CN102277721B - 一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，包括：(1)50～70℃下在质量百分比浓度为20～35％的铝盐水溶液中加入氨水调节pH为9.0～9.5，经过抽滤、洗涤、干燥后得白色固体；将白色固体与水混合后，加入胶溶剂调节pH值为3.5～4.5，在75～90℃下回流3～5小时或者微波加热回流20～60分钟，得到纳米氧化铝溶胶；(2)将长链脂肪酸或长链脂肪酸盐、水和醇混合，得到拒水剂；(3)将织物在纳米氧化铝溶胶和拒水剂中浸轧或浸渍，将整理后织物预烘、培烘即得。本发明方法简单、易产业化；经本发明方法处理后的织物疏水性能优良，制备得到的织物接触角大于150°，具有超疏水性能；具有一定的抗紫外和阻燃性能，具有良好的应用前景。

Description

一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法

技术领域

本发明属于疏水织物整理领域，特别涉及一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法。

背景技术

所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150°的表面，水滴在此表面上很难稳定地停留，与水滴有关的许多人们不愿见到的现象如材料表面的污染、积雪、氧化、电流的传导以及流体的粘滞等可以被有效遏制，这种新型材料将会给人们的日常生活和工农业生产带来极大的便利，其在科学研究、工农业生产、日常生活等诸多领域有广泛的应用前景。如超疏水功能纺织品就以其独特的自清洁、抗污染等性能，可广泛应用于医护人员用装、防雨/雪服、帐篷、军用作战服等方面，日益受到人们的青睐，具有巨大的潜在市场，预计可以产生较好的经济效益和社会效益。

能否达到超疏水由固体表面化学组成和微观结构共同决定。研究表明，荷叶表面的超疏水性能来自于荷叶表面的低表面能蜡状物和特殊粗糙结构。通过构建具有低表面能及纳米尺寸结构的粗糙表面可以获得超疏水表面。目前超疏水纺织品的制备就采用在粗糙固体表面修饰低表面能物质的方法。

超疏水织物的研究多利用氟化物或者硅化物等具有低表面能的物质对织物进行整理达到疏水目的。然而，研究资料表明疏水整理剂单体全氟辛酸(PFOA)和全氟辛酸盐(PFOS)是潜在的致癌物质，对人体健康有潜在的危害，并且在整理中和整理后释放氟化合物，对环境也不利。因此，寻找含氟整理剂的取代物并采用新颖的整理技术正在成为疏水整理的研究热点之一。同时，即使使用具有最低表面能的氟化物进行整理时，接触角也最多只能达到120°左右。研究结果表明，要想达到超疏水(接触角大于150°)，表面的粗糙度是一个非常重要的影响因素。

铝皂法(石蜡-铝皂法的简称)是较早获得广泛应用的疏水整理剂，属于石蜡金属盐法的一种。这种方法主要用于棉、麻织物，将石蜡、硬脂酸铝皂等配制成乳浊液，用以处理织物。烘干后，铝皂和石蜡沉积于纤维上，从而起到疏水的效果；也可以先用肥皂液浸渍织物，然后再经醋酸铝溶液处理，在纤维上生成铝皂沉淀。这种石蜡-铝皂整理剂，一直沿用至今，具有成本低，符合环保要求，工艺简单，加工方便的优点。但不具备超疏水效果，并且不耐水洗和干洗，也不耐摩擦，当疏水效果降低后，必须再经处理才能回复疏水效果。在制备整理液过程中有可能添加大量亲水型的助剂(如明胶)以提高乳液的稳定性，这会降低最终的疏水效果，为提高耐洗性还可能会添加甲醛等对身体有害的物质。同时，这种整理剂对织物的前处理有要求，需要织物上不能含有较多的碱性、酸性和亲水性表面活性剂等物质，它们的存在会降低疏水效果，有的会降低乳液的稳定性。

总之，目前急切需要对目前的铝皂疏水整理方法进行改进，提出一种低成本、高效绿色的超疏水整理工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，该方法简单、易产业化；制备得到的织物接触角大于150°，具有超疏水性能；具有一定的抗紫外和阻燃性能，具有良好的应用前景。

本发明的一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，包括：

(1)50～70℃下在质量百分比浓度为20～35％的铝盐水溶液中加入氨水调节pH为9.0～9.5，经过抽滤、洗涤、干燥后得白色固体；将白色固体按质量百分比为0.3～3.0％的量与水混合后，加入胶溶剂调节pH值为3.5～4.5，在75～90℃下回流3～5小时或者微波加热回流20～60分钟，得到纳米氧化铝溶胶；

(2)将长链脂肪酸或长链脂肪酸盐、水和醇按质量比1∶10～50∶1～5混合，得到拒水剂；

(3)将织物在上述纳米氧化铝溶胶中浸轧或浸渍后预烘，再将织物在上述拒水剂中浸轧或浸渍，将整理后织物预烘、培烘即得纳米氧化铝无氟超疏水织物。

所述步骤(1)中的铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、硫酸铝钾、硫酸铝铵或磷酸二氢铝。

所述步骤(1)中的胶溶剂为硝酸、盐酸、醋酸、柠檬酸或高氯酸。

所述步骤(2)中的长链脂肪酸为硬脂酸、棕榈酸、豆蔻酸、月桂酸、油酸、蓖麻油酸或亚油酸，长链脂肪酸盐为上述长链脂肪酸相应钠、钾或铵盐。

所述步骤(2)中的醇为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇或者丙三醇。

所述步骤(3)中的织物为棉、毛、麻、涤纶、黏胶或尼龙织物。

所述步骤(3)中在纳米氧化铝溶胶中整理浸轧工艺为二浸二轧，带液率70～100％，预烘温度60～80℃，预烘时间1～4分钟。

所述步骤(3)中在纳米氧化铝溶胶中整理浸渍工艺为浴比10～30∶1，浸渍时间10～60min，预烘温度60～80℃，预烘时间1～4分钟。

所述步骤(3)中在拒水剂中整理浸轧工艺为二浸二轧，带液率70～95％，预烘温度60～80℃，预烘时间1～3分钟，焙烘温度150℃～170℃，焙烘时间1～3分钟。

所述步骤(3)中在拒水剂中整理浸渍工艺为浴比10～30∶1，浸渍时间30～60min，预烘温度60～80℃，预烘时间1～3分钟，焙烘温度150℃～170℃，焙烘时间1～3分钟。

本发明通过改变整理剂的制备方法和和整理剂的处理方式，得到了与传统的铝皂法不同的超疏水效果。通过以铝盐为原料制备氧化铝溶胶并在织物上形成涂层，利用氧化铝溶胶在织物上形成的粗糙表面和之后引入的疏水剂二者之间的协同作用，从而赋予织物超疏水性能。

长链脂肪酸或者长链脂肪酸盐不仅作为低表面能物质使用，同时，长链脂肪酸具有的酸性或者长链脂肪酸盐具有的碱性能够进一步调节织物上的氧化铝粗糙表面，从而起到改造粗糙表面构造以及改变润湿性的双重作用，为简化超疏水织物的整理工艺提供了有益的借鉴。长链脂肪酸或者长链脂肪酸盐还具有对环境无污染，对修饰表面依赖性性小的优势。

有益效果

(1)本发明方法简单、易产业化，特别适用于织物的超疏水整理；所使用原料成本低廉，用于制备氧化铝溶胶的铝盐和胶溶剂都是来源广泛的工业生产品，整理过程中所使用的整理剂均无毒副作用，服用过程亦无有害物质放出；

(2)经本发明方法处理后的织物疏水性能优良，制备得到的织物接触角大于150°，具有超疏水性能；具有一定的抗紫外和阻燃性能，具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将15.0g九水硝酸铝加入32ml蒸馏水中，溶解后在60℃下滴加氨水调其pH为9.0，反应得到粘稠状的液体，再经过抽滤、至少3次洗涤，然后在50℃下恒温干燥后得到白色固体；将白色固体加入55ml蒸馏水中，85℃恒温后，在不断搅拌下滴加质量百分比为0.75％的硝酸，调其pH为3.5，然后再回流4小时得到透明的纳米氧化铝溶胶；将棉纱卡(20s×16s，128×60)在纳米氧化铝溶胶中二浸二轧，带液率70％，然后在80℃下预烘4分钟；将硬脂酸钠、水和乙醇按照质量比为1∶35∶3混合，得到拒水剂；将前者整理的织物在浴比为30∶1的拒水剂中浸渍1小时，80℃下预烘1分钟，170℃下焙烘1分钟，得到纳米氧化铝无氟超疏水棉织物。

参照AATCC Test Method 22-2005《纺织品疏水性能测试：喷淋测试》，对整理织物进行疏水性能测试，具体如下结果：

表1各洗涤次数下棉织物的接触角

实施例2

将9.7g六水三氯化铝加入32ml蒸馏水中，溶解后在60℃下滴加氨水调其pH为9.5，反应得到粘稠状的液体，再经过抽滤、至少3次洗涤，然后70℃恒温干燥后得到白色固体；将白色固体加入55ml蒸馏水中，85℃恒温后，在不断搅拌下滴加质量百分比为0.7％的盐酸，调其pH为4.5，然后微波加热回流50分钟，得到透明的纳米氧化铝溶胶；将棉纱卡(20s×16s，128×60)在纳米氧化铝溶胶中二浸二轧，带液率为100％，然后在80℃下预烘1分钟；将硬脂酸、水和异丙醇按照质量比为1∶40∶5混合，得到拒水剂；将前者整理的织物在拒水剂中二浸二轧，带液率95％，80℃下预烘3分钟，150℃下焙烘3分钟，得到纳米氧化铝无氟超疏水棉织物。

参照AATCC Test Method 22-2005《纺织品疏水性能测试：喷淋测试》，对整理织物进行疏水性能测试，具体如下结果：

表2各洗涤次数下棉织物的接触角

实施例3

将20g九水硝酸铝加入42ml蒸馏水中，溶解后在60℃下滴加氨水调其pH为9.2，反应得到粘稠状的液体，再经过抽滤、至少3次洗涤，然后70℃恒温干燥后得到白色固体；将白色固体加入60ml蒸馏水中，80℃恒温后，在不断搅拌下滴加质量百分比为0.9％的硝酸，调其pH为4.0，然后微波加热回流30分钟，得到纳米氧化铝溶胶；将绦纶织物在浴比为20∶1的纳米氧化铝溶胶中浸渍45分钟，80℃下预烘2分钟；将月桂酸钠、水和乙二醇按照质量比为1∶50∶5混合，得到拒水剂；将前者整理的织物在浴比为10∶1的拒水剂中浸渍1小时，晾干，80℃下预烘2分钟，160℃下焙烘3分钟，得到纳米氧化铝无氟超疏水绦纶织物。

参照AATCC Test Method 22-2005《纺织品疏水性能测试：喷淋测试》，对整理织物进行疏水性能测试，具体如下结果：

表3各洗涤次数下绦纶织物的接触角

实施例4

将20g十二水硫酸铝加入50ml蒸馏水中，溶解后在60℃下滴加氨水调其pH为9.4，反应得到粘稠状的液体，再经过抽滤、至少3次洗涤，70℃恒温干燥后得到白色固体；将白色固体加入60ml蒸馏水中，75℃恒温后，在不断搅拌下滴加质量百分比为4％的柠檬酸，调其pH为4.3，回流5小时，得到透明的纳米氧化铝溶胶；将绦纶在浴比为25∶1的纳米氧化铝溶胶中浸渍20min，70℃下预烘2分钟；将棕榈酸钠、水和乙二醇按照质量比为1∶10∶5混合，得到拒水剂；将前者整理的织物在拒水剂中二浸二轧，带液率70％，70℃预烘3分钟，160℃下焙烘3分钟，得到纳米氧化铝无氟超疏水绦纶织物。

参照AATCC Test Method 22-2005《纺织品疏水性能测试：喷淋测试》，对整理织物进行疏水性能测试，具体如下结果：

表4各洗涤次数下绦纶织物的接触角

Claims (9)

1.一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，包括：

（1）50～70℃下在质量百分比浓度为20～35%的铝盐水溶液中加入氨水调节pH为9.0～9.5，经过抽滤、洗涤、干燥后得白色固体；将白色固体按质量百分比为0.3～3.0%的量与水混合后，加入胶溶剂调节pH值为3.5～4.5，在75～90℃下回流3～5小时或者微波加热回流20～60分钟，得到纳米氧化铝溶胶；

（2）将长链脂肪酸或长链脂肪酸盐、水和醇按质量比1：10～50：1～5混合，得到拒水剂；其中，长链脂肪酸为硬脂酸、棕榈酸、豆蔻酸、月桂酸、油酸、蓖麻油酸或亚油酸，长链脂肪酸盐为上述长链脂肪酸相应钠、钾或铵盐；

（3）将织物在上述纳米氧化铝溶胶中浸轧或浸渍后预烘，再将织物在上述拒水剂中浸轧或浸渍，将整理后织物预烘、培烘即得纳米氧化铝无氟超疏水织物。

2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（1）中的铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、硫酸铝钾、硫酸铝铵或磷酸二氢铝。

3.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（1）中的胶溶剂为硝酸、盐酸、醋酸、柠檬酸或高氯酸。

4.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（2）中的醇为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇或者丙三醇。

5.根据权利要求1所述的一种纳米氧化铝无氟超疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（3）中的织物为棉、毛、麻、涤纶、黏胶或尼龙织物。

6.根据权利要求1所述的一种纳米抗紫外抗菌疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（3）中在纳米氧化铝溶胶中整理浸轧工艺为二浸二轧，带液率70～100%，预烘温度60～80℃，预烘时间1～4分钟。

7.根据权利要求1所述的一种纳米抗紫外抗菌疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（3）中在纳米氧化铝溶胶中整理浸渍工艺为浴比10～30:1，浸渍时间10～60min，预烘温度60～80℃，预烘时间1～4分钟。

8.根据权利要求1所述的一种纳米抗紫外抗菌疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（3）中在拒水剂中整理浸轧工艺为二浸二轧，带液率70～95%，预烘温度60～80℃，预烘时间1～3分钟，焙烘温度150℃～170℃，焙烘时间1～3分钟。

9.根据权利要求1所述的一种纳米抗紫外抗菌疏水织物的整理方法，其特征在于：所述步骤（3）中在拒水剂中整理浸渍工艺为浴比10～30:1，浸渍时间30～60min，预烘温度60～80℃，预烘时间1～3分钟，焙烘温度150℃～170℃，焙烘时间1～3分钟。