本發(fā)明涉及高分子膜材料領(lǐng)域，尤其涉及具有濕度管理功能的聚合物材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來防水透濕材料深受消費(fèi)者，尤其是戶外運(yùn)動(dòng)者的喜愛。戶外運(yùn)動(dòng)服裝首先要具備防水功能，以避免雨水接觸運(yùn)動(dòng)者皮膚使運(yùn)動(dòng)者喪失體溫。戶外運(yùn)動(dòng)服還需要需要具有透氣的功能，以保證運(yùn)動(dòng)者出汗時(shí)的濕氣及時(shí)排出衣外，讓汗水輕易蒸發(fā)。另外，戶外運(yùn)動(dòng)服還需要具有防風(fēng)功能來避免刮風(fēng)使運(yùn)動(dòng)者體溫下降。使用防水透濕材料制作的戶外運(yùn)動(dòng)服裝可以防止雨水侵入織物內(nèi)部，同時(shí)可以將人體所散發(fā)的濕氣輸送到織物外，從而保持人體干燥舒爽。
現(xiàn)有技術(shù)的防水透濕材料主要有Gore－Tex和TPU薄膜兩種，其中Gore－Tex使用具有微孔的四氟乙烯薄膜作為主要防水透濕的材料，其利用含氟材料的超疏水性能來得到防水的性能。同時(shí)由于微孔的存在，該材料可以保證水蒸氣較為順暢的排出。但是也是由于微孔的存在，該材料在穿著和洗滌時(shí)很容易破損，從而降低其性能。用于防水透濕的TPU薄膜材料，其結(jié)構(gòu)中往往會(huì)引入親水基團(tuán)以提高其水蒸氣透過率，而且由于該材料表面無微孔結(jié)構(gòu)，故可以完全拒風(fēng)，且無需擔(dān)心由于穿著導(dǎo)致的孔洞破損及性能下降。
但是現(xiàn)有的防水透濕TPU薄膜具有顯著的不足，其水蒸氣透過率隨濕度的增加而線性的增加。而人體感到最舒適的濕度是在30－60%（ASHRAE Standard 62-2001)。也就是說，理想的防水透濕材料應(yīng)在保證防水透濕的基本要求下，同時(shí)提高穿著者的舒適體驗(yàn)，即在濕度低于65%時(shí)保持較低的水蒸氣透過率，從而維持體表的相對(duì)濕度和人體的舒適度，同時(shí)在濕度高于65%時(shí)水蒸氣透過率顯著提高，從而降低體表的相對(duì)濕度到人體感到舒適的范圍。現(xiàn)有棉織物的水蒸氣透過率往往隨著濕度的增加而趨于平衡（飽和），這是由于棉纖維吸水后體積膨脹，使得織物表面的微孔變小，從而導(dǎo)致水蒸氣透過困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有濕度控制功能的聚合物材料，該具有濕度控制功能的聚合物材料具有超分子開關(guān)，在低濕度時(shí)，超分子開關(guān)關(guān)閉，水蒸氣不能有效透過；當(dāng)濕度高于某特定值后，超分子開關(guān)被打開，從而使水蒸氣透過率顯著增加。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
一種具有濕度管理功能的聚合物材料，包括：至少一種具有質(zhì)子受體基團(tuán)的聚合物和至少一種具有質(zhì)子供體基團(tuán)的聚合物，其中質(zhì)子受體及質(zhì)子供體占質(zhì)量百分比大于25%。
所述具有質(zhì)子受體基團(tuán)的聚合物是由包含以下組分的混合物反應(yīng)而制得的：
i）至少一種多異氰酸酯；和
ii）至少一種多元醇或多元胺；
所述至少一種多元醇或多元胺中的一個(gè)或多個(gè)具有質(zhì)子受體基團(tuán)，所述多元醇或多元胺的摩爾分?jǐn)?shù)大于25%。
所述多元醇或多元胺具有吡啶基團(tuán)或嘧啶基團(tuán)。
所述具有質(zhì)子供體基團(tuán)的聚合物是聚氨酯或聚4-乙烯基苯酚。
優(yōu)選的，所述多元醇或多元胺的摩爾分?jǐn)?shù)為25%-50%；所述具有質(zhì)子受體基團(tuán)的聚合物同時(shí)也是具有質(zhì)子供體基團(tuán)的聚合物。
更優(yōu)的，所述至少一種多異氰酸酯選用1，6-己二異氰酸酯。
更優(yōu)的，所述至少一種多元醇或多元胺選用2，6-二羥甲基吡啶。
所述的具有濕度管理功能的聚合物材料是厚度為10-100微米的薄膜。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的具有濕度控制功能的聚合物材料通過在聚合物的主鏈和/或側(cè)鏈中引入超分子單元，利用超分子單元間和水蒸氣間的非共價(jià)鍵競(jìng)爭(zhēng)作用達(dá)到對(duì)濕度的選擇性響應(yīng),從而使該聚合物材料在低濕度時(shí)水蒸氣透過率低，而在高濕度時(shí)水蒸汽透過率高。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
可以理解的，下文中的聚乙二醇1000和聚乙二醇400中的1000與400是指分子量。
實(shí)施例1
原料：
2，6-二羥甲基吡啶（HMP） 1，6-己二異氰酸酯（HDI） 1，4-丁二醇（BDO） 二甲基甲酰胺（DMF） 月桂酸二異丁基錫（催化劑）
制備方法：
I：在一個(gè)單口瓶中加入2，6-二羥甲基吡啶、1，6-己二異氰酸酯、1，4-丁二醇、；然后加入少量二甲基甲酰胺并加熱溶解之后加入月桂酸二異丁基錫。2，6-二羥甲基吡啶的重量百分?jǐn)?shù)為30%，NCO／OH的摩爾比例調(diào)節(jié)至1.02。
II：維持體系在60℃反應(yīng)12小時(shí)，倒入四氟乙烯模具后放入70℃烘箱內(nèi)烘干。
III：取干燥后的聚合物0.15g溶解于10mL二甲基甲酰胺中，倒入10cm*10cm的四氟乙烯模具中，然后轉(zhuǎn)移到70℃烘箱12小時(shí)，然后取出放入真空烘箱內(nèi)1h繼續(xù)除去溶劑，得具有濕度控制功能的聚合物薄膜。 其他可選擇的成膜方式為：熔融吹塑加工或熔融流延加工。如下式（一）所示，本實(shí)施例的聚合物材料的吡啶基團(tuán)上的氮與氨基上的氫形成分子間氫鍵。
（一）
取出薄膜進(jìn)行測(cè)試，采用干燥劑法測(cè)定水蒸氣透過率，所制具有濕度管理功能的聚合物薄膜的主要性能指標(biāo)為：厚度為15～20um，RH＝65%比RH=45%時(shí)的水蒸氣透過率高2倍以上。
實(shí)施例2
原料：
2，6-二羥甲基吡啶（HMP） 1，6-己二異氰酸酯（HDI） 1，4-丁二醇（BDO） 二甲基甲酰胺（DMF） 聚4-乙烯基苯酚（PVP） 聚乙二醇1000（PEG1000） 月桂酸二異丁基錫（催化劑）
制備方法：
I：在一個(gè)單口瓶中加入2，6-二羥甲基吡啶、1，6-己二異氰酸酯、1，4-丁二醇和聚乙二醇1000；然后加入少量二甲基甲酰胺并加熱溶解之后加入少量月桂酸二異丁基錫。2，6-二羥甲基吡啶的重量百分?jǐn)?shù)為30%，NCO／OH的摩爾比例調(diào)節(jié)至1.02。
II：維持體系在60℃反應(yīng)1小時(shí)，后加熱到90℃繼續(xù)反應(yīng)11小時(shí)，倒入模具后放入90℃烘箱內(nèi)烘干。
III：取所得聚合物0.135g和聚4-乙烯基苯酚0.015g溶解于20mL二甲基甲酰胺，倒入10cm*10cm的四氟乙烯模具中，置于90℃烘箱內(nèi)12小時(shí)，得具有濕度控制功能的聚合物薄膜。如下式（二）所示吡啶基團(tuán)上的氮與聚4-乙烯基苯酚的酚羥基上的氫形成分子間氫鍵。
（二）
取出膜進(jìn)行測(cè)試，采用正杯法測(cè)定水蒸氣透過率，所制具有濕度管理功能的聚合物薄膜的主要性能指標(biāo)為：厚度為15～20um，RH＝65%比RH=45%時(shí)的水蒸氣透過率高1.5倍以上。
實(shí)施例3
原料：1，6-己二異氰酸酯（HDI） 1，4-丁二醇（BDO） 二甲基甲酰胺（DMF） 聚乙二醇400（PEG400） 2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶 月桂酸二異丁基錫（催化劑）
制備方法：
I: 在一個(gè)單口瓶中加入2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶、1，6-己二異氰酸酯、1，4-丁二醇和聚乙二醇400；然后加入少量二甲基甲酰胺并加熱溶解之后加入少量月桂酸二異丁基錫。2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶的摩爾百分?jǐn)?shù)為35%，NCO／（OH+NH2)的摩爾比例調(diào)節(jié)至1.02, 2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶和PEG400的摩爾比為1:4。
II: 體系加熱至80oC反應(yīng)3小時(shí)，之后轉(zhuǎn)入烘箱內(nèi)除去溶劑。
III: 取0.15g聚合物溶解于10mL二甲基甲酰胺中，之后倒入10cm*10cm的模具中成膜.
取出膜進(jìn)行測(cè)試，采用干燥劑法測(cè)定水蒸氣透過率。 其中2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶 與相鄰分子鏈中的2-氨基-4-羥基－6-甲基嘧啶形成四重氫鍵。所制具有濕度管理功能的聚合物薄膜的主要性能指標(biāo)為：厚度為15～20um，RH＝65%比RH=45%時(shí)的水蒸氣透過率高1.5倍以上。
所制備的具有濕度控制功能的聚合物材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）使得材料具有濕度管理功能，提高穿著舒適度，也可用于對(duì)濕度有特定要求的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能化管理。
2）原料充足，品種多，響應(yīng)濕度和使用溫度大范圍可控。
3）運(yùn)輸方便。
4）價(jià)格便宜。
5）附加值高。
6）耐腐蝕，絕緣性好。
本發(fā)明所制備的聚合物材料具有較大的應(yīng)用前景：在紡織材料，建筑材料，機(jī)械制造，電子通訊，印刷衛(wèi)生，食品儲(chǔ)存，日常生活，文體娛樂等方面都有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
所述具有濕度控制功能的聚合物材料的轉(zhuǎn)變濕度和使用溫度可以通過改變聚合物中超分子開關(guān)的類型、聚合物的形態(tài)、聚合物的硬度來調(diào)節(jié)。
可以理解的，所述具有濕度控制功能的聚合物材料可以根據(jù)需要制作為密實(shí)薄膜、微孔薄膜或織物－聚合物復(fù)合膜，也可以根據(jù)需要制作為彈性體、形狀記憶材料（假?gòu)椥泽w）、非彈性體或及前述三者的混合物。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的公開內(nèi)容，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例或參數(shù)等作出各種改變以實(shí)施本發(fā)明，而不必付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)。