出，随即被高速气流吹喷沉积在接收网上，形成三维堆砌多孔结构的纳米纤维膜；其中通过调整接收网与同轴纺丝针的间距、调压阀的压力以及更换不同孔径的同轴纺丝针改变上述纳米纤维膜的沉积结构；