[发明专利]一种用于水雾收集的具有润湿性梯度的尼龙网的制备方法

说明书

本发明提供一种用于水雾收集的具有润湿性梯度的尼龙网的制备方法，方法包括喷涂方法制备曲率梯度结构尼龙网，以及刻蚀后得到粗糙度梯度和曲率梯度兼并的尼龙网。这种方法能实现特殊的润湿性并加速水滴汇聚以及向下传导的速率。在2cm×2cm的尼龙网上最大的水滴承载质量达到最低0.22g，在相对雾流量为110g/s/m²时，水收集率达到1688mg/cm²/h。尼龙网具有机械性能强、成本低的特点，处理后的尼龙网的力学性能将进一步提高。因此本发明将提高室外条件下尼龙网的强度并能实现高效的雾水捕获。这种通过简单方法制备的水收集材料能应用于实际并可以大规模推广。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种用于水雾收集的具有润湿性梯度的尼龙网的制备方法。

背景技术

水资源短缺已经成为全球性的危机，全球三分之二的人口正面临这一严峻形势。不过，在一些干旱多雾的地区，从空气中收集水正成为获得清洁用水的有效手段。

近年来，研究人员发现蜘蛛丝具有捕捉雾滴的特性，并对其机理进行了研究。蜘蛛丝由亲水性纳米纤维组成，有利于微小液滴的凝聚。当水继续凝结时，蜘蛛丝会收缩成周期性的纺锤结。沿着纺锤结的位置产生曲率梯度和粗糙度梯度，这两个梯度都有助于水的输送和聚结。

基于这一特点，采用多种方法制备了大量的仿生人工纤维，包括电动力学法、浸涂法、微流法、流涂法。电动力学法广泛应用于微纳米纤维的制备，在仿生蜘蛛丝领域，利用该技术制备了具有均匀纺锤结的纤维和具有核壳结构的同轴异质纤维。由于瑞利不稳定性，浸涂法是一种简便的纺锤结纤维制备方法，可以精确控制纺锤结的尺寸。利用微流法可以设计多层非均匀材质相和间歇材质相。微流法和流涂法都能被应用于大量连续的超细仿生纤维的制备中，使其能在应用在实际中。

蜘蛛丝作为一种特殊的天然纤维，具有很高的强度、柔韧性和断裂抑制性能。这种机械性能使其在自然条件下不易破坏其集水特性。尼龙作为一种普适性的合成纤维，已被报道应用于雾收集领域。尼龙具有优异的综合性能，包括力学性能、耐磨性、耐化学性和自润滑性。除此之外，尼龙透明且价格低廉，这使得它作为室外收集雾的原材料更具优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便、可大规模生产的具有润湿性梯度的尼龙网的制备方法。利用喷涂技术将聚甲基丙烯酸甲酯喷涂在尼龙网上，利用了液滴自动汇聚在尼龙节点处的特性形成节点处聚合物厚而远离节点处薄的特性，形成曲率梯度的纤维网。另外利用刻蚀技术刻蚀聚合物表面形成表面粗糙度梯度，从而形成四周往轴节有润湿度增加的一种梯度。这种方法加速了水滴在尼龙网上的汇聚，以及加速了水滴向下传导的速度，从而整体上形成一个高效集水的过程。此方法还减小了水滴在尼龙网上的阻塞效应以及水滴在进入收集器前的二次蒸发效应。本发明通过简单的方法设计并制备了一种具有润湿性梯度的尼龙网，这种尼龙网具有独特的润湿性，提升了水滴收集效率，可以持续利用，并可大规模推广和制备。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于水雾收集的具有润湿性梯度的尼龙网的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.喷涂法制备具有曲率梯度结构的尼龙网：首先，为了去除尼龙网表面的杂质，用乙醇，去离子水反复清洗；将聚甲基丙烯酸甲酯按质量分数6％-10％溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，在50℃搅拌1-1.5h，待聚合物溶解后，用微型喷雾器将PMMA溶液喷洒在尼龙网上；一次少量喷洒，放入烘箱干燥；反复多次喷洒并干燥后制得具有曲率梯度结构的尼龙网；

B.将过氧化氢溶液按体积分数25％-30％加入浓硫酸中制备食人鱼溶液；将步骤A得到的尼龙网进一步浸入食人鱼溶液中1-3s，蚀刻表面结构，然后立即用去离子水冲洗；反复冲洗尼龙网并用pH试纸检测洗涤液呈中性后放入烘箱中干燥5-10min；

C.具有润湿性梯度结构的尼龙网材料的水雾收集：取步骤B制备好的尼龙网，让镊子夹着保持与水平面垂直，放置在集雾口10cm处的地方，用于水收集实验的雾水流速设置为30-110g/s/m²。