CN109337110B - 防水透气膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水透气膜的制备方法，包括以下步骤：将多巴胺溶于甲醇中，得多巴胺溶液；将多元胺溶于水中，得多元胺溶液；将酰氯溶于有机溶剂中，得酰氯溶液；将基膜于所述多巴胺溶液中浸泡，干燥，得第一基膜；将所述第一基膜于所述多元胺溶液中浸泡，干燥，得第二基膜；将所述酰氯溶液淋洗在所述第二基膜，干燥，得防水透气膜；所述酰氯具有式(I)所示结构：
Description
技术领域
本发明涉及薄膜领域，特别是涉及防水透气膜及其制备方法。
背景技术
防水透气膜，有的也叫做防水透湿膜，是指一种薄膜，可以在防水的同时，允许空气或水蒸气透过，起到既防水，又透气的作用，最早出现并应用在纺织物材料上，用来制作户外运动服，这样就可以起到防止水渗入衣物内的同时，又可以起到透气的作用，使得皮肤的汗液蒸汽可以及时蒸发出去，避免汗液蒸汽皮肤和衣物之间冷凝聚集，增加衣服穿着的舒适度。
目前市场上常见的防水透气膜主要分为三种，一种是微孔膜，以聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，这些薄膜通过一定的加工工艺在制作出来时就具备一定数目和尺寸的微孔，一般微孔的直径在0.1-20μm之间，这样的尺寸允许水蒸气或其他气体通过，却可以有效防止水滴通过。但是这种薄膜对尺寸的大小和数目要求较为苛刻，导致加工工艺复杂，成本较高。另外一种则采用亲水性薄膜，比如使用聚乙烯醇，聚乙二醇等亲水性聚合物制备的薄膜，通过亲水基团分子与水蒸汽的作用实现防水透气的功能，第三种则是在普通的多孔膜上面涂覆一层聚合物涂层，该涂层会在表面形成一层结构较为疏松的膜，通过调节聚合物涂层的疏松程度来实现防水透气功能。
第三种聚合物涂层常用的聚合物有聚氨酯，聚酰胺，聚丙烯酸酯等聚合物，通常通过涂布将预聚物或单体均匀地铺在多孔膜表面，然后再通过加热，紫外，微波等方式将反应物聚合固化成膜，通过调节聚合物的量和聚合度来控制薄膜的致密度，从而实现防水透气功能。
以上防水透气膜的防水和透气效果有待加强。
发明内容
基于此，本发明提供一种防水透气膜的制备方法，制得的防水透气膜具有更优异的防水透气功能。
具体技术方案为：
一种防水透气膜的制备方法，包括以下步骤：
将多巴胺溶于甲醇中，得多巴胺溶液；将多元胺溶于水中，得多元胺溶液；将酰氯溶于有机溶剂中，得酰氯溶液；
将基膜于所述多巴胺溶液中浸泡，干燥，得第一基膜；
将所述第一基膜于所述多元胺溶液中浸泡，干燥，得第二基膜；
将所述酰氯溶液淋洗在所述第二基膜，干燥，得防水透气膜；
所述酰氯具有式(I)所示结构：
其中，3≤n≤5。
在其中一个实施例中，所述n＝3。
在其中一个实施例中，所述多元胺具有式(II)所示结构：
其中，2≤m≤5。
在其中一个实施例中，所述m＝2。
在其中一个实施例中，所述有机溶剂选自二氯甲烷。
在其中一个实施例中，所述多巴胺溶液中的浓度为8-12mM；所述多元胺溶液的浓度为8-12mM；所述酰氯溶液的浓度为8-12mM。
在其中一个实施例中，在所述多巴胺溶液中浸泡的时间为6h-8h；在所述多元胺溶液中浸泡的时间为0.5h-2h。
在其中一个实施例中，所述基膜为聚砜膜。
在其中一个实施例中，所述聚砜膜的制备方法包括以下步骤：
将聚砜溶于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，得聚砜溶液，所述聚砜的重量百分比为10％-25％；
将所述聚砜溶液均匀地铺在玻璃板上；
配置水相溶液，将涂覆完聚砜溶液的所述玻璃板于所述水相溶液中浸泡1min-10min，即得。
本发明还提供一种防水透气膜，其由上述制备方法制得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用界面聚合反应，结合特定结构的多元酰氯和多元胺，制备了聚酰胺防水透气膜。其中，多元酰氯和多元胺均具有长链醚氧键结构，一方面，这种结构的多元酰氯和多元胺的分子量更大，酰胺化反应形成的网状结构更为致密和多层；另一方面，较多的醚氧链具有一定的亲水性，可以通过对水蒸气中的水分子的吸附解吸附过程来实现透气过程。搭配采用便捷高效的界面聚合反应方法，在聚酰胺防水透气膜上引入长链的醚氧链结构，制备的聚酰胺防水透气膜结合了调节聚合物涂层微孔结构的机理和亲水基团的吸附解吸附的机理，起到了更好的防水透气效果。同时，基膜表面的多巴胺涂层有多余的胺基和羟基，具有增强基膜粘结性的作用，有利于聚酰胺膜层的性能稳定。并且，多巴胺也参与上述酰胺化反应，增强膜层的防水透气功能。
采用本发明界面反应制得的防水透气膜，其透湿量达到6500g/(m2·24)以上，耐静水压达到700mmH2O/m2以上，能够应用于对防水透气性要求较高的纺织服饰、建筑板材、帐篷等领域。并且，可通过调整多元胺和酰氯的浓度，调节涂层厚度，不易出现涂层不均匀、涂层过厚或过薄的情况。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合具体实施例对本发明的防水透气膜及其制备方法作进一步详细的说明。
以下具体实施方式中所用的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
实施例1
聚砜膜的制备：将聚砜溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，聚砜的重量百分比为15％，将聚砜溶液均匀地铺在一块干净的玻璃板上。配置水相溶液，其中，DMF的重量百分比为1％，月桂醇硫酸钠的重量百分比为0.5％，余量为水。将涂覆完聚砜溶液的玻璃板浸泡在水相溶液中5分钟，取出后，用去离子水清洗即得聚砜膜。
将聚砜膜浸泡在pH在8.5左右的多巴胺的甲醇溶液中，浸泡时间为6h，在聚砜膜表面形成一层淡黑色的多巴胺涂层。其中，多巴胺的浓度为10Mm，用三羟甲基氨基甲烷进行pH值调节。将浸泡后的聚砜膜反复用去离子水淋洗，最后在惰性气体下干燥，得第一基膜。
然后将带有多巴胺涂层的聚砜膜(第一基膜)浸泡在多元胺溶液中，浸泡时间为1小时，多元胺的浓度为10mM，多元胺的分子结构如下：
将浸泡完全的第一基膜放在滤纸上吸去多余的溶液，得第二基膜，将第二基膜转移到干净的玻璃皿中。
将酰氯溶于二氯甲烷中，得酰氯溶液，浓度为10mM，酰氯的分子结构如下：
用注射器抽取配置好的酰氯溶液，缓慢地淋洗在第二基膜表面，使得酰氯可以与吸附在多孔膜表面的多元胺以及多巴胺的胺基进行反应，形成聚酰胺。静置五分钟后，将淋洗酰氯溶液后的第二基膜于惰性气体氛围下缓慢干燥，即得防水透气膜。
将上述防水透气膜进行性能测试，测试方法如下：
耐静水压测试方法根据JIS L1092的标准进行测试，透湿度根据JIS L1099的标准进行测试
经测试，实施例1的防水透气膜的透湿量为6600g/(m2·24)，耐静水压为：700mmH2O/m2。
实施例2
采用与实施例1相同的制备方法制备聚砜膜。
将聚砜膜浸泡在pH在8.5左右的多巴胺的甲醇溶液中，浸泡时间为7h，在聚砜膜表面形成一层淡黑色的多巴胺涂层。其中，多巴胺的浓度为10Mm，用三羟甲基氨基甲烷进行pH值调节。将浸泡后的聚砜膜反复用去离子水淋洗，最后在惰性气体下干燥，得第一基膜。
然后将带有多巴胺涂层的聚砜膜(第一基膜)浸泡在多元胺溶液中，浸泡时间为0.5小时，多元胺的浓度为8mM，多元胺的分子结构如下：
将浸泡完全的第一基膜放在滤纸上吸去多余的溶液，得第二基膜，将第二基膜转移到干净的玻璃皿中。
将酰氯溶于有机溶剂中，得酰氯溶液，浓度为12mM，酰氯的分子结构如下：
用注射器抽取配置好的酰氯溶液，缓慢地淋洗在第二基膜表面，使得酰氯可以与吸附在多孔膜表面的多元胺以及多巴胺的胺基进行反应，形成聚酰胺。静置五分钟后，将淋洗酰氯溶液后的第二基膜于惰性气体氛围下缓慢干燥，即得防水透气膜。
采用与实施例1相同的测试方法，对实施例2的防水透气膜进行性能测试，实施例2防水透气膜的透湿量为6800g/(m2·24)，耐静水压为：720mmH2O/m2。
实施例3
采用与实施例1相同的制备方法制备聚砜膜。
将聚砜膜浸泡在pH在8.5左右的多巴胺的甲醇溶液中，浸泡时间为8h，在聚砜膜表面形成一层淡黑色的多巴胺涂层。其中，多巴胺的浓度为10Mm，用三羟甲基氨基甲烷进行pH值调节。将浸泡后的聚砜膜反复用去离子水淋洗，最后在惰性气体下干燥，得第一基膜。
然后将带有多巴胺涂层的聚砜膜(第一基膜)浸泡在多元胺溶液中，浸泡时间为1.5小时，多元胺的浓度为12mM，多元胺的分子结构如下：
将浸泡完全的第一基膜放在滤纸上吸去多余的溶液，得第二基膜，将第二基膜转移到干净的玻璃皿中。
将酰氯溶于有机溶剂中，得酰氯溶液，浓度为8mM，酰氯的分子结构如下：
用注射器抽取配置好的酰氯溶液，缓慢地淋洗在第二基膜表面，使得酰氯可以与吸附在多孔膜表面的多元胺以及多巴胺的胺基进行反应，形成聚酰胺。静置五分钟后，将淋洗酰氯溶液后的第二基膜于惰性气体氛围下缓慢干燥，即得防水透气膜。
采用与实施例1相同的测试方法，对实施例3的防水透气膜进行性能测试，实施例3防水透气膜的透湿量为6700g/(m2·24)，耐静水压为：750mmH2O/m2。
对比例1
对比例1提供一种防水透气膜，与实施例1的制备方法基本相同，区别在于，多元胺为己二胺，酰氯为均苯三甲酰氯。
采用与实施例1相同的测试方法，对对比例1的防水透气膜进行性能测试，对比例1防水透气膜的透湿量为3500g/(m2·24)，耐静水压为：500mmH2O/m2。
对比例2
对比例2提供一种防水透气膜，与实施例1的制备方法基本相同，区别在于，多元胺为N,N'-双(2-羟乙基)草酰胺，酰氯为富马酰氯。
采用与实施例1相同的测试方法，对实施例2的防水透气膜进行性能测试，实施例2防水透气膜的透湿量为3600g/(m2·24)，耐静水压为：460mmH2O/m2。
对比分析可知，实施例1-3的防水透气膜的透湿量均达到6500g/(m2·24)以上，耐静水压均达到700mmH2O/m2以上，说明采用实施例1-3的制备方法制得的防水透气膜具有较好的防水和透气效果。对比例1以常规的多元胺和酰氯为原料，制备的防水透气膜的透湿量和耐静水压均较小，不适用于在对防水透气要求较高的领域中应用。对比例2在常规的多元胺和酰氯上引入其他亲水基团，相对于实施例1，其防水透气效果较弱，说明采用界面聚合反应制备的防水透气膜受到多元胺和酰氯上的亲水基团的结构的影响较大。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种防水透气膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多巴胺溶于甲醇中，得多巴胺溶液，所述多巴胺溶液中的浓度为8-12mM；将多元胺溶于水中，得多元胺溶液，所述多元胺溶液的浓度为8-12mM；将酰氯溶于有机溶剂中，得酰氯溶液，所述酰氯溶液的浓度为8-12mM；
将基膜于所述多巴胺溶液中浸泡，干燥，得第一基膜，所述基膜为聚砜膜，其中，所述聚砜膜的制备方法包括以下步骤：
将聚砜溶于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，得聚砜溶液，所述聚砜的重量百分比为10％-25％；
将所述聚砜溶液均匀地铺在玻璃板上；
配置水相溶液，将涂覆完聚砜溶液的所述玻璃板于所述水相溶液中浸泡1min-10min，即得；
将所述第一基膜于所述多元胺溶液中浸泡，干燥，得第二基膜；
将所述酰氯溶液淋洗在所述第二基膜，干燥，得防水透气膜；
所述酰氯具有式(I)所示结构：
其中，3≤n≤5；
所述多元胺具有式(II)所示结构：
其中，2≤m≤5。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述n＝3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述m＝2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多巴胺溶液中的浓度为10mM。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二氯甲烷。
6.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述多巴胺溶液中浸泡的时间为6h-8h；在所述多元胺溶液中浸泡的时间为0.5h-2h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述多元胺溶液中浸泡的时间为0.5h-1.5h。
8.一种防水透气膜，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。
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