[发明专利]类蜘蛛丝的聚合物纤维、其制备方法及其用途

说明书

本发明涉及化学仿生技术领域的一种类蜘蛛丝的聚合物纤维及其制备方法和用途。所述的类蜘蛛丝的聚合物纤维包含基体聚合物和分散在其中的微粒添加剂，所述微粒具有0.1‑1000微米的平均粒子尺寸，并且所述聚合物纤维具有包含纤维主体和在纤维主体上间隔分布的纺锤节结构单元的类蜘蛛丝的微观结构，其中所述纺锤节结构单元包含所述微粒，并且纺锤节结构单元的径向高度大于纤维主体的直径。本发明聚合物纤维的制备方法无需对现有纺丝工艺进行大幅改动、且设备无需更改，工艺简单，成本低。获得的类蜘蛛丝的聚合物纤维可以实现水滴在该纤维表面的定向移动，从而具有集水功能，可以用于制备集水材料。

技术领域

本发明涉及化学仿生技术领域，更具体地说，涉及一种类蜘蛛丝的聚合物纤维、其制备方法及其用途。

背景技术

水资源是人类社会发展的重要自然资源。地球上的水，尽管数量巨大，但能直接被人们生产和生活利用的却很少，约仅占地球总水量的0.26％。水资源的可持续利用是所有自然资源可持续开发利用中最重要的一个问题。当今，淡水资源紧缺的局面正在逐渐显现。全球80多个国家的约15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态。预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水，涉及的国家和地区达40多个。淡水资源短缺己经制约社会的发展，解决淡水资源问题迫在眉睫。解决方法可能就依赖于空气(这里集结着12.9万亿吨气态水)。空气可能成为未来人类生活用水的重要“水源”。

蜘蛛是自然界中利用空气水源的先驱者之一。当蜘蛛网置于湿润环境中，水汽在其中的捕获丝表面凝结、形成小水滴；而该纤维中存在的周期性的纺锤节结构造成捕获丝的曲率半径发生周期性的变化，产生拉普拉斯压差，导致水滴沿纤维径向方向受力不均，推动水滴发生定向(指向纺锤节)移动。水滴的这种定向移动有利于小液滴快速汇集形成大水珠，减弱蒸发作用，利于空气中水分的快速收集。蜘蛛通过上述过程在空气中收集水分来保障生存的方式为我们解决淡水危机提供了新的思路：开发具有纺锤节结构的仿蜘蛛丝纤维来实现空气中水分的快速收集，这一思路在沙漠、海岛等地区具有广阔的应用前景，也有望用于机场等特殊场所水汽的驱散。

现有技术中制备具有类似结构的仿蜘蛛丝纤维的方法主要有两种。

一是浸渍法：公开号为CN102776785A(申请号为201110223679.7)的中国专利申请公开的一种具有仿蜘蛛丝结构的集水聚合物丝即采用该种方法。在该方法中，将已有纤维浸入高分子溶液，之后取出干燥，在该干燥过程中，高分子溶液由于瑞利不稳定性在纤维表面形成一串液滴悬挂于纤维表面，经干燥固化得到轴向排列的纺锤节，从而得到具有类似蜘蛛丝结构的纤维。公开号为CN102587139A(申请号为201210004686.2)的中国专利申请以上述专利申请为基础，进一步实现了制备所得的纤维表面的突起节(即纺锤节)的高度从小到大均匀可控，其表面具有更微观的突起或微孔，这提高了纤维的集水效率。该方法属于对现有纤维的后加工。

二是静电纺丝方法：其对设备要求较高。公开号为CN103334244A(申请号为201310227113.0)的中国专利申请公开了一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，该方法采用静电纺丝技术，在人造纤维的表面自组装形成微米级珠串结构，从而获得仿蜘蛛丝纤维。但静电纺丝的设备较为昂贵，而且能够使用静电纺丝的聚合物种类较少。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提出一种类蜘蛛丝的聚合物纤维，该纤维能够实现水滴在该纤维表面的定向移动，从而具有集水功能，同时该纤维的制备方法应可简单实施且设备成本低。