在当前注重健康和健身的环境中，服装和可穿戴设备已经发生了革命性的变化。人们已经准备好花费他们的资源来获得一个高效、健美的身体，在更高的心率下工作，而不会对肺等器官产生任何危险的影响。也就是说，在跑步、徒步旅行等需要大量氧气的运动中，不能让衣服浸泡在水里，因为外面下雨、下雪、刮风或内部出汗过多，衣服会变重。这些趋势的证据可以在社交媒体平台上找到，各个年龄段的人对健身相关内容和教育的兴趣都在不断增加。这些透气防水织物的其他应用是专业服装，如在洁净室，军事，消防员和农用布衣。在医疗应用中，这项技术可以转化为可穿戴设备，如手术服、敷料和卫生用品。这项技术的潜在应用数不胜数。

为了确保这一点，面料行业已经提高了他们的技术，提供重量轻、透气、防水的面料，让人们在不需要换衣服的情况下更舒适地进行更长时间的体育活动。这些产品包括Gore-Tex®，The North Face®，Sympatex®等品牌的产品。

在这些可穿戴设备和纺织品的许多已开发材料中，全氟烷基物质（PFAS）已被广泛使用，并易于在环境和人体中积累。联合国[1]、经合组织[2]、HBM4EU[3]、欧洲经济区[4]和文献[5]等环境组织都强调了这些PFAS污染物的存在，这对所有社区来说都是令人担忧的，它们的有害影响总结在图1中。

图1.全氟烷基物质对人体的影响[4,5]

PFAS存在多种变体，据说有5000多种类型，可以大致分类，如图2所示。这些化学物质通过生产、使用和处置等多种途径进入环境和人体。由于它们高度稳定的性质，它们无限期地栖息在水源、海洋和土壤栖息地，从而污染动物和植物的生命。由于它们是不可降解的，不能自然去除，它们被称为“永远的化学物质”。

图2.PFAS及其分类

下面简要概述了织物形成的细节，涉及的重要因素，以及制造这些织物的技术之一。

形成及工作机理：目前，制作透气防水织物的方法有高密度机织织物、涂层织物和层压织物三种。本文主要关注层压织物，因为层压织物比前两种成型技术更能全面地提供这两种特性。图1提供了织物构造的概述。以层叠三层结构为例，展示了构建透气防水织物的方法。这包括一层衬里织物，它与多孔/纤维膜完全接触，作为大分子（蒸汽）的屏障，并允许小分子（空气）通过。内衬织物作为内部服装，允许小尺寸/充气蒸汽到达膜界面，而运动员出汗。膜的多孔结构允许颗粒根据大小穿透。最后，防水织物的第三层阻挡了任何从外部通过的水蒸气，比如雨、雪或风，让内部的蒸汽渗透并离开织物。在这些织物的形成过程中考虑的几个重要参数是材料的亲水性/疏水性、透气性、孔隙率、机械强度、耐温性，最后是每一层之间的附着/层压。

图3.三层透气性防水织物方案。

透气性：织物的透气性是水蒸气通过扩散成功渗透织物的能力，因此，通过蒸发[6]促进冷却。更高的透气性意味着更多的汗水允许从皮肤到织物的外部，这有助于防止水分在织物内部积聚，确保穿着者的舒适性。

透气性可以通过使用水汽透过率来测量，水蒸气透过率表示蒸汽在24小时内能够透过一平方米织物的速率，以g/m2/天为单位。织物的应用类型取决于透气性等级，例如，5000克/平方米/天，这是低透气性水平，可能适合钓鱼，但对于登山，超过20000克/平方米/天是必须的，这意味着需要非常高的透气性水平。

防水性：防水性是指织物不允许水通过织物渗透的能力。这意味着织物必须有足够的孔隙度，不能让水滴或块状的水流过它的表面，但可以让水蒸气通过。防水等级也定义了各自的应用产品，例如，在10000毫米以下，可以抵抗小雨、平均雪和压力，而在20000毫米以上的值，可以抵抗极端的雨、雪和高压。

静电纺丝用于纳米纤维膜：传统的膜材料，包括聚四氟乙烯（PTFE）和热塑性聚氨酯（TPU），在通过层压策略制作时，具有一定的缺点，例如PTFE的成本和可回收性，以及无孔隙导致低透水性导致TPU不适。事实上，同时结合这两种属性是非常重要的，因为保护能力和舒适度是负相关的。

静电纺丝技术克服了以往技术的不足，为高效、优化纳米结构、低重量的纳米纤维和多孔膜的形成开辟了一条新途径。该技术本身很简单，因为它需要从带有聚合物溶液的带电喷丝板产生高电压，将聚合物直接沉积在衬里织物等衬底上。凭借先进的静电纺丝系统，可以实现工业规模连续生产膜与织物的层压。

近年来，研究人员在提高膜的性能方面做了大量的努力，如在静水压力下同时通过蒸汽，避免对环境有害的氟基材料，以及高疏水性耐膜的可生产性。为此，对工艺参数（电压、沉积距离、注射流量、喷丝孔直径）、环境参数（相对湿度、温度）和溶液参数（粘度、电导率、表面张力）等参数进行调节。这样，在透气性和防水能力[7]之间达到平衡。

材料类型：在过去的几年里，许多材料，如聚氨酯（PU），聚丙烯腈（PAN），聚偏氟乙烯（PVDF），聚醚砜（PES），聚酰亚胺（PI），聚丙烯（PP），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），尼龙6等，已被研究，以生产最佳的防水和透气织物材料。所有这些聚合物都有其独特的能力，有助于织物的形成，在大多数情况下，它们要么彼此结合，要么与其他一些试剂结合，如碳纳米管（CNTs）、二氧化硅（SiO2）和功能氟[7]。

产品：所使用的材料与静电纺丝参数的优化相结合，产生了静电纺丝产品，如The North Face®[8]的Futurelight©，该产品利用PU弹性微孔膜，于2019年推出，作为防水透气织物，适用于攀登等高强度活动。该品牌还能够实现不含PFC的最终产品，并使用经过处理的回收织物，因此更环保。其他防水透气面料品牌包括DryVent®，eVent®，GORE-TEX®，Polartec®- Neoshell®等。

应用：一般来说，防水和透气织物找到他们的应用，但不限于，以下：

户外装备：帽子、手套、雨伞、干衣、帐篷等。

建筑-屋面材料，由于较轻的重量，防水，抗紫外线和隔音等。

医疗卫生用品、枕套、床罩、手术服、伤口敷料等。

农业——树棚、产品运输包装等。

职业装——防护军服、功能性重负荷服、洁净室服、消防员服、农民服等。

运动服-夹克、长裤、雨衣、泳装、雨衣、滑雪服、鞋类、徒步鞋、野营靴等。

未来方向：正如这篇短文所描述的，防水透气面料的不同应用和产品的可能性，通过选择正确的材料类型，如聚合物，可以在透气性和防水性之间取得正确的平衡，同时足够舒适，可以穿更长的时间，在达到织物的最佳水平上可以做很多工作。如前所述，材料的选择非常重要，因为整个行业都在朝着不含PFC的产品发展，否则会对环境产生负面影响，而且很难降解。最后，织物结构的选择是新技术的关键，其中静电纺丝处于实现高精度的前沿，以非常高的生产率获得最佳多孔纳米纤维。此外，该技术具有足够的灵活性，可以合并并直接沉积在基材上，具有多种功能的新型纤维，如衬垫织物。这项技术的另一个优势是减少了最终成品形式所需的后期处理。

引用:

[1] UNEP/POPS/POPRC.14/6 (Meeting report)

[2] https://www.oecd.org/chemicalsafety/portal-perfluorinated-chemicals/

[3] https://www.hbm4eu.eu/hbm4eu-substances/per-polyfluorinated-compounds/

[4] https://www.eea.europa.eu/publications/emerging-chemical-risks-in-europe/emerging-chemical-risks-in-europe

[5] Brennan, N. M., Evans, A. T., Fritz, M. K., Peak, S. A., & von Holst, H. E. (2021). Trends in the regulation of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS): a scoping review. International journal of environmental research and public health, 18(20), 10900.

[6] McCullough, E. A., Kwon, M., & Shim, H. (2003). A comparison of standard methods for measuring water vapour permeability of fabrics. Measurement Science and Technology, 14(8), 1402.

[7] Sheng, J., Zhao, J., Yu, X., Liu, L., Yu, J., & Ding, B. (2019). Electrospun nanofibers for waterproof and breathable clothing. In Electrospinning: Nanofabrication and applications (pp. 543-570). William Andrew Publishing.

[8] https://www.thenorthface.co.uk/