DOI: 10.1002/mame.202100823

静电纺丝是制备聚合物纳米纤维膜和垫子的领先工艺。不幸的是，该工艺通常需要将聚合物溶解在有毒溶剂中，从而带来了一系列健康和环境问题。在此，本研究证实可以通过静电纺丝技术制备出聚氨酯（PU）纤维膜，然后，使用水作为每个加工步骤的唯一溶剂进行功能化。首次以聚环氧乙烷（PEO）为模板聚合物，对分散体形式的水性聚氨酯（WBPU）进行静电纺丝。在水中通过洗涤循环去除PEO后，膜显示出受初始聚合物组分比例影响的物理化学性质，在较高PU量下观察到较高的力学性能和疏水性。然后利用生物基单宁酸（TA）水溶液对膜的表面性质进行改性。每个TA分子中含有大量的没食子酰基单元，因此可以通过超分子氢键将其有效锚定在纤维表面。通过改变TA的用量和洗涤循环的顺序，可以对膜的润湿性进行调整，从而扩大膜的应用范围。最后，研究者使用自制的无针发射器在高流速下进行高效静电纺丝，通过完全环保的绿色加工为工业生产铺平了道路。

图1.（a）WBPU-PEO配方的稳态粘度曲线，（b）根据Carreau-Yasuda模型计算的WBPU-PEO配方零剪切粘度对WBPU含量的依赖性。

图2.不同浓度WBPU配方的流变曲线。

图3.所制备膜的形态与纤维直径分布。WBPU-0在（a）中显示，WBPU-0.5在（b）中显示，WBPU-1在（c）中显示，WBPU-2在（d）中显示，WBPU-3在（e）中显示，WBPU-4在（f）中显示，WBPU-5在（g）中显示，WBPU-6在（h）中显示。

图4.所制备（黑色方块）和洗涤（红色圆圈）膜的纳米纤维直径对WBPU含量的依赖性。

图5.洗涤后膜的形态与纤维直径分布。WBPU-1在（a）中显示，WBPU-2在（b）中显示，WBPU-3在（c）中显示，WBPU-4在（d）中显示，WBPU-5在（e）中显示，WBPU-6在（f）中显示。

图6.使用无针发射器静电纺丝WBPU-6。a）发射器的整体视图。插图显示了喷射射流的间隙。b）静电纺丝WBPU-6溶液期间的发射器，黄色箭头显示从间隙发射的可见射流。

图7.所有制备（a）和洗涤的WBPU6（b）膜的热谱图。（a）中的插图报告了WBPU薄膜的热性能。

图8.（a）洗涤后WBPU膜的应力-变形曲线。（b）杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率对WBPU含量的依赖性。

图9.（a）通过单轴拉伸试验获得WBPU-6垫洗涤之前（虚线）和之后（实线）的应力-变形曲线。（b-d）洗涤步骤之前（空心符号）和之后（实心符号），膜的杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率对WBPU含量的依赖性。

图10.（a）WBPU-6以及各种TA_W膜的SEM显微照片：（b）用0.1wt%TA溶液处理的WBPU-6，（c）用0.5wt%TA溶液处理的WBPU-6，（d）用1wt%TA溶液处理的WBPU-6，（e）用3wt%TA溶液处理的WBPU-6和（f）用5wt%TA溶液处理的WBPU-6。

图11.原始洗涤的WBPU-6膜（蓝色），经0.1wt%TA溶液处理然后用水洗涤的WBPU-6（绿色），经0.5wt%TA溶液处理然后用水洗涤的WBPU-6（橙色），纯单宁酸（黄色）的IR光谱。

图12.通过单轴拉伸试验获得用去离子水洗涤（棕线）以及在用水洗涤之前用5wt%TA溶液处理（绿线）的WBPU-6的应力-变形曲线。

图13.0、0.1wt%、1wt%和5wt%TA功能化WBPU-6的WCA。

图14.WBPU-6膜经洗涤，然后用a）0.1wt%TA和b）5wt%TA的单宁酸溶液处理得到的W_TA_W膜的SEM照片。TA处理后，再次用水洗涤膜。

图15.WBPU-6经洗涤和TA处理后得到的W_TA_W膜的WCA。