DOI: 10.1021/acsnano.9b08595
兼具環境友好性和高性能的防水透氣膜（WBMs）是廣泛應用中的理想之選。但是，創造這樣的材料仍然是一個艱巨的挑戰。在此，作者提出了一種簡便且可擴展的策略，通過逐步浸涂和熱固化技術來制造無氟、高效且可生物降解的WBMs。含有長烴鏈的超支化聚合物（ECO）涂層為靜電紡絲的醋酸纖維素（CA）纖維基質提供了高度疏水性。同時，封閉的異氰酸酯交聯劑（BIC）涂層確保了烴片段在CA表面的牢固附著。所得膜（TCA）表現出的綜合性能明顯優于以往報道的無氟材料，防水性為102.9 kPa，透氣性為12.3 kg m-2 d-1，抗張強度為16.0 MPa。此外，TCA膜在暴露于各種惡劣環境后仍可保持疏水性。更重要的是，本策略被證明可普遍適用于其他幾種親水性纖維基質。這項工作不僅對材料的設計和制備有一定的啟發作用，而且為環境友好、高性能的WBMs在各個領域的應用提供了廣闊的前景。
圖1.（a）環保、高性能WBM的合成過程示意圖。（b）WBM的防水透氣性能示意圖。（c）照片表明WBM的防水透氣性能。（d）制備的大型智能膜的數字照片：50 cm×65 cm。（e）制備的WBM的各種應用前景。
圖2.（a）CA、（b）TCA-1、（c）TCA-2和（d）TCA-3膜的SEM圖像。（e）CA和TCA膜的橫截面SEM圖像。（f）由不同ECO濃度制備的纖維膜的孔徑分布、（g）dmax和孔隙率、（h）XPS光譜。（i）CA和（j）TCA-2膜的XPS高分辨率C 1s光譜。（k）CA和TCA-2膜的總表面能、極性表面能和分散（Disp.）表面能（SE）。垂直放置的CA和TCA-2膜在水中的截面圖和相應的截面潤濕曲線。（l）由不同ECO濃度制備的纖維膜的靜態水接觸角。
圖3.（a）在CA和TCA膜上噴射的連續射流。（b）比較CA和TCA膜傾斜表面上的染色水的潤濕性能。（c）證明TCA膜的水蒸氣透過性。（d）基于Young-Laplace方程的防水機制，（e）基于Fick擴散定律的透氣機制。（f）由不同ECO濃度制備的纖維膜的防水透氣性能。（g）由不同ECO濃度制備的纖維膜的透氣性和拉伸強度。（h）砂紙磨耗試驗，一個磨蝕循環由重量為100 g的砂紙縱向和橫向磨耗（每個方向10 cm）組成。（i）每個磨損循環后的水接觸角圖，插圖是第36個循環磨損后的水接觸角。（j）TCA-2和HCA-2（無BIC的ECO改性膜）的水接觸角隨洗滌時間的變化。（k）TCA-2和HCA-2的水接觸角隨照射時間的變化。
圖4.PA-6、PAN和棉花經ECO和BIC處理前后的SEM圖像。（b）典型光學照片顯示了將PA-6/PAN和改性TPA-6/TPAN膜浸入有色水中的步驟。（c）將牛奶、茶、水、酒和咖啡滴在原棉和處理過的棉織物上。（d）疏水改性前后PA-6和PAN纖維膜的靜水壓力和WVT速率、（e）應力-應變曲線。（f）比較這項工作（TCA、TPA-6和TPAN）和其他研究中纖維膜的防水透氣性能。
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