CN113665194A - 一种防水透气复合网及其制备方法和应用 - Google Patents

一种防水透气复合网及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防水透气复合网，该复合网是由上层网和底层网构成，上层网和底层网之间的间距为0.5‑1.5mm；其中，上层网和底层网的目网孔数均为40‑300目，且底层网的网孔目数≥上层网的网孔目数，上层网表面为亲水性表面或超亲水性表面，底层网表面为疏水性表面或超疏水性表面；该复合网的制备方法包括以下步骤：取两层同样大小和材质的网，将一层网表面进行亲水性改性，然后将另一层网表面进行疏水性改性，最后将所得的网按一定间距进行四边固定，即得防水透气复合网。本发明的防水透气复合网具有很好的防水、透气效果，且其适用网孔目数范围广，即使低网孔目数也具有很好的防水效果。

Description

一种防水透气复合网及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防水透气材料制备技术领域，具体涉及一种防水透气复合网及其制备方法和应用。
背景技术
目前，防水透气网因其特有的防水透气性能以及广泛的应用潜力引起了众多领域的关注，例如在油水分离、防水纺织品、大棚薄膜、建筑物防水网、防水纱窗等领域的应用。但因网本身孔洞结构特性，随着网孔目数的增加，其防水能力增加，但透气透光性能降低，往往二者不可兼顾。
现有防水网主要分为单层网和多层网，单层防水网主要是在网孔目数大即孔径很小的网主体表面喷涂防水涂料来防水，因网孔孔径很小导致涂料容易喷涂不均导致网孔堵塞，从而导致其透气性能较差，且单层网抗水压能力较低，无法实际应用；多层防水网主要为在主体网内外层叠加尼龙布、高强度涤纶和TPU薄膜等材料，单纯从物理重叠复合的角度来达到防水、抗水的效果，其透气效果较差，且多层复合链接不牢固，在极端环境下容易渗透失效。因此，研发一种高性能的防水透气网是非常急迫的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种防水透气复合网及其制备方法和应用，以解决现有防水网的防水透气性能差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种防水透气复合网，该复合网是由上层网和底层网构成，上层网和底层网之间的间距为0.5-1.5mm；
其中，上层网和底层网的网孔目数均为40-300目，且底层网的网孔目数≥上层网的网孔目数，上层网表面为亲水性表面或超亲水性表面，底层网表面为疏水性表面或超疏水性表面；
亲水性表面指与水的接触角大于等于5°且小于90°的表面，超亲水性表面指与水的接触角＜5°的表面，疏水性表面指与水的接触角为90-150°的表面，超疏水性表面指与水的接触角＞150°的表面。
本发明的有益效果为：表面润湿性是一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性，通常用接触角来度量固体表面的润湿性强弱，即固体表面的亲水或疏水程度，当固体表面与水接触角大于150°时为超疏水表面，水滴在表面极易滚落不粘连，当固体表面与水接触角为90-150°时为疏水表面，当固体表面与水接触角大于等于5°且小于90°时为亲水表面，而当固体表面与水接触角小于5°时为超亲水表面，水滴在表面极易铺展不移动，能够耗散水滴能量。
本发明将表面润湿性与防水透气网相结合，提出一种全新的基于表面润湿性去提升网的防水透气性能的复合网，其上层网表面为表面能较高的超亲水、亲水性表面，起耗散大部分液滴能量作用，底层网表面为表面能较低的超疏水、疏水性表面，起阻挡少部分液滴穿透作用，同时，因上层网和底层网表面能差异，在液滴撞击复合网时会产生向上的附加拉普拉斯压力，阻挡液滴穿透。两层网之间的间隔给上层网阻挡高速液滴提供了缓冲间距，防止因间隔较小，液滴携带较大速度直接撞击底层网，同时其间距给底层网阻挡液滴提供了保障，防止因间距较大，液滴破碎成微小液滴直接通过网孔穿透底层网。
当高速液滴撞击复合网时，首先撞击高表面能的上层超亲水、亲水性网，液滴在网表面铺展，被耗散大部分液滴能量，使液滴动能减少，速度降低，然后液滴以较低的速度撞击低表面能的底层超疏水、疏水性网，液滴在网表面被反弹阻挡，且因上下两层网表面润湿性差异，液滴在网中间会产生弯液面即向上的拉普拉斯压力，阻挡液滴穿透，达到防水的目的。
由于网本身特有的孔洞结构特性，本发明的复合网还具有透气性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，复合网材质为铜、尼龙或不锈钢。
本发明还提供一种防水透气复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层同样材质的网，其中，网的网孔目数均为40-300目；
(2)将其中一层网表面进行亲水性改性；
(3)将另一层网表面进行疏水性改性；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得的网按照0.5-1.5mm的间隔进行四边固定，即得防水透气复合网。
进一步，步骤(2)亲水性改性为采用亲水性溶剂进行喷涂或采用刻蚀溶液进行刻蚀。
进一步，亲水性溶剂是通过将TiO2纳米颗粒和聚氨酯加入丙酮溶液中，磁性搅拌0.8-1.5h小时制得，其中TiO2纳米颗粒的浓度为18-25mg/mL，聚氨酯的浓度为2-3mg/mL。
进一步，亲水性溶剂是通过将TiO2纳米颗粒和聚氨酯加入丙酮溶液中，磁性搅拌1h小时制得，其中TiO2纳米颗粒的浓度为20mg/mL，聚氨酯的浓度为2.5mg/mL。
进一步，刻蚀溶液为氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，其中，混合溶液中氢氧化钠的浓度为4-6mol/L，过硫酸铵的浓度为0.1-0.3mol/L。
进一步，刻蚀溶液为氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，其中，混合溶液中氢氧化钠的浓度为5mol/L，过硫酸铵的浓度为0.2mol/L。
进一步，步骤(3)疏水性改性为采用疏水性溶剂进行喷涂或采用接枝溶液进行接枝反应。
进一步，疏水性溶剂是通过将聚偏二氟乙烯、疏水性纳米二氧化硅颗粒和甲苯以质量比为1：3-4：17-20混合后，超声0.8-1.5h小时制得，其中，二氧化硅颗粒直径为50nm。
进一步，疏水性溶剂是通过将聚偏二氟乙烯、疏水性纳米二氧化硅颗粒和甲苯以质量比为1：3.5：19混合后，超声1小时制得，其中，二氧化硅颗粒直径为50nm。
进一步，接枝溶液是质量分数为4-6％的正十二烷基硫醇的乙醇溶液，或者接枝溶液是通过将二氯二甲基硅烷、丙酮和水按质量比为1:95-105:0.1-0.3混合后，静置3-8min制得。
进一步，接枝溶液是质量分数为5％的正十二烷基硫醇的乙醇溶液，或者接枝溶液是通过将二氯二甲基硅烷、丙酮和水按质量比为1:100:0.2混合后，静置5min制得。
本发明具有以下有益效果：本发明的防水透气复合网的制备方法，可适用于多种固体材料，从而满足不同的应用场景，工艺简单操作方便，适合工业化大面积、大规模生产。
本发明还提供本发明制备的防水透气复合网在防水透气方面的应用。
本发明具有以下有益效果：本发明的防水透气复合网具有很好的防水、透气效果，且在极端条件下，较高速度水滴冲击网表面时，也能达到很好防水效果，且其适用网孔目数范围广，即使低网孔目数也具有很好的防水效果。
附图说明
图1为实施例1防水透气复合网制备方法的示意图；
图2为实施例3防水透气复合网制备方法的示意图；
图3为本发明防水机制原理示意图；
图4为实施例1和对比例1制备的复合网的临界防水性能测试对比结果图；
图5为实施例2和对比例2制备的复合网的防水量性能测试对比结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种防水透气复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为60目的编制铜网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净铜网；
(2)将步骤(1)所得的一层洁净铜网在氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中刻蚀5min，然后烘干，即得表面能高的超亲水性铜网，其中，混合溶液中氢氧化钠的浓度为5mol/L，过硫酸铵的浓度为0.2mol/L；
(3)将步骤(1)所得的另一层洁净铜网在正十二烷基硫醇的乙醇溶液中浸泡1h，然后烘干，即得表面能低的疏水性铜网，其中，正十二烷基硫醇质量为乙醇质量的5％；
(4)将步骤(2)所得的超亲水性铜网作为上层，将步骤(3)所得的表面能低的疏水性铜网作为底层，将两层铜网按照0.8mm的间隔进行四边固定，即得可作为防水透气纱窗用的防水透气复合网。
更换步骤(1)中网孔目数为80、100、120、150或200目，按照步骤(1)-(5)分别制备可作为防水透气纱窗用的防水透气复合网。
实施例2：
一种防水透气复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为120目的编制尼龙网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净尼龙网；
(2)利用喷枪向步骤(1)所得的一层洁净尼龙网的正反两面喷涂亲水性溶剂，即得超亲水性尼龙网，其中，亲水性溶剂是通过将0.4g TiO2纳米颗粒和0.05g聚氨酯加入20ml丙酮溶液中，磁性搅拌1小时制得；
(3)利用喷枪向步骤(1)所得的另一层洁净尼龙网的正反两面喷涂疏水性溶剂，即得超疏水性尼龙网，其中，疏水性溶剂是通过将聚偏二氟乙烯、疏水性纳米二氧化硅颗粒(d＝50nm)和甲苯以质量比为1：3.5：19混合后，超声1小时制得；
(4)将步骤(2)所得的超亲水性尼龙网作为上层，将步骤(3)所得的超疏水性尼龙网作为底层，将两层尼龙网按照1mm的间隔进行四边固定，即得防水透气复合网。
实施例3：
一种防水透气复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为300目的打孔不锈钢网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净不锈钢网；
(2)利用喷枪向步骤(1)所得的一层洁净不锈钢网的正反两面喷涂亲水性溶剂，即得超亲水性不锈钢网，其中，亲水性溶剂是通过将0.4gTiO2纳米颗粒和0.05g聚氨酯加入20ml丙酮溶液中，磁性搅拌1小时制得；
(3)将步骤(1)所得的另一层洁净不锈钢网氧等离子清洗20min，然后在接枝反应液中接枝反应30min，然后干燥，即得疏水性不锈钢网，其中，接枝反应液是通过将二氯二甲基硅烷、丙酮和水按质量比为1:100:0.2混合后，静置5min制得；
(4)将步骤(2)所得的超亲水性不锈刚网作为上层，将步骤(3)所得的疏水性不锈钢网作为底层，将两层不锈钢网按照0.5mm的间隔进行四边固定，即得防水透气复合网。
对比例1：
一种复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为40目的编制铜网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净铜网；
(2)将步骤(1)所得的两层洁净铜网按照0.8mm的间隔进行四边固定，即得复合网。
更换步骤(1)中网孔目数为80、100、120、150或200目，按照步骤(1)和(2)分别制备可作为防水透气纱窗用的复合网。
对比例2：
一种复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为120目的编制尼龙网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净尼龙网；
(2)将步骤(1)所得的两层洁净尼龙网按照1mm的间隔进行四边固定，即得复合网。
对比例3：
一种复合网的制备方法，包括以下步骤：
(1)选取两层网孔目数均为300目的打孔不锈钢网，先用丙酮超声洗涤30min，再用去离子水超声洗涤30min，即得洁净不锈钢网；
(2)将步骤(1)所得的两层洁净打孔不锈钢网按照0.5mm的间隔进行四边固定，即得复合网。
结果检测：
1、临界防水性能测试
将实施例1、3所制备的防水透气复合网和对比例1、3所制备的复合网分别取2cm*3cm大小的小块，进行临界防水性能测试，具体测试方法为：用注射泵滴加自来水撞击复合网来模拟雨滴冲击复合网，进行实验测试，将复合网与水平面成45°角放置，然后用自来水以一定的速度和10μL/滴的量，从不同高度且垂直于地面冲击复合网，用高清相机记录下液滴冲击复合网瞬时过程，同一高度连续测试三次，观测复合网抗高速液滴冲击行为。
定义液滴穿透改性复合网底层网且有小液滴脱离主体液滴情况为穿透改性复合网，以网临界穿透速度来表征临界抗水性能。
实施例1和对比例1的实验结果见图4，由图4可知，实施例1所制备的防水透气复合网的临界穿透速度明显大于对比例1所制备的复合网的临界穿透速度。在网孔目数同为80目时，实施例1所制备的防水透气复合网的临界穿透速度为3.36m/s，而对比例1表面未改性的复合网临界穿透速度为0.97m/s，本发明复合网的临界抗水能力提高了246.4％；当网孔目数同为200目时，实施例1所制备的防水透气复合网的临界穿透速度为4.73m/s，且即使穿透也是穿透了极少部分小液滴，其在空气中能快速蒸发。实验表明本发明的防水透气复合网具有优秀的抗液滴穿透能力，且在液滴冲击速度较大的情况下，仍具有很好的防水能力。
实施例3和对比例3的实验结果为：实施例3所制备的防水透气复合网的临界穿透速度为6.23m/s，且即使穿透也是穿透了极少部分小液滴，其在空气中能快速蒸发，而对比例3表面未改性的复合网临界穿透速度为3.11m/s。实验表明本发明的防水透气复合网具有优秀的抗液滴穿透能力，且在液滴冲击速度较大的情况下，仍具有很好的防水能力，能够应用于自然界中的恶劣环境。
2、防水量性能测试
将实施例2所制备的防水透气复合网和对比例2所制备的复合网分别取2cm*3cm大小的小块，进行防水量性能测试，具体测试方法为：用注射泵滴加自来水撞击复合网来模拟雨滴冲击复合网，进行实验测试，将复合网水平放置，然后用自来水以一定的速度和40μL/滴的量，从不同高度垂直冲击复合网，用高清相机记录下液滴冲击复合网瞬时过程，并用万分之一分析天平记录穿透复合网液体的质量，同一高度连续测试三次，求其均值，观测复合网抗高速液滴冲击行为。
结果见图5，由图5可知，实施例2所制备的防水透气复合网的液滴穿透质量百分比(穿透质量/原始质量*100％)明显小于对比例2所制备的复合网。对于对比例2所制备的复合网，当液滴冲击速度为1.24m/s时，其发生穿透行为，当液滴冲击速度为4.26m/s时，其液滴穿透质量百分比达到了74.5％；对于实施例2所制备的防水透气复合网，当液滴冲击速度为3.58m/s时，其发生穿透行为，当液滴冲击速度为4.26m/s时，其液滴穿透质量百分比仅为2.1％，此液滴穿透量比对比例2所制备的复合网的液滴穿透量减少了97.2％，表明本发明制备的防水透气复合网具有优秀的抗液滴穿透能力，且在液滴冲击速度较大的情况下，仍具有很好的防水能力。
3、透气性能测试
将实施例2所制备的防水透气复合网和对比例2所制备的复合网分别用TQD-G1型透光度测试仪，采用恒定流量测压法进行透气性测试，该法是指通过试样的空气流量保持恒定，通过测试在一定条件下试样两侧的压差，得到试样的透气度。具体测试方法为：裁取直径为50mm的复合网，将其夹在透气度测试仪中，调节仪器流量控制阀使其流量为30L/h，当流量值达到设定值时，测得两侧压差值，反复测得三次，求均值。测试结果为：实施例2所制备的防水透气复合网的平均压差值为60.3pa，对比例2所制备的复合网平均压差值为58.6pa，实验结果表明本发明制备的防水透气复合网压差值很小、透气性能好、且表面润湿性改性不会对网本身透气性产生影响，在相同防水要求的情况下，本发明制备的防水透气复合网可以选择网孔目数较小的的网，即透气性会更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防水透气复合网，其特征在于，该复合网是由上层网和底层网构成，上层网和底层网之间的间距为0.5-1.5mm；
其中，上层网和底层网的网孔目数均为40-300目，且底层网的网孔目数≥上层网的网孔目数，上层网表面为亲水性表面或超亲水性表面，底层网表面为疏水性表面或超疏水性表面；
亲水性表面指与水的接触角大于等于5°且小于90°的表面，超亲水性表面指与水的接触角＜5°的表面，疏水性表面指与水的接触角为90-150°的表面，超疏水性表面指与水的接触角＞150°的表面。
2.根据权利要求1所述的防水透气复合网，其特征在于，复合网的材质为铜、尼龙或不锈钢。
3.权利要求1或2所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取两层同样材质的网，其中，网的网孔目数均为40-300目；
(2)将其中一层网表面进行亲水性改性；
(3)将另一层网表面进行疏水性改性；
(4)将步骤(2)和步骤(3)所得的网按照0.5mm-1.5mm的间隔进行四边固定，即得防水透气复合网。
4.根据权利要求3所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，步骤(2)亲水性改性为采用亲水性溶剂进行喷涂或采用刻蚀溶液进行刻蚀。
5.根据权利要求4所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，亲水性溶剂是通过将TiO2纳米颗粒和聚氨酯加入丙酮溶液中，磁性搅拌0.8-1.5h小时制得，其中TiO2纳米颗粒的浓度为18-25mg/mL，聚氨酯的浓度为2-3mg/mL。
6.根据权利要求4所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，刻蚀溶液为氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，其中，混合溶液中氢氧化钠的浓度为4-6mol/L，过硫酸铵的浓度为0.1-0.3mol/L。
7.根据权利要求3所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，步骤(3)疏水性改性为采用疏水性溶剂进行喷涂或采用接枝溶液进行接枝反应。
8.根据权利要求7所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，疏水性溶剂是通过将聚偏二氟乙烯、疏水性纳米二氧化硅颗粒和甲苯以质量比为1：3-4：17-20混合后，超声0.8-1.5h小时制得，其中，二氧化硅颗粒直径为50nm。
9.根据权利要求7所述的防水透气复合网的制备方法，其特征在于，接枝溶液是质量分数为4-6％的正十二烷基硫醇的乙醇溶液，或者接枝溶液是通过将二氯二甲基硅烷、丙酮和水按质量比为1:95-105:0.1-0.3混合后，静置3-8min制得。
10.权利要求1或2所述的防水透气复合网在防水透气方面的应用。
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