静电纺丝法制备微纳结构超疏水纤维膜

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超疏水材料是指水滴和材料表面静态接触角大于150°,而滚动接触角小于10°的材料,应用范围包括自清洁、油水分离、防冻以及降低流体阻力等。材料的超疏水性能除了与它的表面自由能有关之外,还与其表面的微纳米级别的粗糙结构紧密相关。因此,调整材料表面的微纳结构可以影响材料的疏水性能。静电纺丝是一种简单、有效的制备微米至纳米纤维的纺丝技术。由于静电纺丝可通过调控纺丝参数和条件制备表面形貌、纤维尺寸和拓扑结构不同的纤维膜材料,因此可采用不同形貌的静电纺丝产物结合来构建具有微纳米多级结构的复合纤维膜材料(纤维与微球)。本论文选取氢化的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)为聚合物材料,具体探究内容如下:(1)利用静电纺丝法制备微纳米多级结构的SEBS纤维膜,通过控制纤维膜的表面形貌、尺寸和拓扑结构构造不同的微纳米多级结构,研究其对纤维膜疏水性能的影响。结果表明:微纳结构可以提高SEBS纤维膜的静态接触角,最高可以达到142°,但同时SEBS纤维膜的滚动接触角较大,因此超疏水性能一般。(2)研究SEBS纤维和SEBS微球所构成复合结构纤维膜的疏水性能。在SEBS纤维膜表面电喷一层SEBS微球,构成一定的微纳结构,研究微球的种类、微球的密度和微球的形貌对于复合纤维膜疏水性能的影响。结果表明:SEBS纤维和SEBS微球所构造的复合纤维膜的静态接触角可以达到156°,滚动接触角可以低至8°。采用退火的方法固定复合微球/纤维膜,不但可保持其良好的超疏水性能,并且抗冲洗性能大幅提高,在连续冲洗200h后,其结构和性能仍保持稳定。(3)研究SEBS/SiO2复合纤维膜的疏水性能。通过电纺制备SEBS/SiO2复合纤维,研究SiO2纳米粒子在纤维膜表面的分布对于纤维膜疏水性能的影响;在SEBS纤维膜表面电喷一层SiO2纳米粒子,通过控制SiO2纳米粒子不同大小的团聚体密度来构造微纳米多级结构。结果表明:无论是电纺SEBS/SiO2还是电喷SiO2纳米粒子在SEBS纤维膜的表面,SiO2纳米粒子的引入大幅丰富了纤维膜的微纳结构,均可以制备得到超疏水的复合纤维膜,其静态接触角大于150°,滚动接触角小于10°。
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