近日，我校紡織科技創新中心俞建勇院士及丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在無氟防水透濕功能紡織品領域取得重要進展，相關成果以《基於無氟水性塗層的環境友好型高性能防水透濕膜》（Fluorine-Free Waterborne Coating for Environmentally Friendly, Robust Water-Resistant, and Highly Breathable Fibrous Textiles, DOI:10.1021/ acsnano.9b08595）為題🤱🏼，發表於納米材料領域著名期刊《ACS Nano》上，該論文第一作者為紡織學院博士生趙景，共同通訊作者為丁彬研究員和王先鋒研究員💆♂️。
防水透濕膜不僅能夠阻止液態水的滲透，同時還能有效傳遞水蒸汽🦪，在野戰軍服🪃、高端運動服、醫療衛生、精密電子、建築材料等領域有著廣泛的應用前景。目前市場上的防水透濕膜主要包括聚四氟乙烯（PTFE）疏水微孔膜和熱塑性聚氨酯（TPU）親水無孔膜。PTFE疏水微孔膜雖具有較好的防水透濕性能，但其難以自然降解🤙🏼、生產條件要求高、且技術被外國公司壟斷♚、價格昂貴🐦⬛🤦🏿♂️。TPU親水膜因其無孔結構而具有較高的耐水壓👆🏼、但其透氣性較差⌛️、遇水易沾濕變形🏦。因此😠，如何通過簡單可控的工藝製備出環境友好型、高性能防水透濕膜是目前亟待解決的難題。
圖1.（a）利用無氟水性交聯劑與無氟水性疏水劑對靜電紡醋酸纖維素纖維膜進行逐步塗層製備環境友好型無氟防水透濕膜的流程示意圖🤾🏽；（b）防水透濕示意圖💹；（c）防水透濕實物圖；（d）所製備纖維膜的實物圖🏌🏼；（e）無氟防水透濕膜的多個潛在應用領域。
面對這一挑戰，研究團隊創新性地采用水性無氟交聯劑（BIC）和水性無氟疏水劑（ECO）對可生物降解的醋酸纖維素（CA）納米纖維膜基材進行逐步塗層改性，並經過高溫熱固化處理製備出環境友好型、高性能無氟防水透濕纖維膜，避免了疏水劑中含氟物質和有機溶劑所產生的環境問題，最大限度地提升了環保性能。超支化樹枝狀大分子聚合物ECO具有較長的碳氫鏈段，賦予了纖維膜良好的疏水性能🧛🏽♀️🥩。封閉型異氰酸酯交聯劑BIC在高溫時解封，活性的異氰酸酯基團分別與CA纖維膜和ECO分子中的羥基反應生成氨基甲酸酯基團，將長碳氫鏈段通過化學鍵固定在纖維表面。最終所製備的纖維膜耐水壓為102.9kPa⚇，透濕量為12.3kg m-2 d-1👧🏿，拉伸強度為16.0MPa，遠遠優於其它無氟防水透濕膜💮。此外，該塗層體系還可用於其它親水性纖維基材，如聚酰胺6🔣👬，聚丙烯腈和棉織物，同樣可以製備出具有良好防水、透濕性能的功能性紡織品。
該研究提出的利用無氟水性塗層對纖維膜基材進行疏水改性的策略為環境友好型防水透濕材料的設計製備提供了一種新思路。相關研究成果得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金👞、上海市青年科技啟明星🧸、上海高校特聘教授崗位計劃、中央高校基本科研業務費等項目的資助♿。