離心紡絲制備可控微-納結(jié)構(gòu)超疏水纖維的研究.pdf

1、自然界中許多動植物都具有超疏水性能，如荷葉、水黽腿部、蝴蝶翅膀以及鳥類翅膀等。而超疏水材料具有防水、防污、可減少流體的粘滯等優(yōu)良特點(diǎn)，在日常生活用品、公共建筑、乃至國防航空等方面都有著廣泛的應(yīng)用。納米纖維材料由于具有纖維直徑小、比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，其作為一種重要的原料被廣泛應(yīng)用于組織工程支架、藥物傳輸、過濾介質(zhì)、人造血管、生物芯片、納米傳感器等領(lǐng)域。目前，將納米纖維與制備超疏水界面材料相結(jié)合是一個(gè)研究熱點(diǎn)。納米纖維的制備方法有很

2、多，包括模板合成法、相分離法、自組裝法、靜電紡絲法、離心紡絲法等。其中靜電紡絲法由于產(chǎn)率低而限制了它的大規(guī)模使用;離心紡絲法具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，無高壓，無污染，產(chǎn)率高等特點(diǎn)，是一種具有工業(yè)化應(yīng)用前景的微納米纖維制備方法;而其他方法制備過程復(fù)雜，并且只能用于制造有限類型的聚合物納米纖維。
　　本文基于離心紡絲技術(shù)制備超疏水聚苯乙烯(PS)纖維，研究了紡絲參數(shù)對纖維結(jié)構(gòu)的影響，不同構(gòu)造方法對纖維表面超疏水性能的影響，并考察了PS纖維力學(xué)

3、性能。應(yīng)用場發(fā)射掃描電鏡、紅外光譜、X射線衍射、X射線光電子能譜和接觸角測試等方法，對離心紡絲制備PS纖維的形貌結(jié)構(gòu)及疏水性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，離心紡絲技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)可控制備超疏水PS微/納米纖維，這將對緩解因材料表面清潔所帶來的環(huán)境污染和能源耗費(fèi)問題具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。主要內(nèi)容為:
　　通過調(diào)控紡絲參數(shù)實(shí)現(xiàn)離心紡絲可控制備PS微/納米纖維。研究結(jié)果表明:離心紡絲參數(shù)對PS纖維結(jié)構(gòu)有規(guī)律性影響。在紡絲參數(shù)為16wt.％

4、聚苯乙烯紡絲液濃度，8000rpm轉(zhuǎn)速，0.4mm噴絲孔孔徑，12cm收集距離時(shí)，所制備的PS纖維尺度達(dá)到納米級，同時(shí)纖維表面存在多孔結(jié)構(gòu)，整體表面粗糙度較大，具有一定的疏水性能。
　　采用一步法直接在紡絲液中加入納米SiO2顆粒，對PS微納米纖維表面進(jìn)行粗糙化調(diào)控，成功制備了具有雙重仿生結(jié)構(gòu)（荷葉表面納米級凸起和銀葉菊葉子表面褶皺溝槽的結(jié)構(gòu)）的超疏水PS纖維。研究結(jié)果表明:通過將SiO2引入到PS纖維表面可增加表面粗糙度來進(jìn)一步

5、提升疏水性能，當(dāng)SiO2含量為3wt.％時(shí)，PS纖維具有最大水接觸角151°。
　　采用兩步法，先將PS纖維經(jīng)過SiO2溶膠浸漬使纖維表面粗糙化，再經(jīng)過D4Vi單體浸漬后，利用等離子體處理將D4Vi單體聚合成低表面能薄膜沉積在纖維表面來構(gòu)造超疏水表面，既有SiO2顆粒納米級的凸起，又有D4Vi單體聚合的低表面能薄膜，成功制備出了具有超疏水性能的PS纖維。研究結(jié)果表明:當(dāng)?shù)入x子體參數(shù)為20pa，80W，2min時(shí)，改性后的PS纖維具