李嘉辰

摘 要：以靜電紡絲技術(shù)為手段制備了一系列的功能性超疏水材料。首先，通過摻雜表面修飾納米粒子的方法成功制備了仿生超疏水材料，使其表面不但有良好的自清潔性能還可以通過對(duì)納米粒子的不同改性為材料提供特殊功能。其次，設(shè)計(jì)了一種可大面積電紡絲裝置，通過對(duì)三種不同形貌性質(zhì)的纖維共紡得到機(jī)械性能增強(qiáng)的超疏水材料，為超疏水材料的工業(yè)化生產(chǎn)和大面積制備奠定了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)合成了具有光刺激響應(yīng)功能的聚合物，再用靜電紡絲法制備了智能控制潤(rùn)濕性的超疏水材料，為制備功能性表面材料提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：超疏水；靜電紡絲；聚合物

0引言

超疏水材料越來(lái)越吸引人們的關(guān)注，它廣泛地應(yīng)用于生活中的許多領(lǐng)域，如汽車表面的自清潔涂層、防雪/防冰的玻璃、輸電線的不沾水涂層、金屬的防腐蝕和油水分離器等等。因此，研究超疏水材料具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。靜電紡絲法是一種簡(jiǎn)單、有效的制造微納米纖維或者微球的技術(shù)。可以通過紡絲液的濃度或者配比獲得各種形貌和尺寸的聚合物纖維，所以廣泛的應(yīng)用于超疏水薄膜的制備。

1 材料制備方式

本文著眼于解決目前超疏水材料存在的熱點(diǎn)問題，如耐用性、機(jī)械穩(wěn)定性以及大面積加工等，制備了一系列具有一定功能性的超疏水材料

1.1仿生多功能超疏水材料的制備

①模仿荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)，將改性硅油修飾的SiO2納米粒子引入聚偏氟乙烯電紡纖維薄膜，不僅成功地構(gòu)建了微納米雙重尺度結(jié)構(gòu)的粗糙表面，而且避免了SiO2納米粒子單獨(dú)摻雜導(dǎo)致的容易脫落耐用性差問題，從而獲得了高疏水角、低滾動(dòng)角、耐用性良好的超疏水材料。

②利用靜電紡絲的方法成功地將Fe3O4@SiO2@POTS 復(fù)合納米粒子引入到PVDF薄膜中。Fe3O4@SiO2@POTS納米粒子與“串珠”型PVDF無(wú)規(guī)則地混在一起，構(gòu)建了微納雙重尺度結(jié)構(gòu)，從而極大地增加了復(fù)合材料表面的粗糙度，使其展現(xiàn)了卓越的超疏水性。除此以外，復(fù)合材料表面對(duì)pH=1.00～12.97的水滴均具有超疏水性，其接觸角在這個(gè)范圍內(nèi)無(wú)明顯波動(dòng)。我們還考察了復(fù)合材料的抗拉伸能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明“串珠”型 PVDF 在提升材料機(jī)械性能上起到了主導(dǎo)作用。這使得我們制備的復(fù)合材料在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用具有更廣闊的前景。通過改變Fe3O4@SiO2@POTS復(fù)合納米粒子與PVDF的質(zhì)量比可以控制復(fù)合材料表面的形貌、超疏水性和抗拉伸性能。

1.2大面積超疏水材料的制備

使用雙噴頭靜電紡絲裝置制備了一系列PVDF/PS 復(fù)合材料，利用PVDF“串珠”型纖維將孔PS微球束縛住，解決了PS微球容易被表面水滴帶走問題；同時(shí)隨PVDF量的增加，復(fù)合材料的抗拉伸強(qiáng)度逐漸變大，水接觸角隨著減小；從使用效果來(lái)看，復(fù)合材料的柔韌性較差，容易斷裂。

設(shè)計(jì)了傳送帶式多噴頭靜電紡絲裝置，傳送帶可以讓接收板無(wú)限延長(zhǎng)，即實(shí)現(xiàn)超疏水材料的大面積制備。傳送帶上的多個(gè)噴頭可以同時(shí)紡出幾種不同性質(zhì)和形貌的聚合物。我們用此裝置將PAN粗纖維引入PVDF/PS薄膜當(dāng)中，增加了薄膜整體的柔韌性，使其機(jī)械性能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，雖然疏水性也隨之減弱，但通過改變PAN、PVDF和PS 的質(zhì)量比，最終得到了機(jī)械性能增強(qiáng)和柔韌性良好的超疏水材料。

1.3智能控制潤(rùn)濕性的超疏水材料

利用螺吡喃分子遇紫外——可見光照射后發(fā)生開環(huán)——閉環(huán)、疏水性發(fā)生可逆變化的性質(zhì)，將其引入高分子側(cè)鏈形成共聚物poly （SP-co-MMA），經(jīng)電紡過程制備了表面潤(rùn)濕性光控可逆響應(yīng)的纖維材料，并對(duì)其表面粗糙度對(duì)光響應(yīng)效果的變化情況進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)光誘導(dǎo)螺吡喃開-閉環(huán)導(dǎo)致接觸角可逆變化的范圍與材料表面粗糙度有關(guān)，表面粗糙度越大，光誘導(dǎo)接觸角可逆變化的范圍越大。

2結(jié)論

文章介紹設(shè)計(jì)了一種傳送帶式多噴頭靜電紡絲新裝置，可以實(shí)現(xiàn)多組分纖維薄膜的連續(xù)制備。利用該裝置，制備了以大尺寸聚丙烯腈纖維為骨架、聚偏氟乙烯“串珠”纖維纏繞聚苯乙烯多孔微球?yàn)樘畛涞亩嘟M分、多尺度薄膜，獲得了機(jī)械性能強(qiáng)、柔韌性好的超疏水材料。其次

模仿荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)，將含氟硅氧烷修飾的Fe3O4納米粒子引入聚偏氟乙烯電紡纖維薄膜，獲得了在廣泛pH值范圍內(nèi)均具有良好超疏水和機(jī)械完整性的磁性纖維薄膜，從而構(gòu)建了具有良好自清潔效應(yīng)的磁性材料。

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（作者單位：成都理工大學(xué)，材料與化學(xué)化工學(xué)院）