[发明专利]一种疏水/亲水浸润性差异复合纤维膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种疏水/亲水浸润性差异复合纤维膜及其制备方法，属于功能性微纳米复合纤维材料技术领域。所述复合纤维膜具有两层纤维膜，采用静电纺丝的方法，首先以电纺溶液A为前驱体溶液制备纤维膜PAN‑I，结合热处理方法使其具有疏水性；然后以电纺溶液B为前驱体溶液制备纤维膜PAN‑II，再将接收基底剥离，得到本发明的复合纤维膜。本发明的制备方法简单、能耗低、效率高。所述的复合纤维膜中纤维直径能够通过调节工艺参数来控制；较之单纯的疏水或亲水微/纳米纤维膜材料，本发明的复合纤维膜在亲水/疏水差异驱动下具有高效水滴捕获及收集能力；能用于空气中集水或集雾等领域。

主权项

1.一种疏水/亲水浸润性差异复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)纺丝溶液A的制备：将分析纯级别的聚合物聚丙烯腈在60℃～100℃加热搅拌至溶解于溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到聚丙烯腈的电纺溶液A；所述的电纺溶液A的质量分数为12.5wt％～20wt％；所述的溶剂为分析纯的N,N‑二甲基甲酰胺、分析纯的四氢呋喃、分析纯的二甲基亚砜或二甲基乙酰胺的一种或两种；(2)将上述电纺溶液A置于电纺设备的注射器中，在注射器的金属喷丝头与转鼓接收基底之间施加高压静电场，高压静电场电压为10～35kV，金属喷丝头的直径为0.4mm～1.8mm，转鼓转速在100r/min～2000r/min，接收基底A为钢丝网或铝箔；调整金属喷丝头与转鼓接收基底之间的距离为10～35cm，施加的高压静电场使电纺前驱体在静电作用下产生射流，在接收基底A上得到无规排列、均匀覆盖的纤维膜PAN‑I；(3)将上述步骤(2)中所制备的纤维膜PAN‑I在200℃～250℃的条件下，热处理2h～3h；热处理后纤维膜PAN‑I呈疏水性；(4)电纺溶液B的制备：将分析纯级别的聚合物聚丙烯腈在60℃～100℃加热搅拌至溶解于溶剂中，充分搅拌至完全溶解，得到聚丙烯腈的电纺溶液B；所述的电纺溶液B的质量分数为5wt％～10wt％；所述的溶剂为分析纯的N,N‑二甲基甲酰胺、分析纯的四氢呋喃、分析纯的二甲基亚砜或二甲基乙酰胺的一种或两种；(5)将步骤(3)制备的疏水的PAN‑I作为接收基底B，将步骤(4)配置的PAN电纺溶液B置于电纺设备的注射器中，在注射器的金属喷丝头与转鼓接收基底之间施加高压静电场，高压静电场电压为10～35kV，金属喷丝头的直径为0.1mm～0.6mm，转鼓转速在100r/min～2000r/min；调整金属喷丝头与转鼓接收基底之间的距离为10～30cm，施加的高压静电场使电纺溶液B在静电作用下产生射流，在接收基底B上得到无规排列、均匀覆盖的亲水的纤维膜PAN‑II；将上述PAN‑I和PAN‑II从接收基底A上剥离，最终获得由PAN‑I和PAN‑II组成的疏水/亲水浸润性差异复合纤维膜；所述的复合纤维膜具有由微米或纳米纤维构成的复合网状多孔结构，相互交织的微米尺度纤维网孔和微/纳米尺度的纤维形成了粗糙的表面结构；所述的复合纤维膜包括纤维膜PAN‑I和纤维膜PAN‑II两层，其中，纤维膜PAN‑I的纤维直径500nm～3μm；纤维膜PAN‑II的纤维直径100nm～500nm；所述的纤维膜PAN‑I呈疏水性，所述的纤维膜PAN‑II呈亲水性。