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研究人員通過TPU溶液噴涂+激光打孔技術，制備出具有單向汗液導出能力的面料

文章來源：環球聚氨酯網更新時間：2025-08-29 21:07:28

具有單向汗液導出能力的Janus面料因其卓越的個人熱濕管理性能而備受關注。然而，目前的制造方法工藝復雜，存在環境問題且難以實現大規模生產。更重要的是，現有制備的面料通常缺乏良好的柔韌性，嚴重影響穿著舒適度。

研究人員提出了一種自粘合策略，通過將熱塑性聚氨酯（TPU）溶液噴涂到纖維上來制備高度柔韌的Janus面料，并采用激光打孔技術精確修飾微觀結構以增強液體導出。與傳統熱轉印在表面形成薄膜不同，這種方法使TPU直接粘附在棉纖維上，從而保留了織物固有的柔韌性。所制備的Janus面料具有優異的單向液體導出性能，50 μL的水可在12.1秒內完全滲透導出。

隨著極端天氣狀況日益頻繁，人體熱濕舒適度管理已成為一個關鍵問題。皮膚表面濕度過高會使人感到潮濕黏膩，從而降低工作效率。同時，體溫升高可能引發中暑、虛脫等癥狀。然而，傳統面料在這種條件下顯得力不從心：例如，親水性棉質面料可以吸收皮膚表面的汗液，但排出速度緩慢，導致汗液積聚在面料內側；低效的汗液導出會在皮膚周圍形成過濕過熱的微環境，成為細菌滋生的溫床。雖然吸濕排汗面料（例如滌綸和尼龍）具有速干特性，但其疏水性使其難以從皮膚表面去除汗液。因此，開發能夠快速吸收汗液并高效導出的功能性面料已成為先進材料科學領域的當務之急。

Janus膜以其不對稱潤濕性而聞名，因其能夠實現單向液體傳輸而備受關注。通過將這項創新技術融入紡織品中，研究人員成功開發出能夠定向導出汗液的Janus面料。當汗液從皮膚接觸面傳輸到面料的外表面時，皮膚能夠保持干爽舒適。此外，干燥的皮膚表面可防止汗液中無機鹽（如氯化鈉）的積聚，從而減少皮膚刺激。這種機制還增強了蒸發冷卻效應，確保了持續的熱舒適性。因此，具有卓越熱濕管理性能的Janus面料已被廣泛應用于防護服、防靜電服裝、高強度運動服和阻燃面料等領域。

目前，Janus面料的制造方法主要分為兩類：化學處理和靜電紡絲。

前者主要使用疏水/親水化學物質對面料單側改性實現兩面不對稱潤濕性。例如，此前有研究團隊通過用疏水性PFOTES和SiO2納米粒子對親水性棉質面料進行預處理，再對單側進行選擇性等離子處理，制備出Janus面料。也有研究團隊通過將含氟共聚物FS-60溶液噴涂到超親水處理的PET織物單側實現疏水改性，制備出具有非對稱潤濕梯度的Janus面料。另有研究團隊先在棉質面料單側噴涂單寧酸-聚乙烯亞胺（TA-PEI）混合溶液，再浸入十八胺（ODA）溶液，最終制得Janus面料。但該方法往往依賴含氟或有毒物質，存在環境和健康問題。但此類方法往往依賴含氟或有毒物質，存在環境問題和健康隱患。

后者則能形成具有潤濕/結構梯度的復合膜結構。例如，此前有研究團隊制備了具有漸進潤濕性的三層 PU/(PU-HPAN)/HPAN纖維膜，實現了連續、自發和定向的水傳輸。然而，通過靜電紡絲制備的Janus面料通常存在層間結合力弱、機械強度差、耐洗滌和摩擦性能有限等問題，限制了其日常穿著的適用性。

這些局限性凸顯了開發無毒、機械強度高且耐用的Janus面料的迫切需求，這對研究人員在推進功能性紡織技術方面提出了重大挑戰。

針對上述問題，研究人員近期研發了一種名為熱轉印微孔面料的Janus面料。該面料采用熱轉印工藝在棉織物上構建熱塑性聚氨酯（TPU）層，并通過激光微加工技術形成微錐形孔。選擇TPU作為功能材料是基于其固有的疏水性、卓越的機械性能和無毒特性，能顯著增強面料耐久性和日常穿著適用性。該面料可承受至少250次家庭洗滌循環和900次摩擦測試，即使在背包腰帶、鞋墊等高磨損場景仍展現出廣闊的應用前景，有效解決了Janus面料領域耐磨性與耐洗滌性的雙重挑戰。但熱壓工藝形成的較厚TPU層（約70μm）嚴重損害了織物原有的柔韌性。

研究人員進一步提出通過TPU溶液噴涂結合激光打孔技術，開發出一種兼具無毒特性、高機械強度和優異柔韌性的新型Janus面料。具體而言，噴涂TPU溶液可確保材料與織物表面緊密自粘合，形成柔軟的超薄TPU薄膜（約0.44μm），在保持織物固有柔韌性的同時確保其機械強度。隨后，通過激光打孔工藝在面料表面構建微錐孔陣列，顯著提升了面料的水蒸氣傳輸速率。最終制備出的面料展現出優異的單向導汗性能，經15分鐘的跳繩測試后，穿著該面料的人體溫度比穿著傳統棉質面料的人體溫度低約1.3°C，顯著提高了人體的體溫調節舒適度。得益于TPU與纖維之間強大的粘合力，制備的面料可承受400次以上的摩擦測試和300次以上家庭洗滌循環。這項研究為設計開發實際可穿著的柔性Janus面料提供了可行方案，標志著功能性紡織技術領域的重大進步。

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