一种超疏水珊瑚结构纳米纤维的制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及超疏水珊瑚结构纳米纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超疏水材料是一种对水具有排斥性的材料，水滴在其表面无法滑动铺展而保持球型滚动状，从而达到滚动自清洁的效果。自然界当中的荷叶是该种材料的典型代表。由于该材料的特殊浸润性，使得其在自清洁、防腐蚀、防雾、流体减阻等领域有着广泛的潜在应用。研宄发现，材料表面具有较高的粗糙度和较低的表面自由能是实现其超疏水性的两个必要条件(L.Feng, et al, Adv.Mater.2002，14，1857-1860.)。目前制备有机物超疏水表面的方法主要有:刻烛法、静电喷涂法、相分离法，模板法等，但能用于大规模应用生产的制备方法较少(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，由于具有特殊的浸润性，超疏水表面有着广泛的应用前景，近年来已成为材料研宄的热点。而超疏水表面的推广应用除了其良好的性能外，还要考虑到其制作成本及大规模推广的应用性。科研人员已经对此领域进行了深入而广泛的研宄，开发了众多不同的制备原料和工艺方法；通过模型分析，对于表面微观结构与接触角、滞后、浸润状态之间的关系也有了更深入的认识，为制备具有特殊表面浸润性材料提供了一定的理论指导。但是超疏水表面的实际应用还未能普及，许多问题还亟待解决。首先，简单经济、环境友好的制备方法有待开发。现有报道的大多数超疏水表面的制备过程中均涉及到用较昂贵的低表面能物质，如含氟或硅烷的化合物来降低表面的表面能，而且许多方法涉及到特定的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以用于大面积超疏水表面的制备。现有的几种制备方法不仅程序复杂而且成本较高，不便于实际生产和生活中大量制备超疏水材料，能用于大规模应用生产的方法较少(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，寻求一种简便易行、价格低廉的制备方法而更显得富有研宄意义。
【发明内容】
[0004]本发明为克服现有技术的上述缺陷，提供了一种珊瑚结构的新型纳米纤维，可实现材料表面具有较高的粗糙度和较低的表面自由能。
[0005]本发明通过如下技术方案实现:
[0006]一种珊瑚结构纳米纤维，其特征在于，所述纳米纤维的直径在10-500nm，长度在Iym以上。优选地，纳米纤维的直径在50_200nm，长度在5 μπι以上。
[0007]根据本发明，所述纳米纤维由聚合物形成。
[0008]根据本发明，所述聚合物由阳离子聚合性单体聚合而成，优选由选自二乙烯基苯、对氯甲基苯乙烯、苯乙烯中的一种以上聚合而成。更优选地，所述聚合物为二乙烯基苯(DVB)。
[0009]根据本发明，所述珊瑚结构纳米纤维的表面形成较为均匀分布的聚合物突起。优选地，所述突起为空心或者实心。更优选地，所述突起的直径在l_200nm，长度在1-500纳米之间。还优选，所述突起的直径在Ι-lOOnm，长度在1-200纳米之间。
[0010]本发明还提供一种上述珊瑚结构纤维的制备方法，其特征在于，所述方法采用阳闻丁來口。
[0011]根据本发明，所述方法包括:在液态烷烃中，在油溶性乳化剂和与烷烃不相容的引发剂存在下，使单体进行聚合而形成珊瑚结构的纤维。
[0012]优选地，所述方法包括先将乳化剂和引发剂置于液态烷烃中进行乳化，然后加入单体进行聚合反应；或者先将乳化剂和单体置于液态烷烃中溶解，然后加入引发剂进行乳化及聚合反应。
[0013]在本发明的珊瑚结构纤维的制备方法中，所述液态烷烃为正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、环己烷、石油醚等，优选为正己烷、正庚烷、正辛烧，更优选为正庚烷。
[0014]在本发明的珊瑚结构纤维的制备方法中，所用的乳化剂为油溶性乳化剂，优选为失水山梨醇硬脂酸单酯(Span-60)、聚氧乙烯(2EO)油醇醚、烷基酚与环氧乙烷缩合物(0P-4)、聚乙二醇(400)双油酸酯(PEG400D0)、聚乙二醇(400)单油酸酯(PEG400M0)、聚乙二醇(400)单硬脂酸酯(PEG400MS)、聚乙二醇(400)双硬脂酸酯(PEG400DS)、蓖麻油聚氧乙烯醚、单硬脂酸甘油酯中的一种以上，更优选为失水山梨醇硬脂酸单酯(Span-60)。
[0015]在本发明的珊瑚结构纤维的制备方法中，聚合温度为5?70°C，优选为20?40 °C,聚合时间为5?40分钟，优选为10?20分钟。
[0016]根据本发明，所述引发剂为阳离子聚合的常用引发剂。优选为三氟化硼乙醚。
[0017]根据本发明，所述方法具体包括:
[0018]将0.1-1Og乳化剂溶于50-1000g烷烃溶剂中，滴加0.l_8g三氟化硼乙醚引发剂，震荡(搅拌、剪切、超声等)使其均匀分散，将该体系温度调至20°C，加入0.l-20g单体二乙烯基苯(DVB)，放入20°C恒温水浴中反应8-30分钟，得到深红色沉淀，加入醇，胺，水等终止反应，过滤产物即得超疏水珊瑚结构的纳米纤维。
[0019]本发明还提供一种超疏水材料，其特征在于，所述材料包括上述的珊瑚结构的纳米纤维。
[0020]根据本发明，所述超疏水材料的表面的接触角大于150度，滚动角小于5度。
[0021]优选地，所述超疏水材料的接触角大于155度。
[0022]本发明还提供一种珊瑚结构纳米纤维在超疏水材料中的应用。
[0023]本发明的技术效果:
[0024]I)本发明的制备方法快速简便，采用阳离子聚合的方法在几分钟内便得到了一种新型的珊瑚结构的纳米纤维；
[0025]2)本发明方法普适性强，适用于多种聚合单体；
[0026]3)该方法工艺简单，反应条件温和，操作方便，易于工业化生产，具备很好的应用前景。
[0027]4)本发明的纤维表面均匀的布满了一些聚合物凸起，材料表面具有较高的粗糙度和较低的表面自由能，实现其超疏水性能的两个必要条件。
[0028]5)本发明的珊瑚结构纳米材料具有良好的超疏水性能，其表面的接触角大于150度，滚动角小于5度。
【附图说明】
[0029]图1.实施例1的电镜照片及接触角数据。
[0030]图2.实施例2的电镜照片及接触角数据。
[0031]图3.实施例3的电镜照片及接触角数据。
[0032]图4.实施例4的电镜照片及接触角数据。
【具体实施方式】
[0033]尽管示例性实施方式能够进行各种修改并采用替代形式，但是其实施方式作为实施例在附图中给出，并将在这里进行详细描述。然而，应当理解的是，不应将示例性实施方式限定为所公开的特定形式，相反，示例性实施方式意在涵盖落入权利要求范围内