一种工业化仿生集水网面的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种工业化仿生集水网面的制备方法，属于化学仿生技术领域。所述制备方法首先将纤维缠绕在固定支架上形成纤维网格表面，然后将聚合物溶液或聚合物‑无机颗粒混合溶液喷涂在所述的纤维网格表面，干燥后获得本发明专利技术的工业化仿生集水网面。本发明专利技术制备效率高，过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害；所使用的聚合物具有良好的户外稳定性，不易降解，耐用，可延长使用年限。本发明专利技术制备的工业化仿生集水网面，在90％湿度下收集水滴时，水滴会在纤维上相邻纺锤结之间进行聚集，当水滴聚集到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可采用收集器收集水滴。

Method for preparing industrialized bionic water collecting net surface

The invention discloses a method for preparing an industrial bionic water collecting net surface, which belongs to the technical field of chemical bionics. The preparation method comprises the first fiber mesh surface will be formed on the fixed bracket filament winding, and then fiber mesh surface mixed solution of polymer solution and polymer inorganic particles in the coating, drying after industrialization bionic surface of the catchment network. The preparation method has the advantages of high preparation efficiency, simple process, strong operability, no harm to the environment, good stability, no degradation, durability and long service life. The industrialization of bionic catchment net surface prepared by the invention, collecting 90% water droplets in the humidity, water droplets will be gathered in the fiber between the adjacent spindle knot, when water droplets gather enough, automatically fall under gravity, the water collector.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学仿生
，具体涉及一种工业化仿生集水网面的制备方法。
技术介绍
目前，水资源匮乏已成为世界性问题，严重影响国民经济的可持续发展和国家生态安全，对人类的生存构成了极大的威胁，据联合国数据报道，世界上有将近12％的人无法获得安全的饮用水。根据联合国环境规划署的数据，全球干旱地区的面积约占陆地总面积的41％。而在我国，干旱地区的面积也达到了2.5×106km2，约占国土面积的1/4。并且，随着全球变暖所引起的气候异常，水资源匮乏的问题也愈演愈烈。俗话说开源节流，目前对于“节流”的概念已经不断普及，但是“巧妇难为无米之炊”，因此，有的沿海地区通过进行海水淡化解决淡水资源匮乏的问题，但是该方法不得不耗费大量的能源。与此同时，人们注意到，即使是极度缺水的地区，在雾气中也含有大量的水分。因此，如果能够充分利用雾气中的水分，使其凝结并收集，就有望在很大程度上解决水资源匮乏的问题。传统的集水材料一般是亲水的织物或者导热性质好的金属。例如，秘鲁政府为开发雾水资源，在该国西临太平洋的多雾地区设立了两个雾水收集站，雾水收集器用尼龙网制成，尼龙网支架下用一个大铁盘收集，其雾水收集量换算成降雨量分别是296.8毫米和165.1毫米。西班牙科学家还专利技术了由聚氨基甲酸乙酯制成的人造树，这种聚氨基甲酸乙酯吸水性能强，与雾的接触面积大，散热快，因而能够凝聚大量的水分。但是上述方法的集水效率较低，不能满足人类生产生活所需。自然界中的生物经过长期的进化过程获得了在极度缺水环境中生存的本领。因此通过仿生制备低能耗、高效率、环境友好的集水材料有望成为解决水资源匮乏问题的新途径。我国许多生活在多雾气候地区的居民也已经开始用类似的传统集水材料从雾气中收集淡水。但现有集水技术存在着效率低、集水成本高、环境不友好、集水纤维生产效率低的缺陷，无法满足广大缺水地区对于水资源的迫切需求。目前已有一些技术用于解决仿生集水纤维的工业化制备问题，但是由纤维编成大型网面存在破坏节点结构的问题，应用得不到普及。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出采用原纤维编制网面后进行仿生结构制备的方案，这样可以同时拥有仿生集水网面与仿生纤维，可以按具体情况与要求设计集水器，充分利用集水空间。针对现有技术中具有纺锤结结构的二维纤维网面制备效率低且成本高的缺陷，本专利技术提出一种工业化仿生集水网面的制备方法，可以高效的制备具有纺锤结结构的二维纤维网面。本专利技术提出的一种工业化仿生集水网面的制备方法，具体包括以下几个步骤：步骤一：纤维的清洗及编织：选用平均直径0.1mm～0.5mm的纤维，用乙醇、丙酮和蒸馏水清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将纤维缠绕在固定支架上，编织成由方形单元构成的纤维网格。单个网格面积优选6.25mm2～225mm2。步骤二：制备质量分数为5％～15％的聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液。将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到澄清透明聚合物溶液。进一步的，可以在所述的澄清透明聚合物溶液中进一步添加无机颗粒或无机颗粒分散液，形成聚合物-无机颗粒混合溶液。其中，无机颗粒或无机颗粒分散液与所述的聚合物溶液的质量比为1:5～1:3，优选为1:3。所述的溶剂为：N,N-二甲基乙酰胺(DMA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢映喃。所述的聚合物为：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。所述无机颗粒为：二氧化钛(TiO2)颗粒或氧化锌(ZnO)颗粒。所述的无机颗粒分散液为二氧化钛颗粒的丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)分散液或氧化锌颗粒的丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)分散液。所述的无机颗粒分散液中无机颗粒的质量分数为20％～30％。步骤三：喷涂：将缠绕有纤维网格的固定支架以一定的角度，优选为0至45°，放置在平面支撑板上。将步骤二中所配置的聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液置于在高压喷枪中，以一定的压力与流速(250～350mL/min)喷涂在纤维网格的表面，得到具有球形液滴附着的二维纤维网面。所述高压喷枪的口径优选1.0mm～2.0mm，喷涂压力范围优选30psi～120psi，喷枪与纤维网格的表面垂直距离优选10cm～25cm，喷涂时间优选10s～50s。步骤四：干燥：将步骤三中制备的具有球形液滴附着的二维纤维网面放置在干燥箱中，以一定的温度干燥一定的时间，得到具有纺锤结结构的二维纤维网面，即本专利技术的工业化仿生集水网面。干燥温度优选为40℃～80℃，干燥时间优选为30min～300min。本专利技术制备的工业化仿生集水网面，在90％湿度下收集水滴时，水滴会在纤维上相邻纺锤结之间进行聚集，当水滴聚集到足够大时，在重力作用下，自动掉落，可采用收集器收集水滴。本专利技术具有的优点在于：1、本专利技术提供的一种工业化仿生集水网面的制备方法，制备效率高，过程简单，可操作性强，对环境无任何伤害。2、本专利技术提供的一种工业化仿生集水网面的制备方法，所使用的聚合物具有良好的户外稳定性，不易降解，耐用，可延长使用年限。3、本专利技术提供的一种工业化仿生集水网面的制备方法，制备得到的纤维表面的纺锤结均匀可控，其表面具有更微观的粗糙结构，增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高。4、本专利技术提供的一种工业化仿生集水网面的制备方法，利用该方法制备得到的集水网面，提供了较大湿度下的集水量、耐久性和经济性。因此宜用于在滨海沙漠、海岛、远洋船只和多雾山区等，收集空气中的水滴成为可使用的淡水，以及机场、高速公路、灯塔等周围的浓雾驱散和消散，其收集淡水的成本远低于海水淡化的成本。附图说明图1：本专利技术提供的具有纺锤结结构的工业化仿生集水网面制备方法的流程图。图2：本专利技术提供的具有纺锤结结构的工业化仿生集水网面的结构示意图。图3-A：本专利技术提供的具有纺锤结结构的工业化仿生集水网面在光学显微镜下的纺锤结纤维结构图。图3-B：本专利技术提供的具有纺锤结结构的二维纤维网面的光学显微镜下的纺锤结纤维结构放大图。具体实施方式下面结合附图和优选实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提出的一种工业化仿生集水网面的制备方法，如图1所示，具体包括以下几个步骤：步骤一：纤维的清洗及编织：选用平均直径0.1mm～0.5mm的纤维，用乙醇、丙酮和蒸馏水清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。将纤维缠绕在固定支架上，编织成由方形单元构成的纤维网格。单个纤维网格面积优选6.25mm2～225mm2。所述纤维为人工合成纤维或天然纤维，优选为超高分子量聚乙烯纤维复合线(即钓鱼线)，纤维直径优选为0.1mm～0.5mm。步骤二：制备质量分数为5％～15％的聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液。将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到澄清透明聚合物溶液。所述的溶剂为：N,N-二甲基乙酰胺(DMA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢映喃。所述的聚合物为：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。在所述的聚合物溶液中加入无机颗粒或者无机颗粒分散液，形成聚合物-无机颗粒混合溶液。其中，无机颗粒或无机颗粒分散液与所述的聚合物溶液的质量比为1:5～1:3，优选为1:3。所述无机颗粒为二氧化钛(TiO2)颗粒或氧化锌(ZnO)颗粒。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业化仿生集水网面的制备方法，其特征在于：步骤一：纤维清洗，并将纤维缠绕在固定支架上编织成纤维网格：步骤二：制备质量分数为5％～15％的聚合物溶液或聚合物‑无机颗粒混合溶液；将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到聚合物溶液；在所述的聚合物溶液中添加无机颗粒或无机颗粒分散液，形成聚合物‑无机颗粒混合溶液；步骤三：喷涂：将缠绕有纤维网格的固定支架放置在平面支撑板上；将步骤二中所配置的聚合物溶液或聚合物‑无机颗粒混合溶液置于在高压喷枪中，喷涂在纤维网格的表面，得到具有球形液滴附着的二维纤维网面；步骤四：干燥：将步骤三中制备的具有球形液滴附着的二维纤维网面放置在干燥箱中干燥，得到具有纺锤结结构的工业化仿生集水网面。

【技术特征摘要】
1.一种工业化仿生集水网面的制备方法，其特征在于：步骤一：纤维清洗，并将纤维缠绕在固定支架上编织成纤维网格：步骤二：制备质量分数为5％～15％的聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液；将聚合物添加至溶剂中，搅拌24h以上，得到聚合物溶液；在所述的聚合物溶液中添加无机颗粒或无机颗粒分散液，形成聚合物-无机颗粒混合溶液；步骤三：喷涂：将缠绕有纤维网格的固定支架放置在平面支撑板上；将步骤二中所配置的聚合物溶液或聚合物-无机颗粒混合溶液置于在高压喷枪中，喷涂在纤维网格的表面，得到具有球形液滴附着的二维纤维网面；步骤四：干燥：将步骤三中制备的具有球形液滴附着的二维纤维网面放置在干燥箱中干燥，得到具有纺锤结结构的工业化仿生集水网面。2.根据权利要求1所述的一种工业化仿生集水网面的制备方法，其特征在于：所述的纤维清洗是指用乙醇、丙酮和蒸馏水清洗纤维表面，除去附着于纤维表面的尘埃。3.根据权利要求1所述的一种工业化仿生集水网面的制备方法，其特征在于：步骤一中所述纤维的直径0.1mm～0.5mm，所述纤维网格由方形单元构成，单个网格面积6.25mm2～225mm2。4.根据权利要求1所述的一种工业化仿生集水网面的制备方法，其特征在于：所述的聚合物-无机颗粒混合溶液中，无机颗粒或无机颗粒分散液与所述的聚合物溶液的质量比为1:5～1:3。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑咏梅，宋诚，杨守斌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11