一种TPU防水透气膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TPU防水透气膜的制备方法，属于合成材料领域，本发明专利技术先对石墨烯进行造孔，然后再用疏水化合物包覆多孔石墨烯，疏水化合物的作用体现在两个方面，一方面，使多孔石墨烯在有机溶剂和TPU基体中能良好分散效果；另一方面，使得石墨烯上的纳米孔道在去除致孔剂时仍然保持，使TPU防水透气膜保持良好的透气透湿效果。另外石墨烯的添加能够抵消致孔剂致使的TPU防水透气膜机械性能下降的缺陷。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术制备的TPU防水透气膜兼具透湿性和力学性能，TPU防水透气膜具有良好的抗张强度和断裂伸长率，同时具有优异的防水透气性。

A TPU waterproof breathable film and its preparation method

The invention discloses a preparation method of TPU waterproof and breathable film, which belongs to the field of synthetic materials. The method first makes holes in graphene, then coats porous graphene with hydrophobic compound. The function of hydrophobic compound is embodied in two aspects. On the one hand, the porous graphene can be well separated in organic solvent and TPU matrix. Dispersion effect; on the other hand, the nano-channels on graphene remain unchanged when removing the pore-forming agent, so that TPU waterproof breathable film has good breathable and moisture permeable effect. In addition, the addition of graphene can offset the mechanical properties of TPU waterproof breathable film degraded by pore-forming agent. The beneficial effect of the invention is that the TPU waterproof breathable film prepared by the invention has both moisture permeability and mechanical properties, and the TPU waterproof breathable film has good tensile strength and elongation at break, as well as excellent water and air permeability.

【技术实现步骤摘要】
一种TPU防水透气膜及其制备方法
本专利技术涉及合成材料领域，尤其涉及一种TPU防水透气膜及其制备方法。
技术介绍
防水透湿材料被广泛应用于军事、体育、医学等领域,如作战服、登山服、外科医生工作服、无尘室工作服等。而防水透湿性(又称防水透气)是指材料不允许水滴等液体渗透，但可使人体散发的水蒸汽自由透过。热塑性聚氨酯(TPU)具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料TPU是环保高分子聚合物，中文名叫热塑性聚氨酯，又称为防水透湿膜。是新型环保材料为防水透气面料应用的重大突破，它克服了PVC和PU皮的诸多缺陷。它不但拥有橡胶及普通塑料的大部分特性，而且还拥有优良的综合物理及化学性能，所以又被称为未来素材。尤其是近几十年，TPU已经成为发展最快的高分子材料之一。TPU薄膜是TPU材料的一种重要应用形式，近年来随着高科技的发展和进步也得到了越来越广泛的应用。但是由于它的加工难度大且产品不稳定等因素，所以中国内地还没有厂家能进行较好的批量生产。氧化石墨烯(GO)是一种主要由碳原子构成的薄带状结构材料，可以看作是石墨烯的一种特殊结构二维变体。GO能提高聚合物阻隔的能力，在高阻隔应用领域具有很大的发展前景。然而GO不仅能够阻挡水滴的透过，对水汽也有很大的阻隔性，从而影响织物的透气性。此外其还存在易团聚、在部分有机溶剂中分散性差等缺点，极大地阻碍了其的进一步研究与开发，因此寻求一种能使石墨烯均匀分布在TPU基体中且薄膜的透气性能可以得到很好的提高或保持显得尤为重要。
技术实现思路
为克服现有技术中石墨烯/TPU薄膜存在的加工难度大、产品不稳定、透湿性较差等问题，本专利技术提供了一种TPU防水透气膜，所述一种TPU防水透气膜中包含有多孔石墨烯，多孔石墨烯上还负载有致孔剂。所述一种TPU防水透气膜的制备方法，采用如下制备步骤：1)分散性优异的多孔石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散在水中，然后加入过氧化氢溶液，60-100℃反应2h-6h，反应完成后加入还原剂继续反应1-2h后离心或过滤收集固体产物得到多孔石墨烯。2)改性多孔石墨烯分散液的制备：将步骤1)所得多孔石墨烯分散在DMF溶液中，然后加入疏水化合物，反应30～60min后，加入适量致孔剂，搅拌均匀得到改性多孔石墨烯分散液；3)TPU溶液制备：将TPU置于DMF中，然后在70～90℃进行搅拌，溶解完全；加入适量的致孔剂，搅拌均匀；4)将步骤2)的多孔石墨烯分散液与步骤3)的TPU溶液混合，搅拌均匀后，0.04～0.06MPa下脱泡10～30min，将脱泡后的混合溶液倒入基底上，通过流延或涂布的方式成膜，然后将上述膜迅速浸入到水中固化成膜的同时使致孔剂滤去，然后将薄膜干燥，即得到所述TPU防水透气膜；优选地，步骤1)中所述氧化石墨烯的浓度为2～20mg/mL；优选地，步骤1)中所述过氧化氢溶液为30％的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的用量为氧化石墨烯质量的1/10～1/100；优选地，步骤1)中所述还原剂为抗坏血酸、抗坏血酸钠、壳聚糖等常用无毒还原剂，还原剂用量与氧化石墨烯的比例为1：1～10；优选地，步骤2)中所述疏水化合物为全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷的一种或多种；优选地，步骤2)中所述疏水化合物的用量为多孔石墨烯的0.2％～3％；优选地，步骤2)中所述致孔剂主要是指水洗致孔剂，可以是碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钙、氯化钠中的一种或多种；优选地，步骤3)中所述TPU与DMF的比例为TPU与DMF的质量体积比为1:4～1:8；优选地，步骤4)中多孔石墨烯占TPU的量为0.1wt％～2wt％；优选地，所述致孔剂的用量为步骤2)和步骤3)各占一半，且总用量控制为TPU总量的1％～5％。本专利技术先对石墨烯进行造孔，然后再用疏水化合物包覆多孔石墨烯，一方面，使多孔石墨烯在有机溶剂和TPU基体中能良好分散；另一方面，使得石墨烯上的纳米孔道在去除致孔剂时仍然保持。另外石墨烯的添加能够抵消致孔剂致使的TPU薄膜机械性能下降的缺陷。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术制备的TPU防水透气膜兼顾薄膜的透湿性和力学性能，TPU防水透气膜具有良好的抗张强度和断裂伸长率，同时具有优异的防水透气性；(2)本专利技术制备工艺十分简单，能耗低，含石墨烯的多孔膜的性能易控制；(3)本专利技术制备过程中溶剂等均可回收利用，不产生废气废液，环境友好；附图说明图1为本专利技术较佳实施例所制防水透气膜的放大200倍下的扫描电镜图图2为本专利技术较佳实施例所制防水透气膜的放大1000倍下的扫描电镜图具体实施方式以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术先对石墨烯进行造孔，然后再用疏水化合物包覆多孔石墨烯，使得石墨烯的孔在去除致孔剂时仍然保持，另外石墨烯的添加抵消致孔剂致使的TPU薄膜机械性能下降的缺陷，使TPU材料能广泛应用在鞋材和织物等领域。所述一种TPU防水透气膜的制备方法，采用如下制备步骤：1)分散性优异的多孔石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散在水中，然后加入过氧化氢溶液，60-100℃反应2h-6h，反应完成后加入还原剂继续反应1-2h后离心或过滤收集固体产物得到多孔石墨烯。2)改性多孔石墨烯分散液的制备：将步骤1)所得多孔石墨烯分散在DMF溶液中，然后加入疏水化合物，反应30～60min后，加入适量的致孔剂，搅拌均匀得到改性多孔石墨烯分散液；3)TPU溶液制备：将TPU置于DMF中，然后在70～90℃进行搅拌，溶解完全；加入适量致孔剂，搅拌均匀；4)将步骤2)的多孔石墨烯分散液与步骤3)的TPU溶液混合，搅拌均匀后，0.04～0.06MPa下脱泡10～30min，将脱泡后的混合溶液倒入基底上，通过流延或涂布的方式成膜，然后将上述膜迅速浸入到水中固化成膜的同时使致孔剂滤去，然后将薄膜干燥，即得到所述TPU防水透气膜；优选地，步骤1)中所述氧化石墨烯的浓度为2～20mg/mL；优选地，步骤1)中所述过氧化氢溶液为30％的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的用量为氧化石墨烯质量的1/10～1/100；优选地，步骤1)中所述还原剂为抗坏血酸、抗坏血酸钠、壳聚糖等常用无毒还原剂，还原剂用量与氧化石墨烯的比例为1：1～10；优选地，步骤2)中所述疏水化合物为全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，步骤2)中所述疏水化合物的用量为多孔石墨烯的0.2％～3％；优选地，步骤2)中所述致孔剂主要是指水洗致孔剂，可以是碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钙、氯化钠中的一种或多种；优选地，步骤3)中所述TPU与DMF的比例为TPU与DMF的质量体积比为1:4～1:8；优选地，步骤4)中多孔石墨烯占TPU的量为0.1wt％～2wt％；优选地，所述致孔剂的用量为步骤2)和步骤3)各占一半，且总用量控制为TPU总量的1％～5％。实施例一：本实施例中TPU防水透气膜的制备方法，具体步骤如下：1)多孔石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散在水中，然后加入过氧化氢溶液，90℃反应4h，反应完成后加入抗坏血酸钠后继续反应1h后离心收集固体产物得到多孔石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TPU防水透气膜，其特征在于，采用如下制备步骤：1)多孔石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散在水中，然后加入过氧化氢溶液，60～100℃反应2h～6h，反应完成后加入还原剂继续反应1～2h后离心或过滤收集固体产物得到多孔石墨烯。2)将步骤1)所得多孔石墨烯分散在DMF溶液中，然后加入疏水化合物，反应30～60min后，加入适量的致孔剂，搅拌均匀得到改性多孔石墨烯分散液；3)TPU溶液制备：将TPU置于DMF中，然后在70～90℃进行搅拌，溶解完全；加入适量致孔剂，搅拌均匀；4)将步骤2)的多孔石墨烯分散液与步骤3)的TPU溶液混合，搅拌均匀后，0.04～0.06MPa下脱泡10～30min，将脱泡后的混合溶液倒入基底上，通过流延或涂布的方式成膜，然后将上述膜迅速浸入到水中固化成膜的同时使致孔剂滤去，然后将薄膜干燥，即得到所述TPU防水透气膜；

【技术特征摘要】
1.一种TPU防水透气膜，其特征在于，采用如下制备步骤：1)多孔石墨烯的制备：将氧化石墨烯分散在水中，然后加入过氧化氢溶液，60～100℃反应2h～6h，反应完成后加入还原剂继续反应1～2h后离心或过滤收集固体产物得到多孔石墨烯。2)将步骤1)所得多孔石墨烯分散在DMF溶液中，然后加入疏水化合物，反应30～60min后，加入适量的致孔剂，搅拌均匀得到改性多孔石墨烯分散液；3)TPU溶液制备：将TPU置于DMF中，然后在70～90℃进行搅拌，溶解完全；加入适量致孔剂，搅拌均匀；4)将步骤2)的多孔石墨烯分散液与步骤3)的TPU溶液混合，搅拌均匀后，0.04～0.06MPa下脱泡10～30min，将脱泡后的混合溶液倒入基底上，通过流延或涂布的方式成膜，然后将上述膜迅速浸入到水中固化成膜的同时使致孔剂滤去，然后将薄膜干燥，即得到所述TPU防水透气膜；2.根据权利要求1所述一种TPU防水透气膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述氧化石墨烯的浓度为2～20mg/mL。3.根据权利要求1所述一种TPU防水透气膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述过氧化氢溶液为30％的过氧化氢溶液，过氧化氢溶液的用量为氧化石墨烯质量的1/10～1/100。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：董小琳，
类型：发明
国别省市：福建,35