[发明专利]一种磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜的制备方法，属于功能材料领域。本发明提供的制备方法工艺简单，易于操作，能有效同时实现聚偏氟乙烯电纺膜的超疏水特性与磁性。电纺膜由纳米纤维、微米小球和经氟硅烷改性的Fe3O4磁性纳米粒子共同组成，其中一部分的改性Fe3O4磁性粒子突出于PVDF微米小球和PVDF纳米纤维表面，剩余的氟硅烷改性的Fe3O4磁性粒子包埋在PVDF纳米纤维与微米小球内部，构成了粗糙的微纳结构表面，再对电纺膜进行疏水改性，进一步降低了电纺膜的表面能，制得的聚偏氟乙烯电纺膜具有良好的超疏水能力以及磁响应效果，有望在油污、有机溶剂高效吸附与油(或有机溶剂)/水有效分离方面得到应用。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜及其制备方法和应用。

背景技术

水资源紧缺是人类面临的最严重环境问题之一，而油污与有机溶剂的频繁泄露事故以及任意排放则会对水体造成极大的损害。目前，疏水材料特别是超疏水材料在油污(或有机溶剂)高效吸附与油(或有机溶剂)/水有效分离方面显示出良好的应用前景。

获得超疏水材料必须同时具备两个关键要素：(1)材料表面应该是由微纳结构组成的粗糙表面；(2)表面材料应该是低表面能的疏水物质。静电纺丝是一种制备柔性疏松多孔高比表面材料的有效方法。若制备得到的电纺聚合物材料具有超疏水特性，则有望成为高效实用的油水分离材料。与普通聚合物材料相比，聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种低表面能塑料具有优良的化学稳定性、耐候性、耐电化学性、耐磨性、并且热稳定性高、力学性能好。因此，基于电纺聚偏氟乙烯的超疏水油水分离材料引起了人们的关注。与此同时，若赋予超疏水电纺膜磁性功能，则有望实现在油水分离过程中的磁控操作。例如，中国发明专利CN104436760A公开了一种磁响应高效油水分离纤维膜，先采用静电纺丝法制备得到聚合物薄膜，然后再利用多巴胺原位聚合，通过生成的聚多巴胺将四氧化三铁纳米粒子粘附于电纺膜表面。但该专利的磁性超疏水电纺膜制备方法存在工艺复杂，需要控制多巴胺的聚合以及四氧化三铁粒子粘附的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜的制备方法和应用。本发明提供的磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜的制备方法工艺简单，易于操作，能有效同时实现聚偏氟乙烯电纺膜的超疏水特性与磁性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氟硅烷改性的Fe3O4磁性粒子；

(2)将所述步骤(1)得到的氟硅烷改性的Fe3O4磁性粒子与N,N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯混合，得到电纺液；

(3)将所述步骤(2)得到的电纺液进行电纺，得到电纺膜；

(4)将所述步骤(3)得到的电纺膜与氟硅烷偶联剂和醇类溶剂混合，进行疏水改性，得到磁性超疏水聚偏氟乙烯电纺膜。

优选地，所述步骤(2)中氟硅烷改性的Fe3O4磁性粒子、N,N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯的质量比为0.1～0.8:14～20:1.5～4.0。

优选地，所述步骤(3)中电纺的条件为：负电压为-1～-2V，正电压为8～14V，接收距离为13～15cm，平移距离为80～100mm，泵速为0.05～0.06mm/min。