Fluorine-free, Superhydrophobic Polyurethane and Stearic Acid Waterproof and Breathable Electrospun Nanofiber Membrane with Excellent Hydrostatic Pressure Resistance

纳米纤维 聚氨酯 静水压力 硬脂酸 材料科学 化学工程 接触角 静电纺丝 化学 复合材料 聚合物 生物化学 物理 工程类 热力学
作者
Shenpeng Hu,Gaihuan Ren,Yunhe Zhang,Yang Liu,Weijie Zhang,Wen Sun,Dongxiang Li,Zhenhua Cui,Wei Yu,Dongxu Lu,Jianxin He
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (28): 18848-18856 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c02179
摘要

High-performance waterproof and breathable nanofiber membranes are in urgent demand across various markets; however, their production typically relies on environmentally harmful fluorinated compounds or intricate manufacturing processes. In this study, we utilized fluorine-free polyurethane (PU) and stearic acid (SA) as raw materials, with dimethylformamide (DMF) employed as a pure, single solvent. A simple one-step electrospinning technique was applied to fabricate superhydrophobic PU/SA nanofiber membranes exhibiting exceptional waterproofness and breathability. This approach eliminates the need for hazardous fluorine-containing compounds while ensuring material stability through a pure solvent system and a streamlined one-step electrospinning process. Incorporating hydrophobic SA endows the PU/SA nanofiber membrane with a superhydrophobic nature, characterized by a water contact angle of 150°. By systematically optimizing the SA content within the PU/SA nanofiber membranes, the resulting membrane exhibits remarkable waterproofness, with an ultrahigh hydrostatic pressure resistance of 102.57 kPa, alongside excellent breathability, as indicated by a water vapor transmission (WVT) rate of 5.034 kg m –2 d –1 . The PU/SA nanofiber membrane also has good air permeability (22.06 mm s –1 ) and robust mechanical properties, including a tensile strength of 7.17 MPa and an elongation at break of 74.80%. Moreover, the PU/SA nanofiber membrane demonstrates excellent antifouling and self-cleaning properties. The PU/SA nanofiber membrane developed in this study, with its superior waterproof and breathable performance, holds significant potential for applications in outdoor apparel.
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