[發(fā)明專利]一種具有超疏水多級納米結(jié)構(gòu)的纖維膜的制備方法

無效

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• 申請日: 2010-07-20
• 公開（公告）號: CN101928996A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁彬;林金友;蔡宇;俞建勇;楊建茂;孫剛
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D1/02;D01F1/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有超疏水多級納米結(jié)構(gòu)的纖維膜的制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，靜電紡絲技術(shù)作為一種可制備直徑分布在幾百個納米到幾個微米范圍內(nèi)纖維的簡單而有效的方法，越來越受到重視，引起了各國科研工作者的廣泛關(guān)注。迄今為止，已有近百種聚合物被用來通過溶液或熔融紡絲制備成靜電紡納米纖維膜。在過去的近10年里，靜電紡納米纖維膜已經(jīng)應(yīng)用在過濾、超疏水材料、反應(yīng)催化劑載體、超高靈敏度生物傳感器、生物組織工程、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域。

國內(nèi)外研究學(xué)者報道了借助于靜電紡絲技術(shù)制備超疏水纖維的研究，主要集中于兩個方面，一是通過含氟物質(zhì)來修飾靜電紡纖維表面，來獲得超疏水效果；而是通過增加纖維表面的粗糙度，即增加纖維膜中的珠粒來達(dá)到超疏水效果；另外還有研究者通過層層自組裝的方法，在靜電紡纖維表面上裝飾納米顆粒，來獲得超疏水纖維。這些方法，需要的過程較為繁瑣，纖維膜的機械強度較差，限制了超疏水纖維膜的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有超疏水多級納米結(jié)構(gòu)的纖維膜的制備方法，克服現(xiàn)有條件下超疏水纖維制備繁瑣、機械強度差的缺點。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有超疏水多級納米結(jié)構(gòu)的纖維膜的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

第一步：在室溫下，將疏水性聚合物以及疏水性無機納米顆粒加入到盛有溶劑的密閉器皿中，放在磁力攪拌器上，以10-200rpm的轉(zhuǎn)速攪拌，得到性質(zhì)均一的溶液；

第二步：在室溫下，將第一步得到的溶液以恒定的流速輸入到噴絲頭上，同時將噴絲頭連接高壓靜電發(fā)生器進(jìn)行靜電紡絲，紡出的纖維用接收裝置接收，得到具有超疏水多級納米結(jié)構(gòu)的纖維膜。

所述第一步中的疏水性聚合物優(yōu)選為聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，醋酸纖維素酯，聚碳酸酯，聚醋酸乙烯酯，聚乳酸，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚丁二酸丁二醇-共-對苯二甲酸丁二醇酯，聚羥基戊酸酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚酰胺，聚醚酰亞胺，聚甲醛或乙基纖維素。

所述第一步中的疏水性無機納米顆粒優(yōu)選為疏水性二氧化硅納米顆粒，直徑為2-40納米，添加量為疏水性聚合物纖維的5-20wt％。

所述第一步中的溶劑優(yōu)選為N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，四氫呋喃，二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，一氯甲烷，丙酮，甲酸，苯，甲苯，環(huán)己烷，六氟異丙醇以及三氟一醇中的一種或二種以上的混合物。

所述第二步中的靜電紡絲時所用的電壓為15-30千伏，溶液輸入到噴絲頭上的速度為2-6毫升/小時。

所述第二步中的接收材料為鋁箔、銅網(wǎng)、織物或無紡布，噴絲頭與接收材料之間的垂直間距為10-20厘米。

本發(fā)明的基本原理是利用低勢能的疏水性聚合物，通過靜電紡絲方法來制備纖維直徑在亞微米及的超細(xì)纖維，同時利用溶劑的高揮發(fā)性和靜電紡絲過程中聚合物微小液體流在高壓靜電場中高速拉伸飛行過程中產(chǎn)生的相分離在纖維表面形成微納米級凸起及褶皺，同時通過在紡絲液中添加疏水型的二氧化硅納米顆粒，可以大大增加纖維表面的粗糙度，這樣以來纖維表面的微納米級凸起及褶皺結(jié)構(gòu)可以包覆大量的空氣，當(dāng)水滴接觸纖維表面時，被包覆的空氣和低勢能的聚合物纖維表面使得固液界面(含液體)的接觸角大幅度提高，超過150°，從而達(dá)到超疏水效果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明制得的超疏水多級納米結(jié)構(gòu)纖維，能夠較大幅度地提高纖維膜的疏水性能。以聚苯乙烯為例，再加入無機顆粒靜電紡絲后，疏水角從148.6°提高到157.2°，疏水角滯后從7.0°下降到2.2°。因為疏水角滯后反映的是表面的動態(tài)疏水性能，而在實際應(yīng)用在動態(tài)領(lǐng)域更為廣泛，所以本發(fā)明對于疏水性能的提高有更大的意義。

(2)本發(fā)明的超疏水多級納米結(jié)構(gòu)纖維的制備方法，無需經(jīng)過FAS處理即具有超高疏水角，免去了氟的困擾，具有工藝簡單、價格低廉、無污染等優(yōu)點。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明。

實施例1

在室溫25℃下，將3g聚苯乙烯(分子量208kg/mol)、0.5g直徑為2-40納米的疏水二氧化硅納米顆粒以轉(zhuǎn)速10rpm攪拌溶解在7gN，N-二甲基甲酰胺溶液中，攪拌至固體全部溶解，溶液呈無色透明液體，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt％的聚苯乙烯溶液(相對于聚苯乙烯二氧化硅納米顆粒含量為14.3wt％)。