近日，中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在无氟防水透湿功能纺织品领域取得重要进展，相关成果以《基于无氟水性涂层的环境友好型高性能防水透湿膜》（Fluorine-Free Waterborne Coating for Environmentally Friendly, Robust Water-Resistant, and Highly Breathable Fibrous Textiles, DOI:10.1021/ acsnano.9b08595）为题，发表于纳米材料领域著名期刊《ACS Nano》上，该论文第一作者为纺织学院博士生赵景，共同通讯作者为丁彬研究员和王先锋研究员。
防水透湿膜不仅能够阻止液态水的渗透，同时还能有效传递水蒸汽，在野战军服、高端运动服、医疗卫生、精密电子、建筑材料等领域有着广泛的应用前景。目前市场上的防水透湿膜主要包括聚四氟乙烯（PTFE）疏水微孔膜和热塑性聚氨酯（TPU）亲水无孔膜。PTFE疏水微孔膜虽具有较好的防水透湿性能，但其难以自然降解、生产条件要求高、且技术被外国公司垄断、价格昂贵。TPU亲水膜因其无孔结构而具有较高的耐水压、但其透气性较差、遇水易沾湿变形。因此，如何通过简单可控的工艺制备出环境友好型、高性能防水透湿膜是目前亟待解决的难题。
图1.(a)利用无氟水性交联剂与无氟水性疏水剂对静电纺醋酸纤维素纤维膜进行逐步涂层制备环境友好型无氟防水透湿膜流程示意图；(b)防水透湿示意图；(c)防水透湿实物图；(d)所制备纤维膜的实物图；(e)无氟防水透湿膜的多个潜在应用领域。
面对这一挑战，研究团队创新性地采用水性无氟交联剂（BIC）和水性无氟疏水剂（ECO）对可生物降解的醋酸纤维素（CA）纳米纤维膜基材进行逐步涂层改性，并经过高温热固化处理制备出环境友好型、高性能无氟防水透湿纤维膜，避免了疏水剂中含氟物质和有机溶剂所产生的环境问题，最大限度地提升了环保性能。超支化树枝状大分子聚合物ECO具有较长的碳氢链段，赋予了纤维膜良好的疏水性能。封闭型异氰酸酯交联剂BIC在高温时解封，活性的异氰酸酯基团分别与CA纤维膜和ECO分子中的羟基反应生成氨基甲酸酯基团，将长碳氢链段通过化学键固定在纤维表面。最终所制备的纤维膜耐水压为102.9kPa，透湿量为12.3kg m-2 d-1，拉伸强度为16.0MPa，远远优于其它无氟防水透湿膜。此外，该涂层体系还可用于其它亲水性纤维基材，如聚酰胺6，聚丙烯腈和棉织物，同样可以制备出具有良好防水、透湿性能的功能性纺织品。
该研究提出的利用无氟水性涂层对纤维膜基材进行疏水改性的策略为环境友好型防水透湿材料的设计制备提供了一种新思路。相关研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市青年科技启明星、上海高校特聘教授岗位计划、中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08595
