水性聚氨酯聚乙烯醇复合微孔膜在空气过滤材料中的应用

水性聚氨酯聚乙烯醇复合微孔膜在空气过滤材料中的应用

皮小春

佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司广东佛山528303

摘要：水性聚氨醋/聚乙烯醇（WBPU/PVA）复合微孔膜的制备以溶剂-非溶剂法为主要方法，同时在无纺布的间隙之间通过涂层形成较为稳定的交联结构。不仅如此，相关的工作人员通过专业测试对样品的性能进行检测。

关键词：WBPU//PVA；空气过滤材料；涂层

环境污染问题随着经济、社会的发展而逐渐严峻。在传统过滤材料效果不明显的情况下，如对PM2.5防治材料的开发也成为了研究的热点，空气新型过滤材料的研究和使用被提上议程，聚乙烯醇（PVA）在涂层等领域被广泛使用。这是因为，该种材料不仅具有良好的成膜性和粘附性，同时还能够降解，具有环保无毒的特点。水性聚氨醋也就是人们常说的WBPU，被广泛应用于纺织、皮革等领域。这是因为，它本身具有良好的耐水性，并且具有无毒的特性。

1试验

1.1材料的选取

要保证试验的顺利完美进行就需要在材料的准备上做好工作。此次试验除了需要准备必要的PVA和WBPU之外，还需要准备大量的无纺布、保鲜膜等辅助材料以及尿素、无水乙醇、DMF等辅助试剂。

1.2测试

测试主要分为以下五个方面。

首先，测试的重点放在红外光谱上。测试主要依靠红外光谱仪完成。测试的对象主要是压片，该压片由复合膜与溴化钾形成。

其次是扫描电镜的测试。工作人员在导电胶上贴上尺寸规范的样品布，并喷金90s，最后通过扫描电镜进行观察研究。

再者，测试主要对力学性能进行检测。这一方面的测试并没有特殊的要求，操作步骤均按照指定书目中的要求进行。

然后是耐水性能的测试。这种方式的测试主要是依靠接触角测量仪进行测试。工作人员将经过涂层前后、剪取和称重的无纺布放置于去离子水中，此时无纺布的重量计为m0，浸渍整整一天之后，将无纺布取出烘干，此时无纺布的重量计为M1，工作人员将各组的样品进行3次测试，并将测试的结果取平均值。

最后是透气以及过滤性能的测试。这种方式的测试主要是利用自动透气量仪对透气性进行测定。在测定之前，工作人员应当将各组布放在恒温恒湿实验室中，并保持24小时。

2复合胶体的制备及无纺布微孔膜涂层

首先，将PVA按照一定的比例进行配置，形成质量分数为10%的水溶液。其次，将水溶液进行搅拌，同时将WBPU乳液添加进溶液中。接着，加入占PVA和WBPU总量10%的尿素以及占溶液总量50%的DMF。将所有物质添加进溶液之后，持续搅拌30分钟，最终得到均匀的混合胶体溶液。工作人员也可以将WBPU与PVA之间的质量比例进行调节，从而得到一系列的共混乳液。

关于无纺布微孔膜涂层的制备，只要有以下几个步骤。首先将大小尺寸相同的无纺布平铺在聚四氟乙烯平板上；其次是混合胶体溶液滴下并进行涂抹；接着，将其静置于室温下保持两个小时；最后将其先后在DMF凝固浴、去离子水以及无水乙醇中放置相应的时间，并取出风干。

3结果与讨论

3.1红外光谱

样品膜的红外光谱图见图1

1-WBPU/PVA1；2-WBPU/PVA2；3-WBPU/PVA3

4-WBPU/PVA4；5-WBPU/PVA5

图1样品膜的红外光谱图

通过对红外光谱图的仔细研究可以发现，不同振动的吸收峰均有具体的数值可以进行对应。同时，研究结果表明，氨醋键是广泛存在于WBPU中的。不仅如此，不同数值处的OH峰与C=0峰与PVA质量分数的关系均不同。产生这种情况的原因在于，PVA的醇解并不完全，仍然存在-OH。

3.2扫描电镜

研究表明，无纺布在空气过滤方面的效果并不突出。影响无纺布过滤效果的因素有很多，主要原因就在于纤维之间的距离。而涂层的作用恰恰就是缩小纤维之间的这段距离，并最终促使交联膜结构的形成。WBPU/PVA1膜的结构表现出单薄、孔径较大等特点。而在PVA加入之后，纤维之间良好的交联结构形成，并最终形成了层状和网状的膜结构。PVA的增加导致了微孔数量以及孔径的减小，从而使得膜结构更加紧密。PVA的质量分数不断增加，直至80%，此时的复合膜变得非常致密，孔洞形成困难。而当m（WBPU）/m（PVA）=0.8/0.2时，膜的孔径保持低于2.5μm的水平，且表现为三维结构。

3.3力学性能

a-原布；b-WBPU/PVA1；c-WBPU/PVA2；d-WBPU/PVA3；

e-WBPU/PVA4；f-WBPU/PVA5

图2涂层前后样品的载荷一应变曲线

图2表现的是膜的拉伸应力-应变曲线图。该图像形成的前提是，测试在恒温恒湿室温条件下进行，且依靠万能材料试验机进行测试。关于拉伸速率的大小，则始终保持100mm/min不变。通过对图像的观察可以发现，在应力较小的区域内，膜呈现出非弹性形变的特性，而应力较大的区域中，弹性形变的特征更加明显。以应变的40%为分界线，低于40%的部分，涂层布对应力的需求较大，而大于40%的部分，对应力的需求相应降低。这是因为，PVA具有较强的柔韧性。

将未涂层布和WBPU/PVA1涂层布进行比较，比较的结果显示，无论是最大拉伸载荷还是拉伸应变，前者都远远低于后者。同时，研究结果表明，当PVA质量分数增加时，最大拉伸载荷不断增大，到达最大值之后，最大拉伸载荷又开始不断减小。不仅如此，研究人员发现，当WBPU与PVA的质量比为4时，力学性能显示出最优效果。

3.4耐水性能

防霆织物在口罩的应用中，通常以吸湿性为衡量指标。一般来说，WBPU中亲水基-OH占据较大比例。在这种情况下，未涂层布与水的接触并不紧密，接触角比较大。而在WBPU/PVA1涂层无纺布中，在含有较多亲水基-OH的PVA的作用下，它显示出较强的亲水性。根据相关的研究可以发现，亲水性与溶于水的能力相关，前者越大，后者的能力就越强。未涂层布和WBPU/PVA1涂层布的溶解能力较弱。水溶失的程度随着PVA质量分数的增大而相应增大，同时也导致了复合膜结构受到更加严重的破坏。综上所述，当WBPU与PVA的质量之比为4的时候，涂层布的相关性质都呈现出较好的状态。

3.5透气性和过滤性能

防霆织物应用在口罩中，成为一种服用纺织品，透气性就成为了衡量它一个重要准则。与涂层布相比，未涂层布的透气性良好。这是因为，未涂层布有着比涂层布更加稀疏的空隙。同时，PVA的质量分数成为影响透气性的重要因素，且前者越大，后者越小。将含有PVA的涂层布与其他涂层布相比，前者的透气性明显更弱。以上的结论表明，提高PVA的质量分数会导致膜表面的微孔减少，从而使膜更加紧致。这也从侧面对扫描电镜图的结论进行了证明。

要想减少PM2.5对人体的危害，在制作防霆口罩的过程中就需要充分考虑空气的过滤性。对于涂层布来说，它在过滤方面的能力明显存在不足，还需要不断进行开发和研究。通过研究可以发现，空气过滤的效率与PVA的质量分数存在密切联系。当后者增大时，前者也会相应地增加。同时，研究表明，要想空气过滤达标并满足相关的要求，PVA的质量分数需达到20%左右。

4结论

本文通过红外光谱、力学性能、透气性以及过滤性等特征的研究，对WBPU与PVA之间生物相容性的情况、无纺布成膜能力以及微孔调控能力等方面的情况作出了分析比较研究，结果表明，水性聚氨酯聚乙烯醇复合微孔膜在无纺布空气过滤材料的制成应用上有良好透气性和过滤性能。

参考文献：

[1]费久慧，郑敏，李容，段为甲.水性聚氨酯/聚乙烯醇复合微孔膜在空气过滤材料上的应用[J].印染助剂，2016，33（6）：49-52.

[2]费久慧.WBPU/PVA复合微孔膜结构控制及应用研究[D].苏州大学，2016.