CN1397668A - 具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合成纤维技术领域，特别涉及用于纺织用的具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束及其制法。本发明以疏水性聚合物作为前驱体，以不同孔径及密度分布的多孔铝板为模板，通过挤压聚合物熔体或溶液的方法，制备出具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。所制得的聚合物纤维束纵向具有纳米级凸凹不平的粗糙表面，该表面表现出超疏水性，即对水的接触角大于150°。所制得的聚合物纳米纤维束中不含有氟，对人体无任何毒害作用且对环境无污染。

Description

具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束及其制法
技术领域
本发明属于合成纤维技术领域，特别涉及用于纺织用的具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束及其制法。
背景技术
浸润性是固体表面的一个重要特征，而超疏水性作为其中的一种表现方式可以给人们的生活带来极大的方便。近年来，构建超疏水性固体表面的研究引起了科研人员的广泛关注并取得了一定进展。
目前，制备超疏水性固体表面的方法主要有：(1)疏水性固体表面类荷叶状粗糙结构的构建。(2)用具有低表面能的物质如含氟化合物对固体表面进行修饰。此类文献报道有《物理化学》杂志1996，100，19512-19517上发表的文章“由分形结构产生的超疏水表面”(S.Shibuich，T.Onda，N.Satoh，K.Tsujii.Super water-repellentsurfaces resulting from fractal structure.J.Phys.Chem.B)；《朗格谬尔》杂志2000，16，5754-5760上发表的文章“粗糙性对超疏水表面水滴滚动角的影响”(M.Miwa，A.Nakajima，A.Fujishima，K.Hashimoto，T.Watanabe.Effect of the surface roughness on slidingangles of water droplets on superhydrophobic surfaces.Langmuir)；《先进材料》杂志1998，11，1531-1534上发表的文章“氟化涂层表面”(D.Anton.Surface-fluorinated coating.Adv.Mater.)；以及《科学》杂志2000，290，2130-2133上发表的文章“通过机械自组装单分子层构建长久有效的超疏水性聚合物表面”(J.Genzer，K.Efimenko.Creating long-lived superhydrophobic polymer surfaces throughmechanically assembled monolayers.Science.)等。但从以上文献报道中可以看出，制备出的超疏水性固体表面存在着许多的不足，如粗糙表面的构建仅限于微米级；含氟化合物对人体有很大的毒害，制得的粗糙表面不可控制及不能定量描述等。
发明技术
本发明的目的之一在于克服粗糙表面的构建仅限于微米级、制得的粗糙表面不可控制及不能定量描述，以及含氟化合物对人体有毒害等缺陷，提供一种具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。聚合物不含氟，纳米级纤维束的粗糙表面结构可以控制。
本发明的再一目的在于提供一种具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束的制备方法。
本发明以疏水性聚合物作为前驱体，以不同孔径及密度分布的多孔铝板为模板，通过挤压聚合物熔体或溶液的方法，制备出具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。
本发明的具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束，所述的纳米纤维束由排列成纵向的纤维组成，纤维与纤维之间的距离为300-600nm，纤维束的纵向表面凸凹不平，纤维束的纵向表面对水的接触角大于150°，聚合物不含氟。
本发明的具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束的制法可采用熔体法，具体制备过程如下：
a)将聚合物在强烈搅拌下升温至其熔点，待其完全熔融后，再在熔点温度范围内恒温0.5-2小时，获得重量百分比浓度为100％的聚合物熔体；
b)将a)中所述聚合物熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上；
c)在压力作用下将聚合物熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。
本发明的多孔铝板进行清洗后，晾干，以备循环使用。所述的多孔铝板上的孔是以蜂窝状结构的排列方式排列；孔径为50-500nm，孔密度为108-1011个/cm2。如图4所示。
所述疏水性聚合物选自市售纺丝级聚烯烃、聚酯、聚酰胺或聚氨酯等。
所述纳米级的聚合物纤维的直径为50-500nm。
本发明具有如下特点：
(1)所制得的聚合物纤维束纵向具有纳米级凸凹不平的粗糙表面，该表面表现出超疏水性，即对水的接触角大于150°。
(2)所制得的聚合物纳米纤维束中不含有氟，对人体无任何毒害作用，且对环境无污染。
(3)所制得的聚合物纳米纤维束的纤维直径及间距可控，粗糙表面可定量表示。通过选择不同孔径大小及孔径分布的多孔铝板作模板，可以获得不同直径及纤维间距的聚合物纳米纤维束，直接影响到其表面对水的接触角的大小。
(4)所制得的聚合物纳米纤维束各纤维间的微距离可视为毛细管系统，起到吸收和传导气态水分的作用，极大增加了纤维的吸湿性和透气性，并有一定的抗静电能力。
(5)本发明的具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束的制备方法简单，原料易得，经济实用；所用多孔铝模板可以回收利用。
附图说明
图1.本发明的聚合物纳米纤维束的纵向表面扫描电子显微镜照片
(聚合物纳米纤维束由实施例1制备)。
图2.本发明的聚合物纳米纤维束的侧面扫描电子显微镜照片(聚合
物纳米纤维束由实施例1制备)。
图3.水滴在本发明的聚合物纳米纤维束纵向表面的微观形貌照片
(聚合物纳米纤维束由实施例1制备)。
图4.本发明所用多孔铝板表面扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
(1)将聚丙烯在强烈搅拌下升温至176℃，待其完全熔融后再在176℃下恒温1.2小时，获得重量百分比浓度为100％的聚丙烯熔体。
(2)将(1)中所制得的聚丙烯熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上，所用多孔铝板的孔径为100nm，孔密度为108个/cm2。
(3)在压力作用下将聚丙烯熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚丙烯纳米纤维束。
(4)取出多孔铝板依次用丙酮及水对其进行清洗，晾干，以备循环使用。
该聚丙烯纳米纤维束纵向表面及侧面的扫描电子显微镜照片如附图1及附图2所示，水滴在该聚丙烯纳米纤维束纵向表面的微观形貌照片如附图3所示。
该聚丙烯纳米纤维束的纤维尖端的平均直径为104.6nm，纤维与纤维间的平均距离为306.7nm；该聚丙烯纳米纤维束纵向表面对水的接触角测定值为176.7°。
实施例2
(1)将聚对苯二甲酸乙二酯在强烈搅拌下升温至265℃，待其完全熔融后再在268℃下恒温1.5小时，获得重量百分比浓度为100％的聚对苯二甲酸乙二酯熔体。
(2)将(1)中所制得的聚对苯二甲酸乙二酯熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上，所用多孔铝板的孔径为200nm，孔密度为109个/cm2。
(3)在压力作用下将聚对苯二甲酸乙二酯熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维束。
(4)取出多孔铝板依次用丙酮及水对其进行清洗，晾干，以备循环使用。
该聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维束的纤维尖端的平均直径为205.4nm，纤维与纤维间的平均距离为332.5nm；该聚对苯二甲酸乙二酯纳米纤维束纵向表面对水的接触角测定值为174.3°。
实施例3
(1)将聚酰胺6在强烈搅拌下升温至220℃，待其完全熔融后再在230℃下恒温0.8小时，获得重量百分比浓度为100％的聚酰胺6熔体。
(2)将(1)中所制得的聚酰胺6熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上，所用多孔铝板的孔径为300nm，孔密度为1010个/cm2。
(3)在压力作用下将聚酰胺6熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚酰胺6纳米纤维束。
(4)取出多孔铝板依次用丙酮及水对其进行清洗，晾干，以备循环使用。
该聚酰胺6纳米纤维束的纤维尖端的平均直径为308.3nm，纤维与纤维间的平均距离为445.6nm；该聚酰胺6纳米纤维束纵向表面对水的接触角测定值为173.5°。
实施例4
(1)将聚酯型聚氨酯在强烈搅拌下升温至275℃，待其完全熔融后再在280℃下恒温1小时，获得重量百分比浓度为100％的聚酯型聚氨酯熔体。
(2)将(1)中所制得的聚酯型聚氨酯熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上，所用多孔铝板的孔径为500nm，孔密度为1011个/cm2。
(3)在压力作用下将聚酯型聚氨酯熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚酯型聚氨酯纳米纤维束。
(4)取出多孔铝板依次用丙酮及水对其进行清洗，晾干，以备循环使用。
该聚酯型聚氨酯纳米纤维束的纤维尖端的平均直径为506.3nm，纤维与纤维间的平均距离为545.2nm；该聚酯型聚氨酯纳米纤维束纵向表面对水的接触角测定值为171.5°。

Claims (8)

1.一种具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束，其特征是：所述的聚合物纳米纤维束由排列成纵向的纤维组成，纤维与纤维之间的距离为300-600nm，纤维束的纵向表面凸凹不平，纤维束的纵向表面对水的接触角大于150°，聚合物不含氟。
2.如权利要求1所述的聚合物纳米纤维束，其特征是：所述聚合物是纺丝级聚烯烃、聚酯、聚酰胺或聚氨酯。
3.如权利要求1所述的聚合物纳米纤维束，其特征是：所述聚合物纤维的直径为50-500nm。
4.如权利要求1-3所述的聚合物纳米纤维束的制备方法，其特征是：该制备方法为：
a)将聚合物在强烈搅拌下升温至其熔点，待其完全熔融后，再在熔点温度范围内恒温0.5-2小时，获得重量百分比浓度为100％的聚合物熔体；
b)将a)中所述聚合物熔体趁热倾倒于洁净的多孔铝板上；
c)在压力作用下将聚合物熔体由铝板上的孔中挤出，在空气中完全凝固后，干燥，得到具有超疏水性表面的聚合物纳米纤维束。
5.如权利要求4所述的聚合物纳米纤维束的制备方法，其特征是：所述的多孔铝板上的孔是以蜂窝状结构的排列方式排列。
6.如权利要求4或5任意一项所述的聚合物纳米纤维束的制备方法，其特征是：所述的孔径为50-500nm；孔密度为108-1011个/cm2。
7.如权利要求4所述的聚合物纳米纤维束的制备方法，其特征是：所述聚合物是纺丝级聚烯烃、聚酯、聚酰胺或聚氨酯。
8.如权利要求4所述的聚合物纳米纤维束的制备方法，其特征是：所述聚合物纤维的直径为50-500nm。
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