DOI: 10.1021/acsnano.9b08595
兼具环境友好性和高性能的防水透气膜（WBMs）是广泛应用中的理想之选。但是，创造这样的材料仍然是一个艰巨的挑战。在此，作者提出了一种简便且可扩展的策略，通过逐步浸涂和热固化技术来制造无氟、高效且可生物降解的WBMs。含有长烃链的超支化聚合物（ECO）涂层为静电纺丝的醋酸纤维素（CA）纤维基质提供了高度疏水性。同时，封闭的异氰酸酯交联剂（BIC）涂层确保了烃片段在CA表面的牢固附着。所得膜（TCA）表现出的综合性能明显优于以往报道的无氟材料，防水性为102.9 kPa，透气性为12.3 kg m-2 d-1，抗张强度为16.0 MPa。此外，TCA膜在暴露于各种恶劣环境后仍可保持疏水性。更重要的是，本策略被证明可普遍适用于其他几种亲水性纤维基质。这项工作不仅对材料的设计和制备有一定的启发作用，而且为环境友好、高性能的WBMs在各个领域的应用提供了广阔的前景。
图1.（a）环保、高性能WBM的合成过程示意图。（b）WBM的防水透气性能示意图。（c）照片表明WBM的防水透气性能。（d）制备的大型智能膜的数字照片：50 cm×65 cm。（e）制备的WBM的各种应用前景。
图2.（a）CA、（b）TCA-1、（c）TCA-2和（d）TCA-3膜的SEM图像。（e）CA和TCA膜的横截面SEM图像。（f）由不同ECO浓度制备的纤维膜的孔径分布、（g）dmax和孔隙率、（h）XPS光谱。（i）CA和（j）TCA-2膜的XPS高分辨率C 1s光谱。（k）CA和TCA-2膜的总表面能、极性表面能和分散（Disp.）表面能（SE）。垂直放置的CA和TCA-2膜在水中的截面图和相应的截面润湿曲线。（l）由不同ECO浓度制备的纤维膜的静态水接触角。
图3.（a）在CA和TCA膜上喷射的连续射流。（b）比较CA和TCA膜倾斜表面上的染色水的润湿性能。（c）证明TCA膜的水蒸气透过性。（d）基于Young-Laplace方程的防水机制，（e）基于Fick扩散定律的透气机制。（f）由不同ECO浓度制备的纤维膜的防水透气性能。（g）由不同ECO浓度制备的纤维膜的透气性和拉伸强度。（h）砂纸磨耗试验，一个磨蚀循环由重量为100 g的砂纸纵向和横向磨耗（每个方向10 cm）组成。（i）每个磨损循环后的水接触角图，插图是第36个循环磨损后的水接触角。（j）TCA-2和HCA-2（无BIC的ECO改性膜）的水接触角随洗涤时间的变化。（k）TCA-2和HCA-2的水接触角随照射时间的变化。
图4.PA-6、PAN和棉花经ECO和BIC处理前后的SEM图像。（b）典型光学照片显示了将PA-6/PAN和改性TPA-6/TPAN膜浸入有色水中的步骤。（c）将牛奶、茶、水、酒和咖啡滴在原棉和处理过的棉织物上。（d）疏水改性前后PA-6和PAN纤维膜的静水压力和WVT速率、（e）应力-应变曲线。（f）比较这项工作（TCA、TPA-6和TPAN）和其他研究中纤维膜的防水透气性能。
