棉织物自修复超疏水功能化研究

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超疏水纺织品由于其特殊的润湿性在国防、医疗、工农业生产和日常生活中具有广泛的应用前景。目前对超疏水表面以及超疏水棉织物的研究日益增多。然而当前大部分超疏水表面都面临着制备工艺复杂、设备昂贵以及环境有害等问题,限制了超疏水材料的实际应用。此外,构建超疏水表面的微纳粗糙结构和低表面能分子很容易因机械摩擦、光照或腐蚀等外界环境受到损伤,这些损伤会导致材料的超疏水性能减弱或丧失。将超疏水性能与自修复能力相结合,可提高超疏水材料的稳定性和使用寿命。构建具有优良稳定性能的超疏水表面是实现超疏水材料实际应用的迫切需求。本文以构建自修复超疏水表面为目的,首先对超疏水棉织物的制备和优化进行系统研究,然后探究热刺激作用下超疏水棉织物的自修复性能,并进行表征。研究内容及研究结果如下:(1)采用乙二胺四乙酸(EDTA)为交联剂,将疏水单体十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)接枝至棉纤维表面,降低织物表面能,利用纳米二氧化硅(SNP)在棉织物表面构建粗糙结构。采用单因素法探讨了各单体用量对棉织物超疏水性能的影响,并通过正交试验对疏水体系中各单体浓度进行优化,确定最优浓度:SNP浓度为1.0 wt%,EDTA浓度为1.0 wt%,HDTMS浓度为4.0 wt%。通过浸渍-焙烘一步法对棉织进行整理,经整理后棉织物表现出优异的疏水性能,与水的静态接触角为160.5°,经6个洗涤循环后,织物仍具有较好的疏水效果,静态接触角为150.0°。(2)为使基材表面呈Cassie-Baxter状态,实现真正意义上的自清洁性能。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,采用双连续型的微乳液Winsor III体系制备出径向褶皱纳米二氧化硅(RWNs),通过HDTMS对RWNs进行疏水功能化,制备出CH3-RWNs乙醇分散液。采用浸渍或喷涂法在玻璃或织物表面构建超疏水涂层。通过扫描电镜观察到整理后的超疏水表面呈珊瑚状三维粗糙结构,表现出极低的粘附性能,滚动接触角低于4.13°。经CH3-RWNs乙醇分散液整理的不同织物,均表现出超疏水性能。同时超疏水涂层具有一定的耐化学腐蚀性和机械稳定性。(3)以提高疏水材料的稳定性为目的,通过氧等离子体和超声联合法,制备了“HDTMS-in-water”乳液。采用浸渍-焙烘对棉织物进行整理,织物表现出超疏水性能,与水的静态接触角为158.7°。同时,对热刺激下超疏水表面的修复研究表明,温度刺激可加速疏水长链(-CH2)在纤维表面的迁移率,对受损表面进行修复,恢复超疏水性能。超疏水棉织物在经受1000次摩擦循环后,棉织物的疏水性能下降,与水的静态接触角小于120.0°,在热刺激下织物恢复超疏水性,与水静态接触角大于150.0°。同样,超疏水棉织物在经过O2等离子体刻蚀后呈亲水状态,与水的静态接触角为0°,在热刺激织物可恢复超疏水性,与水静态接触角大于150.0°。刻蚀-修复过程可重复8次以上,为超疏水棉织物的循环使用提供了保障。自修复超疏水棉织物也表现出良好的洗涤耐久性和化学稳定性。在自清洁测试中,超疏水织物表现出一定的拒血液渗透性能。
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