[发明专利]一种超疏水膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水膜材料的制备方法，属于功能性纤维膜技术领域。所述方法是以疏水聚合物和无机纳米粒子为纺丝液，以易挥发溶剂和不易挥发溶剂为混合溶剂，通过静电纺丝技术制备光滑纤维、多孔纤维和多孔微球等多种表面形貌的超疏水膜材料。无机纳米粒子的孔径和用量，溶剂比例和疏水聚合物的加入对材料疏水性能的提高发挥了主要作用。本发明制备得到的超疏水膜材料表面形貌易于调节，具有较好的超疏水性能，在自清洁、油水分离、过滤膜等领域有潜在应用。

技术领域

本发明涉及一种超疏水膜材料的制备方法，属于功能性纤维膜技术领域。

背景技术

超疏水膜材料是指其表面对水接触角超过150°，超疏水膜材料在自清洁、防污、微流体装置和防覆冰等领域具有广泛应用。超疏水膜材料的表面疏水性主要由材料表面的化学组成和微观结构决定，通过对这两个条件进行控制，可以得到具有优异疏水性能的膜材料。

目前，超疏水膜材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、层层自组装法、模板法和气相沉积法等。然而，这些制备方法大多会受到实验条件、设备价格、操作复杂性和产生有毒气体等的限制。而静电纺丝是通过外加电场作用于聚合物溶液制备聚合物纤维的技术，是能够连续制备纳米纤维的重要方法之一。控制静电纺丝工艺条件可以制备表面形貌可控调控的纺丝纤维，纺丝纤维具有比表面积大、孔隙率高、纤维直径均一等特点，在膜分离材料、纳米导体、液滴输送等领域具有广泛应用前景。

发明内容

技术问题

针对现有技术制备超疏水膜材料的工艺复杂、效率低、所用设备或材料昂贵、反应条件苛刻等缺陷，本发明的目的是提供一种操作简单、经济、步骤减少、表面形貌易于调节的超疏水静电纺丝膜的制备方法。本发明涉及一种静电纺丝制备超疏水膜材料的制备方法，制备具有多层次微纳米多孔结构的疏水纺丝膜。本发明以易挥发溶剂和不易挥发溶剂为混合溶剂，采用静电纺丝法制备多层次微纳米多孔结构纺丝薄膜。本发明制备的静电纺丝多层次微纳米疏水膜具有形貌可控调控，易于加工，疏水性和稳定性较好的综合性能。该方法得到的疏水材料具有多层次结构，形貌可控，比表面积大，疏水性能优异。

技术方案

本发明的第一个目的是提供一种制备超疏水膜材料的方法，所述方法是以疏水聚合物和混合溶剂为主要原料，混合均匀配制成纺丝溶液，再采用静电纺丝制备得到多孔结构的超疏水膜材料；所述混合溶剂由易挥发溶剂和不易挥发溶剂组成。通过利用溶剂挥发性能的差异，在静电纺丝过程中易挥发溶剂的快速蒸发使纤维表面温度快速降低，造成热致相分离引起多孔的形成。纤维表面温度的降低使得空气中的水汽凝结到纤维上，水是聚合物的非溶剂，水珠周围的聚合物溶液会凝固，当水滴挥发后在纤维上留下多孔结构。

在本发明的一种实施方式中，所述疏水聚合物包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙二醇(PEG)两亲性嵌段共聚物、笼型聚倍半硅氧烷(POSS)基含氟聚合物中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述混合溶剂与疏水聚合物的质量比为(80-85)：(15-20)。

在本发明的一种实施方式中，所述易挥发溶剂选自四氢呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述不易挥发溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜中的一种或多种。

在本发明的一种实施方式中，所述易挥发溶剂和不易挥发溶剂的质量比为(1-4)：(1-4)。

在本发明的一种实施方式中，所述纺丝溶液中还包括疏水性无机纳米粒子。

在本发明的一种实施方式中，所述疏水性无机纳米粒子包括纳米Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZnO和Fe₃O₄中的一种或多种。