DOI: 10.1016/j.jcis.2021.05.171

智能膜具有强大的抗液态水和水蒸气传输能力，在个人防护装备和环境保护领域受到越来越多的关注。然而，目前的无氟防水透气纳米纤维膜通常是通过有毒溶剂静电纺丝制备而成的，其对环境的影响备受关注。研究者通过水性静电纺丝技术研制出环保型无氟聚氨酯纳米纤维膜，其具有强大的防水和透气性能，无需后涂层处理。低表面能长链烷基和聚碳二亚胺交联剂的引入使水性无氟聚氨酯纳米纤维膜具有高疏水性的互连多孔通道。水性无氟纳米纤维膜具有137.1°的高水接触角，35.9kPa的稳健静水压力，4885g/m2/d的理想水蒸气透过率，19.9mm/s的优异透气性，372.4％的良好拉伸伸长率和56.9％的显著弹性，为防护用纺织品提供了强大的潜力，并且无有毒溶剂残留。本研究为设计用于医疗卫生、可穿戴电子产品、海水淡化和油/水分离的绿色、高性能纤维材料提供了理论基础。

图1.（a）具有强疏水性和互连多孔结构的水性无氟纳米纤维膜的制备过程示意图。SEM图像显示（b）纳米纤维膜的表面和（c）横截面。（c）的插图是相应的高倍放大图像，比例尺为5μm。（d）膜的防水和透气特性的示意图。照片展示了膜的（e）防水、（f）透气和（g）可拉伸性能。（e）中的比例尺，4cm。

图2.（a）由（a）0、（b）3、（c）6、（d）9和（e）12wt％不同PCE浓度制备的WPU/PCD膜的SEM图像。（f）WPU/PCD纳米纤维的平均直径。误差棒表示每种电纺膜中60根纤维的标准偏差。

图3.（a）WPU/PCD纳米纤维膜中交联结构的形成。（b）PCD和由不同PCE浓度制备的WPU/PCD膜的FTIR光谱。（c）WPU/PCD纳米纤维膜的填充密度、孔隙率、（d）孔径和（e）拉伸应力-应变曲线。误差棒表示三个平行样品的标准偏差。

图4.由（a）5、（b）15和（c）25wt％不同LAE浓度制备的WPU/PCD/LAP纳米纤维膜的SEM图像。（d-f）相应纳米纤维的直径分布。（g）孔径分布，（h）膜的Dmax和Dmean，以及（i）孔隙率。误差棒表示三个平行实验数据的标准偏差。

图5.（a）由不同LAE浓度制备的WPU/PCD/LAP纳米纤维膜的XPS光谱。（b）WPU/PCD/LAP-0和（c）WPU/PCD/LAP-2膜的XPS高分辨率C1s光谱。（d）纳米纤维膜的WCA。（e）WPU/PCD/LAP-2膜随洗涤时间的WCA变化。（f）膜的静水压力。误差棒表示三个平行实验数据的标准偏差。

图6.（a）由不同LAE比例制备的WPU/PCD/LAP纳米纤维膜的WVT率。WPU/PCD/LAP-2纳米纤维膜在不同（b）温度（T）和（c）相对湿度（RH）下的WVT率。误差棒表示三个平行样品的标准偏差。对膜在不同（d）温度和（e）相对湿度下的水蒸气渗透率进行模拟。

图7.（a）WPU/PCD/LAP-2膜在加载和卸载循环期间随应变幅度增加的拉伸应力-应变曲线。（b）应变为300％的多循环拉伸试验。（c）杨氏模量、能量损失系数、最大应力以及（d）弹性与拉伸循环之间的关系。误差棒表示三个平行实验数据的标准偏差。（e）纳米纤维膜在三个结构层面的受力情况示意图：膜的多孔结构、单根纳米纤维和相分离异质结构与交联网络的结合。