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在生产生活中,涤纶织物以其高强度、弹性和保型性好、尺寸稳定好等良好的性能,在服装、产业等领域获得了广泛的应用。据统计,涤纶是目前使用量最大的的合成纤维,对涤纶的功能改性也引起了越来越多的关注,如超疏水、超亲水改性,抗紫外、抗菌改性等等。其中,超疏水涤纶织物在防水、水分收集和耐酸碱腐蚀等领域应用前景非常广阔,因此对涤纶的超疏水改性研究成为了当下研究的一大热点。研究者们通过多年来的努力发现,增加材料表面的粗糙度和降低材料的表面能是制备超疏水材料的两大原则,并研究出各类获得超疏水表面的工艺,目前超疏水改性方法主要存在以下问题:首先,市场上现存的疏水产品大多以含氟化合物作为疏水的单体,虽然含氟化合物的疏水效果显著,但在使用过程中会对环境和人体健康造成危害;其次,有些报道的方法处理工艺复杂,且疏水层与基底之间主要依靠物理附着,没有牢固的化学键结合,限制了疏水产品的耐用性。因此,利用环境友好型的工艺方法制备耐用型超疏水材料,才是走可持续发展之路的正确选择。
为了克服目前制备超疏水纺织材料的工艺复杂、不环保、耐用性差的问题,本文采用等离子体技术,旨在提供一种工艺简单、绿色环保且耐用性好的超疏水涤纶制备方法。
本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为单体,PDMS是一种长链聚有机硅烷,长链分子上有很多-CH3,具有很低的表面自由能,且无毒无害,成本低廉。本文利用低气压等离子体制备超疏水涤纶织物,探究了等离子体处理对促进PDMS单体在涤纶表面的接枝聚合的作用,并探索了不同等离子体处理参数的变化对处理效果的影响。结果表明,当功率小于50W时,接触角随功率的增加而增加,当功率大于50W时,接触角随功率的增加而降低;当压强小于200mTorr时,接触角随压强的增加而增加,当压强大于200mTorr时,接触角随压强的增加而降低;当时间小于10s时,织物疏水性能较差,当时间大于10s小于60s时,接触角随时间的增加而增加,当时间大于60s时,接触角随时间的增加而降低。因此,等离子处理的最佳工艺参数为:压强200mTorr、时间60s、功率100W。在该工艺条件下,试样的接触角可以达到156.26°,且具有较好的耐水洗性,经过100次水洗之后接触角仍可维持在150.34°。
经扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X光电子能谱(XPS)对等离子体最佳工艺参数处理前后试样的表面形貌和表面化学组成进行表征分析后表明,等离子处理的最佳工艺参数下处理得到的涤纶织物表面接枝了连续均一的PDMS交联薄膜,不仅使得试样具备优良的疏水性能,还赋予了织物良好的耐水洗性能。此外,本文所用PDMS浓度非常小,仅为5g/L,其交联形成的薄膜的厚度非常小,且PDMS为弹性材料,因此其厚度极小的交联薄膜对于织物整体的力学特性和舒适度性能的影响非常小。
为进一步改善涤纶试样的疏水性能,本文通过引入纳米TiO2颗粒增加涤纶织物表面的纳米级粗糙度,并探究了添加不同浓度纳米二氧化钛对试样疏水效果的影响。结果表明,当加入的纳米TiO2颗粒的浓度为0.7g/L时,试样拥有最好的疏水性能。当在PDMS溶液中加入纳米TiO2颗粒时,会形成TiO2@PDMS复合溶液。而PDMS在等离子体的作用下,交联自聚合形成PDMS薄膜,改性后的材料不仅拥有PDMS薄膜形成的低表面能,也拥有纳米TiO2颗粒构建的纳米级粗糙度。因此,改性后的试样的接触角达到了163.7°,而且在经过400次水洗后,接触角仍然保持在153.98°。
此外,本文探究了不同浓度PDMS单体的TiO2@PDMS复合溶液对试样疏水效果的影响。结果表明,当PDMS浓度为20g/L时,试样的疏水性最好,接触角达到了166.28°,且改性后试样耐用性能较好:经过400次水洗后接触角仍可以保持在158.22°,经过500次摩擦之后接触角仍可以保持在149.56°。 因为当浓度较小时,PDMS成膜较薄,在机械外力的作用下,薄膜很容易破裂或者脱落,导致纳米二氧化钛颗粒的脱落;而当PDMS浓度过高时,较多未反应的PDMS单体附着在织物表面,导致单体成膜不完全,从而降低试样的疏水耐用性。
为了克服目前制备超疏水纺织材料的工艺复杂、不环保、耐用性差的问题,本文采用等离子体技术,旨在提供一种工艺简单、绿色环保且耐用性好的超疏水涤纶制备方法。
本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为单体,PDMS是一种长链聚有机硅烷,长链分子上有很多-CH3,具有很低的表面自由能,且无毒无害,成本低廉。本文利用低气压等离子体制备超疏水涤纶织物,探究了等离子体处理对促进PDMS单体在涤纶表面的接枝聚合的作用,并探索了不同等离子体处理参数的变化对处理效果的影响。结果表明,当功率小于50W时,接触角随功率的增加而增加,当功率大于50W时,接触角随功率的增加而降低;当压强小于200mTorr时,接触角随压强的增加而增加,当压强大于200mTorr时,接触角随压强的增加而降低;当时间小于10s时,织物疏水性能较差,当时间大于10s小于60s时,接触角随时间的增加而增加,当时间大于60s时,接触角随时间的增加而降低。因此,等离子处理的最佳工艺参数为:压强200mTorr、时间60s、功率100W。在该工艺条件下,试样的接触角可以达到156.26°,且具有较好的耐水洗性,经过100次水洗之后接触角仍可维持在150.34°。
经扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X光电子能谱(XPS)对等离子体最佳工艺参数处理前后试样的表面形貌和表面化学组成进行表征分析后表明,等离子处理的最佳工艺参数下处理得到的涤纶织物表面接枝了连续均一的PDMS交联薄膜,不仅使得试样具备优良的疏水性能,还赋予了织物良好的耐水洗性能。此外,本文所用PDMS浓度非常小,仅为5g/L,其交联形成的薄膜的厚度非常小,且PDMS为弹性材料,因此其厚度极小的交联薄膜对于织物整体的力学特性和舒适度性能的影响非常小。
为进一步改善涤纶试样的疏水性能,本文通过引入纳米TiO2颗粒增加涤纶织物表面的纳米级粗糙度,并探究了添加不同浓度纳米二氧化钛对试样疏水效果的影响。结果表明,当加入的纳米TiO2颗粒的浓度为0.7g/L时,试样拥有最好的疏水性能。当在PDMS溶液中加入纳米TiO2颗粒时,会形成TiO2@PDMS复合溶液。而PDMS在等离子体的作用下,交联自聚合形成PDMS薄膜,改性后的材料不仅拥有PDMS薄膜形成的低表面能,也拥有纳米TiO2颗粒构建的纳米级粗糙度。因此,改性后的试样的接触角达到了163.7°,而且在经过400次水洗后,接触角仍然保持在153.98°。
此外,本文探究了不同浓度PDMS单体的TiO2@PDMS复合溶液对试样疏水效果的影响。结果表明,当PDMS浓度为20g/L时,试样的疏水性最好,接触角达到了166.28°,且改性后试样耐用性能较好:经过400次水洗后接触角仍可以保持在158.22°,经过500次摩擦之后接触角仍可以保持在149.56°。 因为当浓度较小时,PDMS成膜较薄,在机械外力的作用下,薄膜很容易破裂或者脱落,导致纳米二氧化钛颗粒的脱落;而当PDMS浓度过高时,较多未反应的PDMS单体附着在织物表面,导致单体成膜不完全,从而降低试样的疏水耐用性。