[发明专利]一种超疏水及超亲水静电纺丝纳米纤维复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及超疏水及超亲水纳米纤维复合膜的制备及其力学性能改进的方法。

背景技术

润湿是一种常见的界面现象，也是固体表面的重要特征之一，通常用液体在固体表面的接触角来表征。超疏水是指表面对水的接触角大于150°，超亲水是指对水的接触角小于5°的现象。一般来说，润湿性由固体表面的化学组成和微观几何结构决定，合适的表面微细结构及高表面自由能或低表面自由能的固体表面及合适的表面微细结构是产生超亲水和超疏水的两个前提条件。这类材料在自清洁材料、微流体装置以及生物等领域得到广泛应用，对基础研究和实际应用非常重要。

超疏水表面的实现可以通过两种方法取得，一是通过化学方法降低固体的表面自由能，二是在疏水材料表面构建粗糙结构。疏水材料有机硅氟材料表面能低，含氟基团的表面能-CH₂-＞-CH₃＞-CF₂-＞C-F₂H＞-CF₃的依次下降。-CF₃基团的表面能小至6.7mJ/m²，水接触角最大。Anurima等采用静电纺丝技术，以含氟聚合物为原料，通过控制溶液的浓度，获得直径在80nm到1.4μm之间的纤维，显示出良好的疏水性。

制备超亲水表面主要有两种途径，一是光引发超亲水，如TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、V₂O₅等受紫外光或可见光辐照后即可由疏水转变为超亲水，二是在亲水材料表面构建粗糙结构。其中聚合物溶液或共混聚合物的相分离可形成粗糙结构，用于制备具有特殊浸润性的表面。徐坚等用甲酸将亲水的尼龙66塑料板溶胀，再浸入非溶剂中使其进行相分离，由于尼龙本身的亲水性及形成的微颗粒增加了表面的粗糙度，直接得到超亲水聚合物表面。

目前超疏水及超亲水表面的制备工艺主要有模板法、溶胶-凝胶法、层层自组装法、气相沉积法等。这些制备工艺均有不足之处，模板法受模板限制较大，难以实现大面积表面的制备；溶胶-凝胶法一般需要紫外光照射等方式才能获取超亲水性，且不适用于制备高分子材料的超亲水表面，存在一定的局限性；层层自组装法存在效率低和工艺复杂的问题；化学气相沉淀法缺点是需要高温操作，过程较为复杂，会产生有毒和腐蚀性的气体。物理气相沉淀设备昂贵，操作技术要求高，效率低，条件较为苛刻。

静电纺丝是通过给聚合物溶液施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术，其纤维直径在微米和纳米之间。它是能够连续制备纳米纤维的最重要的方法之一。静电纺丝制得的无纺布，具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高等特点，这些特性使其在过滤材料、生物医药工程、纳米导体、膜技术应用等领域有很大的应用前景。

本发明利用静电纺丝技术，结合上述理论，采用不同方法制备超疏水及超亲PET/PVA纳米纤维复合膜，简单易行。

发明内容

本发明在于提供超疏水及超亲水纳米纤维复合膜的制备及改进其力学性能的方法，该方法解决了现有技术中的不足和问题，过程简单，效果显著。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明主要利用静电纺丝技术，使用不同溶剂及后处理方法，制备力学性能良好的超疏水及超亲水纳米纤维复合膜。

一种超疏水纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于步骤如下：

A、静电纺丝溶液的配制：聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯醇质量比为10/1～1/10，使用混合溶剂三氟乙酸与二氯甲烷体积比9/1，溶液浓度范围为5～20wt％；

B、静电纺丝工艺制膜：将配制好的溶液注入静电纺丝设备的注射器中，通过静电纺丝仪器制备成膜；纺丝温度为25～50℃，纺丝液的推进速度为0.001～1mm/min，纺丝电压为5～50kV，纺丝针头到接收板的距离为5～30cm；

C、将制备的纳米纤维复合膜进行热处理，温度为50～200℃，处理时间1～10h。

聚乙烯醇的醇解度范围为80％-99％。

一种超亲水纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于步骤如下：

A、静电纺丝溶液的配制：聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯醇质量比为1/10～20/1，使用六氟异丙醇溶剂，溶液浓度范围为5～20wt％；