CN101498098A - 一种增强织物自清洁性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种增强织物自清洁性能的方法，首先利用等离子技术对织物进行刻蚀，在其表面仿制出荷叶表面的微米结构，增加织物的表面粗糙度；然后，采用有机氟整理剂对该织物进行化学处理，之后，再采用纳米二氧化硅对上述织物进行整理。本发明方法在织物表面仿制出与荷叶表面相同的阶层微观结构，使织物的表面粗糙度增加，增强其自清洁性能。

Description

一种增强织物自清洁性能的方法

技术领域

本发明属于纺织技术领域，涉及一种织物的处理方法，具体涉及一种增强织物自清洁性能的方法。

背景技术

荷叶可以避免污浊的侵袭，即使荷叶上沾染吸附了灰尘和细菌，在荷叶上滚动的水珠也可以将其吸附并随水珠的滚动带出叶面。科学家们将荷叶的这种自我清洁现象称之为“荷叶效应”。

20世纪70年代，德国科学家通过扫描电镜和原子显微镜对荷叶等2万种植物叶面的微观结构进行了观察，发现荷叶表面覆盖着稠密的细短茸毛及连续的蜡质层使其具有特殊的拒水性能。通过观察荷叶表面的微观结构，发现荷叶表面具有一定的粗糙度，粗糙表面上微米结构的乳突和表面蜡状物的共同存在，使得荷叶表面具有自清洁的特征。最新的研究认为：荷叶表面微米结构的乳突上还存在着纳米结构，该纳米结构与微米结构相结合构成阶层结构，而这种阶层结构是引起荷叶表面超疏水的根本原因。荷叶的这种超疏水原理为人们构建人工超疏水表面和设计界面的润湿性提供了指导。根据荷叶效应原理，德国科学家已经研制成功具有拒水自洁的建筑物表面涂料。具有荷叶效应的服装也正在研制中。

荷叶表面的超拒水拒油特性为研究具有自清洁功能的仿生超拒水拒油表面提供了理论依据。既然“荷叶效应”取决于荷叶的物理结构性质，而不是自身的生存系统，那么，从技术理论上讲，改造材料表面结构或者为材料表面进行涂层，使材料具有自清洁功能是可行的。荷叶效应能够在理论上突破常规的拒水材料研制思路，将降低材料的表面能和产生微观结构的粗糙度结合起来，使材料的拒水拒油性能大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强织物自清洁性能的方法，根据荷叶效应，对纺织织物进行处理，降低织物的表面能，并使其表面产生微米结构与纳米结构相结合的阶层结构，提高织物表面的粗糙度，使织物的自清洁性和拒水拒油性能大幅度提高。

本发明所采用的技术方案是，一种增强织物自清洁性能的方法，利用等离子技术对织物进行刻蚀，在其表面仿制出荷叶表面的微米结构，增加织物的表面粗糙度；然后，采用有机氟整理剂对该织物进行化学处理，之后，再采用纳米二氧化硅对该织物进行整理，增强织物的自清洁性能，该方法按以下步骤进行：

步骤1：将需处理的织物置于等离子处理仪中，通入压强为35Pa～40Pa的等离子处理气体进行等离子处理，处理过程中控制等离子处理仪的功率为30W～35W，处理时间为5min～10min；

步骤2：分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟的浓度为12g/L～18g/L；

步骤3：将步骤1处理后的织物按浴比1:20～25放入步骤2制得的织物整理剂中，并置于温度为60℃～90℃的环境中，预烘1min～5min，然后，在150℃～190℃的温度下，焙烘0.5min～1.5min；

步骤4：按摩尔比1:25～45:1～2.5，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；

步骤5：按体积比1:20～28:5～9，分别取浓度为33％～40％的盐酸、步骤4制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌30min～40min，制得纳米SiO₂整理液；

步骤6：按浴比1:20～25，将步骤3处理后的织物放入步骤5制得的纳米SiO₂整理液中浸泡30min～40min后，置于压力为2.0×10⁵Pa～2.5×10⁵Pa的条件下进行轧制，然后，在温度为100℃～160℃的环境中焙烘0.5min～1.5min，完成增强织物自清洁性能的处理。

本发明的特征还在于，

其中的步骤1中等离子处理气体为氩气。

本发明方法利用等离子技术、低表面能的有机氟材料和纳米SiO₂，对织物进行处理，增加其表面粗糙度、降低表面能并仿制出纳米结构，使织物的表面粗糙度达到纳米级，形成纳米结构和微米结构相结合的阶层结构，从而增强织物的自清洁性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明方法，利用等离子技术对织物进行刻蚀，增加织物的表面粗糙度，在其表面仿制出荷叶表面的微米结构；然后，采用有机氟拒水拒油整理剂对上述织物进行化学处理，之后，再采用纳米二氧化硅对该织物进行整理，增强织物的自清洁性能。该方法按以下步骤进行：

步骤1：取需处理的织物，并置于现有的等离子处理仪中进行等离子处理，处理过程中控制等离子处理仪的功率为30W～35W，同时通入压强为35Pa～40Pa的等离子处理气体氩气，处理时间为5min～10min。

对织物进行等离子处理，可增加织物表面的粗糙度，在其表面仿制出荷叶表面的微米结构。

所用的等离子处理仪为苏州奥米格机电科技有限公司生产的DT-01型等离子处理仪。

织物经等离子处理前、后，其表面的平均动摩擦因数(MIU)、摩擦因数平均偏差(MMD)和表面粗糙度(SMD)的测试结果，如表1所示。

表1    织物表面粗糙度测试结果

表1显示，织物经等离子处理后，其平均动摩擦因数(MIU)、摩擦因数平均偏差(MMD)和表面粗糙度(SMD)均有不同程度的增加，说明等离子处理增加了织物的表面粗糙度。

步骤2：分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟的浓度为12g/L～18g/L；

步骤3：将步骤1处理后的织物按浴比1:20～25放入步骤2制得的织物整理剂中，并置于温度为60℃～90℃的环境中，预烘1min～5min，然后，在150℃～190℃的温度下，焙烘0.5min～1.5min；

根据Wenzel理论，织物的接触角θ>90°时，织物表面越粗糙，织物的拒水性越强。本发明方法采用有机氟整理剂对经等离子刻蚀后的织物进行化学整理，使织物的接触角θ>90°，进一步增强织物的拒水性。

步骤4：按摩尔比1:25～45:1～2.5，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；

步骤5：按体积比1:20～28:5～9，分别取浓度为33％～40％的盐酸、步骤4制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌30min～40min，制得纳米SiO₂整理液；

步骤6：按浴比1:20～25，将步骤3处理后的织物放入步骤5制得的纳米SiO₂整理液中浸泡30min～40min后，置于压力为2.0×10⁵Pa～2.5×10⁵Pa的条件下进行轧制，然后，在温度为100℃～160℃的环境中焙烘0.5min～1.5min，完成增强织物自清洁性能的处理。

采用纳米SiO₂整理液对织物进行处理，能使织物表面的粗糙度达到纳米级，从而在织物表面仿制得到荷叶表面的纳米结构。

实施例1

取涤纶长丝织物，置于等离子处理仪中进行等离子处理，控制处理仪的功率为30W，采用氩气作为等离子处理气体，气体压强为35Pa、处理10min分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟的浓度为15g/L；将等离子处理后的涤纶长丝织物按浴比1:20放入制得的织物整理剂中，并置于温度为60℃的环境中，预烘5min，然后，在170℃的温度下，焙烘1min；按摩尔比1:35:1.8，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；按体积比1:24:7，分别取浓度为36％的盐酸、制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌30min，制得纳米SiO₂整理液；按浴比1:20，将除处理后的涤纶长丝织物放入制得的纳米SiO₂整理液中浸泡40min后，置于2.0×10⁵Pa的压力条件下进行轧制，然后，在温度为100℃的环境中焙烘1.5min，完成增强织物自清洁性能的处理。该织物处理前后的性能测试对比，如表2所示。

表2  采用本发明方法处理前后织物的性能对比

从表2可得：采用本发明方法处理后，织物的接触角、渗水高度、沾水等级和拒油等级都有了较大幅度的提高，且处理前后织物的断裂强力差异不大，说明经该方法处理后，织物的拒水拒油性和自清洁性得到了明显改善，而对其断裂强力影响不大。

实施例2

取涤/棉混纺织物，置于等离子处理仪中进行等离子处理，控制处理仪的功率为33W，采用氩气作为等离子处理气体，该气体的压强为38Pa，处理时间为8min；分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟的浓度为12g/L；将等离子处理后的织物按浴比1:22放入制得的织物整理剂中，并置于温度为90℃的环境中，预烘1min，然后，在190℃的温度下，焙烘0.5min；按摩尔比1:25:1，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；按体积比1:20:5，分别取浓度为33％的盐酸、制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌35min，制得纳米SiO₂整理液；按浴比1:22，将处理后的织物放入制得的纳米SiO₂整理液中浸泡35min后，置于2.2×10⁵Pa的压力条件下轧制，然后，在温度为130℃的环境中，焙烘1min，完成增强织物自清洁性能的处理。

实施例3

取锦纶织物，置于等离子处理仪中进行等离子处理，控制处理仪的功率为35W，采用氩气作为等离子处理气体，该气体的压强为40Pa，处理时间为5min；分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟整理剂的浓度为18g/L；将等离子处理后的织物按浴比1:25放入制得的织物整理剂中，并置于温度为75℃的环境中，预烘3min，然后，在150℃的温度下，焙烘1.5min；按摩尔比1:45:2.5，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；按体积比1:28:9，分别取浓度为40％的盐酸、制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌40min，制得纳米SiO₂整理液；按浴比1:25，将处理后的织物放入制得的纳米SiO₂整理液中浸泡30min后，置于2.5×10⁵Pa的压力条件下轧制，然后，在温度为160℃的环境中，焙烘0.5min，完成增强织物自清洁性能的处理。

本发明方法，在织物表面仿制出与荷叶表面相同的阶层微观结构，使织物的表面粗糙度增加，增强其自清洁性能。

Claims (2)

1.一种增强织物自清洁性能的方法，利用等离子技术对织物进行刻蚀，在其表面仿制出荷叶表面的微米结构，增加织物的表面粗糙度；然后，采用有机氟整理剂对该织物进行化学处理，之后，再采用纳米二氧化硅对该织物进行整理，增强织物的自清洁性能，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

步骤1：将需处理的织物置于等离子处理仪中，通入压强为35Pa～40Pa的等离子处理气体进行等离子处理，处理过程中控制等离子处理仪的功率为30W～35W，处理时间为5min～10min；

步骤2：分别取有机氟整理剂和水，配制得到pH值为3～7的织物整理剂，控制该织物整理剂中有机氟的浓度为12g/L～18g/L；

步骤3：将步骤1处理后的织物按浴比1:20～25放入步骤2制得的织物整理剂中，并置于温度为60℃～90℃的环境中，预烘1min～5min，然后，在150℃～190℃的温度下，焙烘0.5min～1.5min；

步骤4：按摩尔比1:25～45:1～2.5，分别取正硅酸乙酯、无水乙醇和氨水，采用现有溶胶—凝胶法制得纳米SiO₂溶胶；

步骤5：按体积比1:20～28:5～9，分别取浓度为33％～40％的盐酸、步骤4制得的纳米SiO₂溶胶和三甲基氯硅烷，将三甲基氯硅烷加入纳米SiO₂溶胶中，形成混合液，再将盐酸加入该混合液中，搅拌30min～40min，制得纳米SiO₂整理液；

步骤6：按浴比1:20～25，将步骤3处理后的织物放入步骤5制得的纳米SiO₂整理液中浸泡30min～40min后，置于压力为2.0×10⁵Pa～2.5×10⁵Pa的条件下进行轧制，然后，在温度为100℃～160℃的环境中焙烘0.5min～1.5min，完成增强织物自清洁性能的处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中等离子处理气体为氩气。