CN106977796B - 一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜，并进一步公开其制备方法。本发明所述微孔防水透气薄膜，以特别设计的改性聚乙烯为基料，辅以离子液体的改性作用，制得的具有蜂巢结构的防水透气薄膜，其在防水及透气性能上具有更好的优势。而以氨基酸离子液体改性所制得薄膜则更优于以一般离子液体改性所制得薄膜。

Description

一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜，并进一步公开其制备方法。
背景技术
防水透气膜是一种新型的高分子防水材料，是一种可以让气体透过，但又能阻隔液体例如水透过的薄膜。从制作工艺上讲，防水透气膜的技术要求要比一般的防水材料高的多；同时从品质上来看，防水透气膜也具有其他防水材料所不具备的功能性特点。
为了达到透气的目的，防水透气薄膜被设计制造成具有多微孔结构的独特塑料薄膜，从薄膜的横切片看，则分布着许多直径只有1-2微米的微细小孔。这样，像空气和/或水蒸气那样的气体分子很容易透过这些小孔从湿热的环境向外渗透，而外部的清新空气又不断透过这些小孔向内渗透，从而达到置换的目的，使得薄膜具有呼吸的功能；而另一方面，向液态水那样的液体分子则由于表面张力的作用难以渗透而受到阻隔，从而使这种透气薄膜具备了通风透气和防水的特征。
目前，市场上已经有多种防水透气薄膜出现，比如：1)TPU防水透湿薄膜，是一种均质无孔的薄膜，采用具有亲水基团的聚氨酯弹性体TPU为主材料，利用流涎或吹塑工艺加工，但这种薄膜熔点低(120℃左右)，湿阻抗大，低温性能及复合后的泼水加工性不好等；2)共聚多醚多酯薄膜，该薄膜也是一种均质无孔薄膜，系基于聚环氧乙烷和对苯二甲酸丁二酯的熔化挤出共聚薄膜，但其生产价格高，并且由于无孔，薄膜的湿阻抗偏大，不透气；3)PTFE薄膜，是聚四氟乙烯经双向拉伸工艺而形成的微孔直径为0.14μm左右的功能薄膜。
但上述常规的防水透气薄膜一方面由于微孔的排列是无序化的，使得现有薄膜的透气性能较差，同时受限于制备材料的性能限制，其延展性能也较差。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜，以解决现有技术中防水透气薄膜透气性和延展性较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种制备防水透薄膜的膜液组合物，包括质量比为10-20：2-5：40-60的改性聚乙烯、离子液体以及成膜溶剂。
优选的，所述改性聚乙烯、离子液体和成膜溶剂的质量比为15：3：50。
更优的，所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
所述重量份于体积份的比例关系为g/mL。
更优的，所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
特别的，所述改性聚乙烯由如下方法制备：
(1)常温下，取选定量的聚乙烯溶于乙醇溶液，并加入1,2-苯二甲酸单[2-[(1-氧代-2-丙烯基)氧]乙基]酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和羰基二咪唑混匀；
(2)升温至40-50℃,向将所得混合物加入壳聚糖，充分搅拌混匀，并自然降温；
(3)向降温后的混合物中加入选定量的纤维素酶混匀；
(4)加入选定量的环己酮混匀，真空干燥后出料，即得。
所述离子液体为氨基酸离子液体或咪唑类离子液体：所述氨基酸离子液体选自L-脯氨酸离子液体和/或L-苯丙氨酸离子液体；所述咪唑类离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸和/或1-丁基-3-甲基咪唑氯。
所述成膜溶剂包括二硫化碳、氯仿、二氯甲烷或甲苯。
所述基板的材质是玻璃、硅片、聚酯薄膜中的一种。
本发明还公开了一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜，由所述膜液组合物成膜制得，所述薄膜的微孔间呈有序的蜂窝状排列。
所述成膜步骤为水滴模板法或水辅助自组装法。
本发明还公开了一种制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法，包括如下步骤：
(a)取所述改性聚乙烯溶于所述成膜溶剂中，并加入所述离子液体混匀，得到聚合物溶液；
(b)将所得聚合物溶液涂覆在清洁的基底表面，放置于相对湿度为60％-90％的常温大气环境中，静置1-4min，待溶剂挥发完全后即制得具有蜂巢结构的防水透气薄膜；或者，
(b)将所得聚合物溶液滴加在清洁的基底表面，使用振荡频率1.7MHz的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2cm的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是20mL/s，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方5cm处；喷嘴口在溶液上方喷射时间是20s，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出蜂窝状微孔薄膜。
本发明所述微孔防水透气薄膜，以特别设计的改性聚乙烯为基料，辅以离子液体的改性作用，制得的具有蜂巢结构的防水透气薄膜，其在防水及透气性能上具有更好的优势。而以氨基酸离子液体改性所制得薄膜则更优于以一般离子液体改性所制得薄膜。
本发明所述薄膜利用现有技术已知的方法制得的具有蜂窝结构的薄膜，其在防水、透气性能上相比于一般的无规则微孔薄膜，其性能具有一定的优势。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为实施例1电镜所示微孔结构的模拟图。
具体实施方式
实施例1 改性聚乙烯的制备
本实施例所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
本实施例所述改性聚乙烯由如下方法制备：
(1)常温下，取选定量的聚乙烯溶于乙醇溶液，并加入1,2-苯二甲酸单[2-[(1-氧代-2-丙烯基)氧]乙基]酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和羰基二咪唑混匀；
(2)升温至40-50℃,向将所得混合物加入壳聚糖，充分搅拌混匀，并自然降温；
(3)向降温后的混合物中加入选定量的纤维素酶混匀；
(4)加入选定量的环己酮混匀，真空干燥后出料，即得。
实施例2 改性聚乙烯的制备
本实施例所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
本实施例所述改性聚乙烯的制备方法同实施例1。
实施例3 改性聚乙烯的制备
本实施例所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
本实施例所述改性聚乙烯的制备方法同实施例1。
实施例4 蜂巢结构微孔防水透气薄膜的制备
本实施例所述的制备防水透薄膜的膜液组合物，包括实施例1制备的改性聚乙烯10kg、L-脯氨酸离子液体5kg、二硫化碳40kg。
本实施例制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法，按照现有技术中水滴模板法进行，可参照中国专利CN103937017A公开的方法进行，具体包括如下步骤：
(a)取所述改性聚乙烯溶于所述成膜溶剂中，并加入所述离子液体混匀，得到聚合物溶液；
(b)将所得聚合物溶液涂覆在清洁的聚酯薄膜基底表面，放置于相对湿度为60％-90％的常温大气环境中，静置1-4min，待溶剂挥发完全后即制得具有蜂巢结构的防水透气薄膜。
经电镜检测，本实施例制得的所述防水透气薄膜的微孔结构呈蜂窝状排列(图1给出了本实施例电镜所示微孔结构的模拟图)。
实施例5 蜂巢结构微孔防水透气薄膜的制备
本实施例所述的制备防水透薄膜的膜液组合物，包括实施例2制备的改性聚乙烯20kg、L-苯丙氨酸离子液体2kg、二氯甲烷60kg。
本实施例制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法，按照现有技术中水辅助自组装法进行，可参照中国专利CN104211981A中公开的方法进行，即包括如下步骤：
(a)取所述改性聚乙烯溶于所述成膜溶剂中，并加入所述离子液体混匀，得到聚合物溶液；
取玻璃基板使用去污粉清洗，再用去离子水冲洗干净，放入玻璃容器内，向玻璃容器中加入200ml-1000ml的去离子水，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W-1000W、工作频率25KHz-40KHz的条件下超声清洗10min-20min后得到第一预处理基板；
将第一预处理基板放入另一玻璃容器内，加入200ml-1000ml质量百分比浓度为95％的无水乙醇，然后将玻璃容器放置在超声清洗机中，在功率700W-1000W、工作频率25KHz-40KHz的条件下超声清洗10min-20min后得到第二预处理基板；
将第二预处理基板在温度80℃-120℃环境中干燥10-30min后取出，既得清洁基板；
(b)将所得聚合物溶液滴加在清洁的基底表面，使用振荡频率1.7MHz的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2cm的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是20mL/s，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方5cm处；喷嘴口在溶液上方喷射时间是20s，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出蜂窝状微孔薄膜。
经电镜检测，本实施例制得的所述防水透气薄膜的微孔结构呈蜂窝状排列。
实施例6 蜂巢结构微孔防水透气薄膜的制备
本实施例所述的制备防水透薄膜的膜液组合物，包括实施例3制备的改性聚乙烯15kg、L-苯丙氨酸离子液体3kg、二硫化碳50kg。
本实施例制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法同实施例4。
实施例7 蜂巢结构微孔防水透气薄膜的制备
本实施例所述的制备防水透薄膜的膜液组合物，包括实施例3制备的改性聚乙烯15kg、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体3kg、二氯甲烷50kg。
本实施例制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法同实施例5。
实施例8 蜂巢结构微孔防水透气薄膜的制备
本实施例所述的制备防水透薄膜的膜液组合物，包括实施例3制备的改性聚乙烯15kg、1-丁基-3-甲基咪唑氯离子液体3kg、二硫化碳50kg。
本实施例制备所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法同实施例4。
对比例1
本对比例所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜，其膜液组合物与实施例6相同，其区别仅在于，所述改性聚乙烯为聚乙烯。
对比例2
本对比例所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜，其膜液组合物与实施例6相同，其区别仅在于，不含有所述离子液体。
对比例3
本对比例所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜，其膜液组合物与对比例1相同，其区别仅在于，不含有所述离子液体。
对比例4
本对比例所述的微孔防水透气薄膜，其膜液组合物与实施例6相同，其区别仅在于是采用与一般延展拉伸方法制得的一般非规则微孔薄膜。
实验例
根据国标GB/T 5453-1997、GB/T 4757-1997中标准检测上述实施例4-8和对比例1-3中所制得薄膜的性能，包括透气量(cm3/cm2﹒s)、透湿量(g/m2﹒d)耐水压(静态/m水柱)、拉伸强度(MPa)，记录于下表1。
表1
编号 透气量 透湿量 耐水压 拉伸强度
实施例4 0.81 6539 7.6 8.1
实施例5 0.82 6552 7.6 8.2
实施例6 0.85 6670 7.7 8.5
实施例7 0.73 6324 7.3 7.6
实施例8 0.75 6312 7.3 7.4
对比例1 0.62 5552 7.0 6.0
对比例2 0.67 5580 6.9 6.3
对比例3 0.61 5547 6.8 5.8
对比例4 0.69 5500 6.8 6.2
从上表数据可知，本发明所述微孔防水透气薄膜，以特别设计的改性聚乙烯为基料，辅以离子液体的改性作用，制得的具有蜂巢结构的防水透气薄膜，其在防水及透气性能上具有更好的优势。
从上述实施例5-8与对比例1-3的数据可知，本发明所述薄膜的成膜组合物，单独以改性聚乙烯为原料或单独添加离子液体改性，对所得薄膜的性能改进都不明显，只有二者联合作用下，使得本发明所述薄膜的防水透气性能大幅提升。
从上述实施例4-8和对比例4的数据可知，本发明所述薄膜利用现有技术已知的方法制得的具有蜂窝结构的薄膜，其在防水、透气性能上相比于一般的无规则微孔薄膜，其性能具有一定的优势。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种制备防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，包括质量比为10-20：2-5：40-60的改性聚乙烯、离子液体以及成膜溶剂；所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
2.根据权利要求1所述的防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，所述改性聚乙烯、离子液体和成膜溶剂的质量比为15：3：50。
3.根据权利要求1所述的防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，所述改性聚乙烯由如下重量份的组分改性制得：
4.根据权利要求3所述的防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，所述改性聚乙烯由如下方法制备：
(1)常温下，取选定量的聚乙烯溶于乙醇溶液，并加入1,2-苯二甲酸单[2-[(1-氧代-2-丙烯基)氧]乙基]酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和羰基二咪唑混匀；
(2)升温至40-50℃,向将所得混合物加入壳聚糖，充分搅拌混匀，并自然降温；
(3)向降温后的混合物中加入选定量的纤维素酶混匀；
(4)加入选定量的环己酮混匀，真空干燥后出料，即得。
5.根据权利要求1-4任一项所述的防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，所述离子液体为氨基酸离子液体或咪唑类离子液体。
6.根据权利要求1-4任一项所述的防水透气薄膜的膜液组合物，其特征在于，所述成膜溶剂包括二硫化碳、氯仿、二氯甲烷或甲苯。
7.一种蜂巢结构微孔防水透气薄膜，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述膜液组合物成膜制得，所述薄膜的微孔间呈有序的蜂窝状排列。
8.根据权利要求7所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜，其特征在于，所述成膜步骤为水滴模板法或水辅助自组装法。
9.一种制备权利要求7或8所述的蜂巢结构微孔防水透气薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)取所述改性聚乙烯溶于所述成膜溶剂中，并加入所述离子液体混匀，得到聚合物溶液；
(b)将所得聚合物溶液涂覆在清洁的基底表面，放置于相对湿度为60％-90％的常温大气环境中，静置1-4min，待溶剂挥发完全后即制得具有蜂巢结构的防水透气薄膜；或者，
(b)将所得聚合物溶液滴加在清洁的基底表面，使用振荡频率1.7MHz的超声波加湿器超声雾化微液滴，使用内径是2cm的橡皮管将微液滴气流引到基板上方，流量是20mL/s，并通过喷嘴口喷出，将喷嘴口垂直向下置于基板中心上方5cm处；喷嘴口在溶液上方喷射时间是20s，之后移走喷嘴口，待到溶剂和微液滴完全挥发，可成形出蜂窝状微孔薄膜。
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