人们对具有良好阻隔性能的高透气性防护服的需求正在迅速增长，尤其是在抗击COVID-19大流行的过程中。然而，商用防护服通常会在透气性和阻隔性能之间进行权衡。

近期，中国科学院城市环境研究所郑煜铭研究员&钟鹭斌副研究员团队通过静电纺丝技术制备了一种具有良好阻隔性能的高度透气且耐用的聚酰亚胺（PI）基防护服材料。从机械强度、过滤效率和透气性等方面，对PI电纺纳米纤维膜（PI-ENMs）的结构进行了优化。结果表明，静电纺丝4小时制备的直径为500nm的PI-ENM具有较高的过滤效率（96.13%）、较低的压降（57.1Pa）和高品质因数（0.057Pa^-1）。优化后的PI-ENM的细菌过滤效率高达99.48%，这意味着它在实际应用中具有良好的微生物屏障性能。由于空气阻力低，PI-ENM的空气渗透率高达265.44mm/s，是商用防护服的40-160倍。通过化学气相沉积在热稳定性PI-ENMs上涂覆一层超薄的聚二甲基硅氧烷（PDMS），得到PI-ENM@PDMSs，在不影响过滤效率和阻力的情况下，进一步提高了其耐火性。此外，PI-ENM@PDMSs还具有较强的疏水性、较高的机械强度和优异的稳定性，可以通过常用的杀菌方法轻松重复使用，而不会影响其防护性能。因此，PI-ENM@PDMSs是一种很有前途的可重复使用的透气防护服。

图1.不同PAA浓度下制备的PI-ENMs的SEM图像：（a）8wt%、（b）10wt%、（c）12wt%和（d）14wt%（将PAA溶解在纯DMF中）。不同DMF与丙酮质量比下制备的PI-ENMs的SEM图像：（e）10:0、（f）8:2、（g）7:3和（h）6:4（PAA浓度=12wt%）。（i）对应于（a）-（d）的PI-ENMs的抗拉强度。（j）对应于（e）-（h）的PI-ENMs的抗拉强度。

图2.（a）直径为200-500nm的PI-ENMs的过滤性能（静电纺丝时间：3h）。（b）PI-ENMs的过滤性能与静电纺丝时间（纤维厚度）的关系。（c）ZR-1000口罩BFE（细菌过滤效率）检测仪。（d）BFE测试过程。（e）阳性对照菌的数量。（f）PI-ENMs过滤后收集的细菌数量。（g）PI-ENM对不同粒度的过滤性能。（h）老化前后PI-ENM的过滤性能。直径：500nm，静电纺丝时间：4h。

图3.（a）显示四种防护服材料（PI-ENM、W-MB、SF和FS）上硅胶颗粒因水蒸气透过而发生颜色变化的照片。（b）四种防护服材料的透气性。（c）在静电消除前后，PI-ENM、C-MB和W-MB的过滤效率（用300nm多分散NaCl颗粒在5.3cm/s的面速度下测试）和表面电压（SV）。

图4.（a）四种防护服材料在100℃下的热收缩率。（b）显示高温下热收缩行为的数码照片。（c）显示PI-ENM和PI-ENM@PDMS的阻燃性能的数码照片。（d）PI-ENM和PI-ENM@PDMS的过滤性能。

图5.不同纤维直径（200～500nm）的（a-d）PAA-ENMs和（e-h）PI-ENMs的水接触角。（i）40%NaOH（红色）和（j）40%H2SO4（黄色）溶液滴在PI-ENMs上的数字照片。

图6.PI-ENM和W-MB经（a）乙醇处理、（b）氯基处理和（c）紫外线照射杀菌处理五个循环后的过滤效率。（d）PI-ENMs经三种消毒处理五个循环后的透气性。PI-ENMs经（e）乙醇处理、（f）氯基处理和（g）紫外线照射杀菌处理五个循环后的WCAs。

该工作以“Highly breathable and durable waterproof polyimide electrospun nanofibrous membrane for potential reusable protective clothing application: Preparation, characterization and performance”为题发表在《Journal of Membrane Science》（DOI:10.1016/j.memsci.2023.122354）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.122354