一種超疏水珊瑚結(jié)構(gòu)納米纖維的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超疏水珊瑚結(jié)構(gòu)納米纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水材料是一種對水具有排斥性的材料，水滴在其表面無法滑動鋪展而保持球型滾動狀，從而達(dá)到滾動自清潔的效果。自然界當(dāng)中的荷葉是該種材料的典型代表。由于該材料的特殊浸潤性，使得其在自清潔、防腐蝕、防霧、流體減阻等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用。研宄發(fā)現(xiàn)，材料表面具有較高的粗糙度和較低的表面自由能是實現(xiàn)其超疏水性的兩個必要條件(L.Feng, et al, Adv.Mater.2002，14，1857-1860.)。目前制備有機(jī)物超疏水表面的方法主要有:刻燭法、靜電噴涂法、相分離法，模板法等，但能用于大規(guī)模應(yīng)用生產(chǎn)的制備方法較少(a) Y.Y.Li, et al, ACS Appl.Mater.1nterfaces.2013, 5, 11066-11073 ；b) Y.Zhao, et al, Adv.Mater.2013, 25, 4561-4565 ；c) S.H.Hsu, et al, Langmuir.2010，26，1504-1506)。
[0003]如前所述，由于具有特殊的浸潤性，超疏水表面有著廣泛的應(yīng)用前景，近年來已成為材料研宄的熱點(diǎn)。而超疏水表面的推廣應(yīng)用除了其良好的性能外，還要考慮到其制作成本及大規(guī)模推廣的應(yīng)用性?？蒲腥藛T已經(jīng)對此領(lǐng)域進(jìn)行了深入而廣泛的研宄，開發(fā)了眾多不同的制備原料和工藝方法；通過模型分析，對于表面微觀結(jié)構(gòu)與接觸角、滯后、浸潤狀態(tài)之間的關(guān)系也有了更深入的認(rèn)識，為制備具有特殊表面浸潤性材料提供了一定的理論指導(dǎo)。但是超疏水表面的實際應(yīng)用還未能普及，許多問題還亟待解決。首先，簡單經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的制備方法有待開發(fā)?，F(xiàn)有報道的大多數(shù)超疏水表面的制備過程中均涉及到用較昂貴的低表面能物質(zhì)，如含氟或硅烷的化合物來降低表面的表面能，而且許多方法涉及到特定的設(shè)備、苛刻的條件和較長的周期，難以用于大面積超疏水表面的制備。現(xiàn)有的幾種制備方法不僅程序復(fù)雜而且成本較高，不便于實際生產(chǎn)和生活中大量制備超疏水材料，能用于大規(guī)模應(yīng)用生產(chǎn)的方法較少(a)B.Qian，et al, Langmuir.2005，21，9007-9009 ;b) J.Y.Shiu, et al, Chem.Mater.2004, 16, 561-564 ；c) L.B.Zhu, et al, Langmuir.2005, 21, 11208-11212 ；d)G.Zhang, et al, Langmuir.2005, 21, 9143-9148.)。因此，尋求一種簡便易行、價格低廉的制備方法而更顯得富有研宄意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供了一種珊瑚結(jié)構(gòu)的新型納米纖維，可實現(xiàn)材料表面具有較高的粗糙度和較低的表面自由能。
[0005]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種珊瑚結(jié)構(gòu)納米纖維，其特征在于，所述納米纖維的直徑在10-500nm，長度在Iym以上。優(yōu)選地，納米纖維的直徑在50_200nm，長度在5 μπι以上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述納米纖維由聚合物形成。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述聚合物由陽離子聚合性單體聚合而成，優(yōu)選由選自二乙烯基苯、對氯甲基苯乙烯、苯乙烯中的一種以上聚合而成。更優(yōu)選地，所述聚合物為二乙烯基苯(DVB)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述珊瑚結(jié)構(gòu)納米纖維的表面形成較為均勻分布的聚合物突起。優(yōu)選地，所述突起為空心或者實心。更優(yōu)選地，所述突起的直徑在l_200nm，長度在1-500納米之間。還優(yōu)選，所述突起的直徑在Ι-lOOnm，長度在1-200納米之間。
[0010]本發(fā)明還提供一種上述珊瑚結(jié)構(gòu)纖維的制備方法，其特征在于，所述方法采用陽聞丁來口。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括:在液態(tài)烷烴中，在油溶性乳化劑和與烷烴不相容的引發(fā)劑存在下，使單體進(jìn)行聚合而形成珊瑚結(jié)構(gòu)的纖維。
[0012]優(yōu)選地，所述方法包括先將乳化劑和引發(fā)劑置于液態(tài)烷烴中進(jìn)行乳化，然后加入單體進(jìn)行聚合反應(yīng)；或者先將乳化劑和單體置于液態(tài)烷烴中溶解，然后加入引發(fā)劑進(jìn)行乳化及聚合反應(yīng)。
[0013]在本發(fā)明的珊瑚結(jié)構(gòu)纖維的制備方法中，所述液態(tài)烷烴為正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、環(huán)己烷、石油醚等，優(yōu)選為正己烷、正庚烷、正辛燒，更優(yōu)選為正庚烷。
[0014]在本發(fā)明的珊瑚結(jié)構(gòu)纖維的制備方法中，所用的乳化劑為油溶性乳化劑，優(yōu)選為失水山梨醇硬脂酸單酯(Span-60)、聚氧乙烯(2EO)油醇醚、烷基酚與環(huán)氧乙烷縮合物(0P-4)、聚乙二醇(400)雙油酸酯(PEG400D0)、聚乙二醇(400)單油酸酯(PEG400M0)、聚乙二醇(400)單硬脂酸酯(PEG400MS)、聚乙二醇(400)雙硬脂酸酯(PEG400DS)、蓖麻油聚氧乙烯醚、單硬脂酸甘油酯中的一種以上，更優(yōu)選為失水山梨醇硬脂酸單酯(Span-60)。
[0015]在本發(fā)明的珊瑚結(jié)構(gòu)纖維的制備方法中，聚合溫度為5?70°C，優(yōu)選為20?40 °C,聚合時間為5?40分鐘，優(yōu)選為10?20分鐘。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，所述引發(fā)劑為陽離子聚合的常用引發(fā)劑。優(yōu)選為三氟化硼乙醚。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，所述方法具體包括:
[0018]將0.1-1Og乳化劑溶于50-1000g烷烴溶劑中，滴加0.l_8g三氟化硼乙醚引發(fā)劑，震蕩(攪拌、剪切、超聲等)使其均勻分散，將該體系溫度調(diào)至20°C，加入0.l-20g單體二乙烯基苯(DVB)，放入20°C恒溫水浴中反應(yīng)8-30分鐘，得到深紅色沉淀，加入醇，胺，水等終止反應(yīng)，過濾產(chǎn)物即得超疏水珊瑚結(jié)構(gòu)的納米纖維。
[0019]本發(fā)明還提供一種超疏水材料，其特征在于，所述材料包括上述的珊瑚結(jié)構(gòu)的納米纖維。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，所述超疏水材料的表面的接觸角大于150度，滾動角小于5度。
[0021]優(yōu)選地，所述超疏水材料的接觸角大于155度。
[0022]本發(fā)明還提供一種珊瑚結(jié)構(gòu)納米纖維在超疏水材料中的應(yīng)用。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0024]I)本發(fā)明的制備方法快速簡便，采用陽離子聚合的方法在幾分鐘內(nèi)便得到了一種新型的珊瑚結(jié)構(gòu)的納米纖維；
[0025]2)本發(fā)明方法普適性強(qiáng)，適用于多種聚合單體；
[0026]3)該方法工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具備很好的應(yīng)用前景。
[0027]4)本發(fā)明的纖維表面均勻的布滿了一些聚合物凸起，材料表面具有較高的粗糙度和較低的表面自由能，實現(xiàn)其超疏水性能的兩個必要條件。
[0028]5)本發(fā)明的珊瑚結(jié)構(gòu)納米材料具有良好的超疏水性能，其表面的接觸角大于150度，滾動角小于5度。
【附圖說明】
[0029]圖1.實施例1的電鏡照片及接觸角數(shù)據(jù)。
[0030]圖2.實施例2的電鏡照片及接觸角數(shù)據(jù)。
[0031]圖3.實施例3的電鏡照片及接觸角數(shù)據(jù)。
[0032]圖4.實施例4的電鏡照片及接觸角數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0033]盡管示例性實施方式能夠進(jìn)行各種修改并采用替代形式，但是其實施方式作為實施例在附圖中給出，并將在這里進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，不應(yīng)將示例性實施方式限定為所公開的特定形式，相反，示例性實施方式意在涵蓋落入權(quán)利要求范圍內(nèi)