[發明專利]一種基于非球形多孔微粒的類蜘蛛絲聚合物纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201710528430.4
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN109208110B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 喬金樑;姜超;戚桂村;張曉紅;宋志海;賴金梅;蔡傳倫;李秉海;王湘;蔣海斌;張江茹;茹越;高建明;張紅彬;韓朋
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: D01F6/50
• 分類號: D01F6/50;D01F6/54;D01F6/94;D01F1/10;D01D5/20
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 趙宇

本發明涉及化學仿生技術領域的一種基于非球形多孔微粒的類蜘蛛絲聚合物纖維及其制備方法。所述的類蜘蛛絲的聚合物纖維包含以重量份數計的以下組分：纖維基體聚合物100份；非球形多孔微粒1～48份。所述聚合物纖維其單絲具有紡錘節結構單元間隔分布的類蜘蛛絲的微觀結構，所述紡錘節結構單元徑向高度為10～300微米，所述紡錘節結構單元的軸向長度為10～1000微米，所述紡錘節結構單元的間距為10～5000微米。本發明的方法無需對現有紡絲工藝進行大幅改動、且設備無需更改，工藝簡單，成本低。本發明獲得的類蜘蛛絲的聚合物纖維可以實現水滴在該纖維表面的定向移動，具有集水功能，并且機械性能較好。

技術領域

本發明涉及化學仿生技術領域，更進一步說，涉及一種基于非球形多孔微粒的類蜘蛛絲聚合物纖維及其制備方法。

背景技術

水資源是人類社會發展的重要自然資源。地球上的水，盡管數量巨大，但能直接被人們生產和生活利用的卻少得可憐，約僅占地球總水量的0.26％。水資源的可持續利用是所有自然資源可持續開發利用中最重要的一個問題。當今社會，淡水資源緊缺的局面正在逐漸顯現。全球80多個國家的約15億人口面臨淡水不足，其中26個國家的3億人口完全生活在缺水狀態。預計到2025年，全世界將有30億人口缺水，涉及的國家和地區達40多個。淡水資源短缺己經制約社會的發展，解決淡水資源問題迫在眉睫。解決方法可能就存在于空氣中--這里集結著12.9萬億噸氣態水--空氣可能成為未來人類生活用水的重要“水源”。

蜘蛛是自然界中利用空氣水源的先驅者之一。當蜘蛛網置于濕潤環境中，水汽在其中的捕獲絲表面凝結、形成小水滴；而該纖維中存在的周期性的紡錘節結構造成捕獲絲的曲率半徑發生周期性的變化，產生拉普拉斯壓差，導致水滴沿纖維徑向方向受力不均，推動水滴發生定向(指向紡錘節)移動。水滴的這種定向移動有利于小液滴快速匯集形成大水珠，減弱蒸騰作用，利于空氣中水分的快速收集。蜘蛛通過上述過程在空氣中收集水分保障生存的方式，為我們解決淡水危機提供了新的思路：開發具有紡錘節結構的仿蜘蛛絲纖維，實現空氣中水分的快速收集，在沙漠、海島等地區具有廣闊的應用前景，亦有望用于機場等特殊場所水汽的驅散。

現有技術中制備類似結構的仿蜘蛛絲纖維的方法主要有三種。

一是浸漬法：公開號為CN102776785A(申請號為201110223679.7)的中國專利公開的一種仿蜘蛛絲結構的集水聚合物絲即采用該種方法，將已有纖維浸入高分子溶液后，取出干燥過程中，高分子溶液由于瑞利不穩定性在纖維表面形成一串液滴懸掛于纖維表面，經干燥固化得到軸向排列的紡錘節，得到類似蜘蛛絲結構的纖維。公開號為CN102587139A(申請號為201210004686.2)的中國專利以上述為專利基礎，進一步實現了制備所得的纖維表面的突起節的高度從小到大均勻可控，其表面具有更微觀的突起或微孔，提高纖維的集水效率。該方法屬于對現有纖維的后加工。

二是利用靜電紡絲方法，對設備要求較高：公開號為CN103334244A(申請號為201710227113.0)的中國專利公開了一種電紡珠串纖維的自組裝制備方法，該發明采用靜電紡絲技術，在人造纖維的表面自組裝形成微米級珠串結構，獲得仿蜘蛛絲纖維。但靜電紡絲的設備較為昂貴，而且能夠使用靜電紡絲的聚合物種類較少。

三是利用濕法紡絲方法：申請號為201710166815.0的中國專利提供的一種具有集水特性的仿生蜘蛛絲的聚合物纖維及其制備方法，該發明采用溶液紡絲技術，在紡絲原液中引入微米級噴霧干燥粉末橡膠，纖維凝固過程中即形成間隔分布的紡錘節，一步法獲得仿蜘蛛絲纖維。但由于添加劑與纖維基體的相互作用較弱，一定程度上影響了纖維的機械性能。

發明內容