一种超疏水双组分纳米纤维膜及其制备方法与流程

本发明属于纳米纤维膜，尤其涉及一种超疏水双组分纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球人口增长和对纺织品时尚化、功能化的追求，以至于大部分服装的使用周期逐渐降低，全球纺织品废弃率不断升高，出于对绿色环保的目的，回收这些纺织品并再利用可以收获较大的经济效益和社会效益。将废弃棉布回收并提取出其中的纤维素，加入其他材料实现功能化。目前纤维素功能化比较单一，在服装面料上的应用比较局限。增添超疏水功能可以实现自清洁、抗菌等多种作用功能，卷曲纤维可以用来保暖、装饰。

2、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)是一种三嵌段苯乙烯共聚物，具有优异的拉伸性能和回弹性能，通过研究表明，sebs纤维的静态接触角最高可达142°，滚动接触角小于10°。纤维素纤维具有良好的编织性能，透水量大；聚乳酸纤维具有良好的生物相容性，成本低廉。将sebs纤维和可降解聚乳酸、纤维素纤维结合可以实现绿色环保可回收的理念，并实现服装面料的功能化和多样化。中国专利cn 105274732a公开了一种高柔韧性同轴结构的醋酸纤维素-聚酰亚胺静电纺丝纳米纤维膜用于油水分离的制备方法，该方法是通过在力学性能较差的ca内部加入机械性能好的pi，虽然该方法提高了力学性能，但是没有很好利用pi本身的超疏水性，而是仅仅通过表面修饰附加超疏水功能。中国专利cn107737529 a公开了一种超疏水疏油复合膜的制备方法，采用静电纺丝法制膜并对膜表面进行二次喷涂改性的方法，但是没有针对醋酸纤维素的力学性能进行改善，热压处理可能会破坏微球表观形态；中国专利cn 114622422a公开了一种具有超疏水性的温敏透湿复合涂层织物的制备方法，可以维持人体舒适的温敏透湿性，但是该制备方法超疏水性能不佳，使用化学试剂过多，不符合绿色环保的概念。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种超疏水双组分纳米纤维膜及其制备方法，利用废弃棉布进行有效处理，提取出其中的纤维素，并利用静电纺丝和静电喷涂等工艺制备纳米纤维膜，可以实现高强度超疏水功能和蓬松舒适性，纤维之间抱合更加紧密，可以用来做高档服饰和功能面料。

2、本发明的第一个目的是提供一种超疏水双组分纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤，

3、s1、利用静电纺丝技术进行同心并列纺丝制备第一线性三嵌共聚物-纤维素纤维和聚乳酸-第二线性三嵌共聚物纤维，再将所述的第一线性三嵌共聚物-纤维素纤维和聚乳酸-第二线性三嵌共聚物纤维制备成双组分纤维膜；所述第一线性三嵌共聚物-纤维素纤维以纤维素溶液作为芯层，第一线性三嵌共聚物溶液作为鞘层；所述聚乳酸-第二线性三嵌共聚物纤维以第二线性三嵌共聚物溶液作为芯层，聚乳酸溶液作为鞘层；

4、s2、通过静电喷涂技术在s1所述的双组分纤维膜上形成线性三嵌共聚物微球，后经加热得到所述的超疏水双组分纳米纤维膜。

5、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述纤维素溶液的浓度为70g/l-90g/l；所述纤维素溶液的溶剂为二氯甲烷和丙酮；

6、所述第一线性三嵌共聚物溶液的质量分数为12％-13％；所述第一线性三嵌共聚物溶液的溶剂为氯仿和甲苯，因为氯仿会挥发，形成多孔结构，有利于保暖和增强疏水性能。

7、所述第二线性三嵌共聚物溶液的质量分数为13％-15％；所述第二线性三嵌共聚物溶液的溶剂为四氢呋喃；

8、所述聚乳酸溶液的质量分数为9％-11％；所述聚乳酸溶液的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和二氯甲烷。

9、在本发明的一个实施例中，在s1中，所述纤维素是由废弃棉布经洗水、漂白、活化、提取得到。

10、在本发明的一个实施例中，通过同心葫芦型静电纺喷头中的同心通道和同心葫芦型静电纺喷头中的葫芦型喷嘴，分别将第一线性三嵌共聚物和纤维素纤维、聚乳酸和第二线性三嵌共聚物纤维制备成双组分纤维膜。

11、在本发明的一个实施例中，所述同心葫芦型静电纺喷头中的芯层和鞘层的大小独立地为17g-18g和22g-25g。

12、在本发明的一个实施例中，所述同心葫芦型静电纺喷头中的纺丝速度分别为0.8ml/h-1ml/h和1.5ml/h-2ml/h。

13、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述静电喷涂的工艺参数为：进给速率为1ml/h-1.5ml/h，喷涂电压为18kv-22kv，收集距离为15cm-18cm，静电喷涂时间为10min-30min。

14、进一步地，在s2中，所述静电喷涂采用24g的平口喷丝头。

15、在本发明的一个实施例中，在s2中，制备线性三嵌共聚物微球采用的溶液为线性三嵌共聚物、四氢呋喃和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液，所述混合溶液中线性三嵌共聚物的质量分数为7％-9％。微球不需要形成多孔结构，sebs是一种三嵌段共聚物，含有ps相和peb相。对于thf和dmf这种溶剂体系，其中thf是ps和peb的良溶剂，而dmf是ps的良溶剂，是peb的劣溶剂，所以thf和dmf构成了一种选择性的溶剂体系。

16、进一步地，所述四氢呋喃thf和n,n-二甲基甲酰胺dmf的体积比为4：1，虽然thf/dmf＝80/20的这种纺丝液浓度较高，但是由于嵌段共聚物sebs在thf和dmf这种选择性的溶剂体系的微相分离而导致了分子链之间的缠结很小，故而形成线性三嵌共聚物微球(sebs微球)。

17、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述线性三嵌共聚物微球的粒径为3μm-5μm。

18、在本发明的一个实施例中，在s2中，所述加热的温度为180℃-200℃，时间为1h-1.5h。

19、本发明的第二个目的是提供一种所述的方法制备的超疏水双组分纳米纤维膜。

20、在本发明的一个实施例中，第一线性三嵌共聚物-纤维素纤维中鞘层溶液形成的线性三嵌共聚物多孔纤维表面孔径为30nm-900nm。

21、在本发明的一个实施例中，聚乳酸-第二线性三嵌共聚物纤维中鞘层溶液形成的聚乳酸多孔纤维表面孔径为300nm-800nm。

22、在本发明的一个实施例中，纳米级别孔洞的形成会产生大量的空气垫，阻止水滴润湿，使纤维的静态接触角变大，提高纤维表面的粗糙度，增强疏水性能。疏水性的聚合物在易挥发的有机溶剂中电纺得到多孔结构，是因为在溶剂快速挥发的过程中，溶液产生热力学的不稳定性，导致原本的一相分成两相，即聚合物富集相和聚合物缺乏相，它们在固化后分别形成纤维支架和孔洞。

23、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

24、(1)本发明所述的制备方法从废弃棉布中提取出纤维素，并与超疏水材料sebs结合形成同心第一线性三嵌共聚物-纤维素纤维；利用含有大量疏水基团的pla与sebs结合形成同心聚乳酸-第二线性三嵌共聚物纤维；利用同心葫芦型静电纺喷头，形成双组分纤维膜，并在双组分纤维膜上面静电喷涂sebs微球，增加纤维膜表面的粗糙度，增加其疏水性。

25、(2)本发明所述的制备方法利用纤维素和sebs进行同心纺丝，结合了两者的优点，既赋予了纤维优异的机械性能，又使得纤维柔软透气。而pla纤维与sebs本身为优良的超疏水材料，利用溶剂挥发使得两种纤维表面产生孔洞，这样纳米级的孔洞可以有效托起水滴，并实现吸湿排汗。pla与sebs进行同心纺丝，使得即使是水滴通过孔洞时，也会被内部的sebs纤维所阻碍。而分别作为鞘层的sebs和pla纤维由于溶解性不同，可以得到卷曲纤维，增加保暖和蓬松度，使得手感更加舒适。

26、(3)本发明所述的制备方法在纤维膜上静电喷涂sebs微球，可以模拟荷叶表面的微米级的圆锥形突起，根据cassie-baxter模型理论，这些粗糙结构包裹的空气所形成的空气垫会支撑着水滴，阻止其润湿表面。由于同种疏水性的聚合物，它的电喷微球的超疏水性能往往优于其电纺纤维，所以在sebs纤维上电喷sebs微球，超疏水性能更加优异，即使部分sebs微球透过pla-sebs纤维表面的pla纤维孔洞，也可以有效附着在sebs纤维表面。通过真空管式炉的高温煅烧以及退火处理，使得sebs微球与纤维膜产生较好的粘结，更加稳定。