水性含氟聚氨酯的合成及其在防水透湿领域的应用.

学校代码：10255

学号：2120216

东华大学硕士学位论文

水性含氟聚氨酯的合成及其在防水透湿领域的应用SYNTHESIS OF WATERBORNE FLUORINATED POLYURETHANE AND APPLICATION IN WATERPROOF AND BREATHABLE FABRIC

专业：化学

作者姓名：王佳琦

指导老师：丁彬教授

答辩日期：2015年01月14日

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水性含氟聚氨酯的合成及其在防水透湿领域的应用

摘要

防水透湿织物是指具有优异防水、透湿、透气性能的功能型织物。目前市场上对防水透湿面料的需求量逐渐增加，这主要得益于其优良的性能。即使在极端的条件下，用作服装面料的防水透湿织物也能够阻挡风、雨和化学试剂等对人体产生的不利影响；同时，它又具有很好的透气性能。防水透湿织物的应用已不仅限于传统的军需用品和专业化的医疗防护用品，户外休闲运动服装也可以使用防水透湿织物。传统的防水透湿织物具有优异的防水、防风性能，但其透湿性能较低，从而导致服装舒适感下降。防水和透湿性能是防水透湿织物两个非常重要的性能指标。因此，开发出一种具有良好的防水性能和较高透湿水平的防水透湿面料具有重要意义。

静电纺丝技术可用于制备直径范围在几十个纳米到几个微米内的纤维膜。这种高新技术的出现可以在维持织物高水平防护性能的同时获得优异的透湿性。但是在此过程中会使用大量的有机溶剂，会对环境造成污染。因此，我们采用自主合成的水性含氟聚氨酯（WFPU）改性静电纺纤维膜使其具有防水透湿性能。WFPU兼具软硬段两相微结构的优势以及表面能低、耐热耐水解等优异性能，同时由于其含氟链段短，无生物累积性和生物迁移性，且降解产物无毒无害，因而符合当今环保化的发展方向。

本课题首先以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、聚四亚甲基醚二醇（PTMG）、三乙二醇（TEG）、2-（全氟己基）乙基醇（TEOH-6）、2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）及三乙胺（TEA）为原料，在聚合物链端引入含氟基团制得稳定的WFPU。并利用红外（FT-IR）、核磁（NMR）对所合成的WFPU的结构进行表征，研究了-NCO/-OH（R 值）、亲水基团和疏水基团的含量对WFPU的疏水性、粒径、贮存稳定性及热稳定性的影响。结果表明当R值为1.0，DMPA的含量为8.0wt%，TEOH-6含量为12wt%时，WFPU的疏水性、粒径及稳定性能达到最佳。

我们选用自主合成的WFPU改性静电纺PAN纤维膜。通过WFPU 改性的静电纺防水透湿纳米纤维膜具有超疏水、孔径可控和优异的力学性能等特点。PAN纤维膜是亲水型纳米纤维膜，不利于其在防水透湿领域的应用。但由于WFPU将氟引入，改性后的PAN纤维膜具有超疏水性（前进接触角为159°）。同时由于WFPU的引入使得相邻纤维间产生了大量的粘连结构，改变了PAN纤维膜的孔结构，使得改性后的PAN纤维膜具有优异的防水透湿性能。本课题主要讨论了静电纺纤维膜的结构及WFPU对防水透湿性能的影响。结果表明：WFPU改性的PAN纤维膜具有83.4Kpa的耐水压，9.2kg/m2/d的透湿性能，5.9mm/s的透气性和14.4MPa的力学强度。因此，这种纤维膜在防护服、生物分离、膜蒸馏、组织工程和制药工程等领域具有巨大的潜在应用。

关键字：水性含氟聚氨酯、防水透湿、静电纺丝、表面润湿性、孔结构

SYNTHESIS OF WATERBORNE FLUORINATED POLYURETHANE AND APPLICATION IN

WATERPROOF AND BREATHABLE FABRIC

ABSTRACT

Waterproof and breathable fabric is a kind of functional fabric with outstanding waterproofness, moisture permeable properties and ventilation properties. At present, the demand of waterproof and breathable fabric is gradually increasing in market, owing to its excellent performance.Even in extreme conditions, waterproof and breathable fabric can resist the wind, rain and chemical reagents having adverse effect on the human body. At the same time, it also can have good air permeability. Furthermore its application is not limited to traditional military supplies and professional medical protective products, it can also use in daily life like outdoor leisure sports clothing.The traditional waterproof and breathable fabric has excellent performance of waterproof and windproof, but its moisture permeability is low, which leads to people’s discomfort feel for the clothing. Waterproof and breathable properties are both two important performances indexes of waterproof and breathable fabric. Therefore, it has an important significance for develop waterproof and breathable fabric which has excellent waterproof performance and high moisture levels.

Electrospinning has become widely applied technique to fabricate polymer fibers in diameters of tens of nanometers to micrometers. The advent of novel technique such as electrospinning may raise the level of air permeability while maintaining the high level of water protection. But in the process will use a large amount of organic solvent, which will result in environmental pollution. Therefore, we use our synthesis waterborne fluorinated polyurethane to modify electrospun fiber membrane, and then has good waterproof and breathable permeability. The waterborne fluorinated polyurethane has advantages of two-phase microstructure of soft and hard segment structure and low surface energy, heat hydrolysis resistance and other excellent properties. At the same time, because of the fluorinated chain segment is short, there is no bioaccumulation and biological migration, and the degradation product is non-toxic harmless, which accord with the environmental protection development direction.

The subject synthesis waterborne fluorinated polyurethane use TEOH-6, MDI, PTMG, DMPA