Robust Fluorine-Free Hydrophobic Nanofibrous Composites with High Moisture Absorption toward Comfortable Wearability

防水 材料科学 复合材料 极限抗拉强度 静电纺丝 聚氨酯 耐久性 接触角 静水压力 吸收(声学) 水分 润湿 吸水率 桥接(联网) 复合数 石墨烯 纺纱 胶粘剂 透气比表面积 弯曲 表面改性 纳米纤维 拉伸试验
作者
Min Li,Ruixuan Yu,Mengnan Liu,Fengning Liu,Yaqin Fu,Yinsong Si
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (2): 1367-1379
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c04238
摘要

High-performance waterproof-breathable nanofibrous membranes are critically needed for wearable applications, yet their development faces persistent challenges including the reliance on fluorinated compounds, the inherent trade-off between waterproofness and moisture permeability, and the insufficient mechanical durability under dynamic conditions. Herein, a fluorine-free silica nanofiber/waterborne polyurethane (SiO 2 /WPU) composite membrane was prepared via electrospinning and WPU dipping, which features a hierarchical “SiO 2 nanofiber skeleton-WPU coating” structure. This design integrates a hydrophilic and moisture-absorbing SiO 2 scaffold with a discontinuous stretchable WPU layer, endowing the SiO 2 /WPU composite membrane with a hydrophobic surface (127.07° water contact angle) while retaining high moisture regain (10.23%), together with a hydrostatic pressure of 3.96 kPa and a water vapor transmission rate of 4.14–5.23 kg m –2 day –1, achieving simultaneous waterproofness, moisture permeability, and moisture absorption without the use of fluorinated chemicals. The SiO 2 /WPU composite not only overcomes the waterproofing limitations of conventional fluorine-free materials but also attains a comfort level that surpasses most synthetic materials and approaches that of natural cotton. Mechanically, it possesses a tensile strength of 9.39 MPa, an elongation at break of 8.17%, and endures over 120,000 bending cycles, bridging the gap in mechanical endurance for flexible waterproof nanofibrous membranes. This work provides an eco-friendly and structurally innovative pathway to high-performance wearable textiles with enhanced wearing comfort.
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