超双疏纳米纤维素气凝胶的制备及结构调控文献综述

 2022-07-29 02:07

国内外同类研究概况

超双疏表面拒水又拒油的特性指导着油水共存环境下材料表面的设计。其构筑方法包括溶胶凝胶法、自组装法、相分离法等自下而上的方法,以及刻蚀法、纳米压印法等自上而下的方法,并指出后者相比前者更易于构筑有利于形成超双疏表面的倒悬结构,以及超双疏一些已经应用于实际的应用。

一、超双疏表面的构筑方法

1、相分离法

相分离(phase separation)法通过体系中相与相间出现分离的不稳定倾向形成微纳米结构。采用相分离法制备超双疏涂层最典型的一例是Xu[1] 研究小组利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和氟化聚氨酯(FPU)在溶剂中溶解度不同的特点,结合聚合物在溶剂蒸发过程中发生聚集、相分离的现象,制备出与荷叶表面相类似的粗糙结构,使表面具备了超疏水疏油特性。采用该方法构建超双疏表面简单易行,而且对基底的选择没有严格要求,只要保证基底不溶于所用溶剂即可。鉴于聚合物材料在涂料行业中的重要地位,该方法对于开发超双疏涂料会有一定的指导意义。

2、聚合反应法

聚合反应法能够在多种基底上构建微纳粗糙表面,如用一步共缩聚法[3](co-condensation)制备疏水性介孔二氧化硅纳米颗粒,并用其修饰纺织品表面后可得到具有不同润湿性能的纺织品,结果表明,当全氟辛基三乙氧基硅烷(F13)与正硅酸乙酯(TEOS)的摩尔比为1∶5 时,能够得到超双疏织物。气相聚合(vapour- phasepolymerisation)、原子转换自由基聚合等也是聚合反应法中有效的方法,如在氟化硅烷存在下进行吡咯的气相聚合,于纤维材料表面制备了图案化、导电超双疏涂层。这些图案可以用来形成电子设备、微流控芯片中的回路,也可用于多功能保护衣物和电纺织品中。此外,通过连续阴离子聚合[4](sequentialanionic polymerization)方法合成的双嵌段共聚物(PIPSMA-b-PFOEMA)附于二氧化硅颗粒上,可在多种基底上构筑耐NaOH 水溶液侵蚀的超双疏表面。以上聚合过程中并未产生均匀的微纳分级结构但是通过分散聚合结合三氟乙基甲基丙烯酸酯。

3、电纺丝法

电纺丝(electrospinning)是借助电力产生微纳米结构的方法。通过电纺丝法可在聚三氟乙基甲基丙烯酸酯纤维上构筑超双疏表面[5],当聚合物质量分数为26%时,会形成具有最小直径且最均匀的纤维网络,对水油的接触角均大于150°。但是该方法要多次调节聚合物的浓度、电压、电流等参数,而且对不同的聚合物体系不具普适性。为改善该方法并确保所构建表面的力学稳定性和热稳定性,Ganesh[6] 等用静电纺丝方法在玻璃基板上构建了聚乙烯乙酸酯和二氧化钛杂化纳米纤维,经500℃下煅烧基板后得到大米状的纳米级结构表面,疏水化处理后对水和十六烷的接触角为166°和138°。严格来讲,此表面并未达到超双疏,但其具备了优异的自清洁性、力学稳定性和热稳定性,有望进行实际应用。静电纺丝法虽可有效地控制微观结构,但易受多种因素影响,对周围环境的要求较高,常需使用高压电力。

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