離心紡絲制備可控微-納結構超疏水纖維的研究.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，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，其作為一種重要的原料被廣泛應用于組織工程支架、藥物傳輸、過濾介質(zhì)、人造血管、生物芯片、納米傳感器等領域。目前，將納米纖維與制備超疏水界面材料相結合是一個研究熱點。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;離心紡絲法具有機械結構簡單，無高壓，無污染，產(chǎn)率高等特點，是一種具有工業(yè)化應用前景的微納米纖維制備方法;而其他方法制備過程復雜，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制備超疏水聚苯乙烯(PS)纖維，研究了紡絲參數(shù)對纖維結構的影響，不同構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

3、性能。應用場發(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纖維的形貌結構及疏水性能進行了表征。實驗結果表明，離心紡絲技術能夠?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)境污染和能源耗費問題具有重要的學術和應用價值。主要內(nèi)容為:
　　通過調(diào)控紡絲參數(shù)實現(xiàn)離心紡絲可控制備PS微/納米纖維。研究結果表明:離心紡絲參數(shù)對PS纖維結構有規(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，所制備的PS纖維尺度達到納米級，同時纖維表面存在多孔結構，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微納米纖維表面進行粗糙化調(diào)控，成功制備了具有雙重仿生結構（荷葉表面納米級凸起和銀葉菊葉子表面褶皺溝槽的結構）的超疏水PS纖維。研究結果表明:通過將SiO2引入到PS纖維表面可增加表面粗糙度來進一步

5、提升疏水性能，當SiO2含量為3wt.％時，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。研究結果表明:當?shù)入x子體參數(shù)為20pa，80W，2min時，改性后的PS纖維具