CN102358067A - 一种超疏水纺织品及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超疏水纺织品及其加工方法。这种超疏水纺织品是由普通纺织品及复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的；所述的纳米纤维功能层，其特征是它是由表面具有纳米沟槽或多孔结构中的一种或两种超疏水结构且掺杂有占其质量百分比含量1～30％、直径分布范围为30～1000纳米的聚合物纳米纤维构成的，其厚度为1～500微米；所述的超疏水纺织品其普通纺织品及纳米纤维功能层是通过热压、热熔或胶水复合中的一种复合工艺复合而成的。

Description

一种超疏水纺织品及其加工方法

技术领域

本发明属于纺织领域。它涉及一种超疏水纺织品及其加工方法，尤其是一种通过超疏水纳米纤维功能层复合获得的超疏水纺织品及其加工方法。

背景技术

由于其本身的多孔性，加上纤维与纤维之间的空隙，在纤维与纤维之间存在着许多“毛细管”，织物很容易被液体湿润。随着生产和生活水平的提高，人们对织物各种功能的要求越来越高。在一些特殊的生产部门和日常生活中，人们对不同场合的织物就有了不同的要求，防水、防油就是其中的一种。越来越多的纺织品如服装面料、无纺布、装饰用纺织品、地毯、产业用纺织品都对拒水、拒油、防污、易去污、阻燃等一种或多种功能性整理提出了要求。

纳米技术应用于织物拒水拒油整理是基于“荷叶效应”(Lotus-effect)超疏水结构原理。纳米材料高度分散在纱线之间、纤维之间和纤维表面，它们与粘合剂等在纤维表面呈凹凸有致的排列，在纳米尺寸的凹槽里，形成纳米尺寸的空气薄膜，大大提高了织物表面的疏水性，使水和沾污物无法直接渗入纤维，阻止了油污的进一步渗透，织物因而具有了拒水、拒油和防污性能，同时使处理过后的面料具有“荷叶”一般保持原面料的透气性等特色。

利用纳米材料对织物的拒水拒油整理通常是采用适宜的超疏水性纳米粒子特种功能母液，对纤维表面进行浸轧处理和定型处理，通过粘合剂的作用与纤维结合，使面料的纤维表面生成稳定耐久的具有超强拒水、拒油、防污功能特性的超疏水纳米层级聚合物。但是由于这种整理是通过对织物表面进行浸轧处理和定型处理，利用粘合剂的作用使功能材料与纤维结合，导致了这种处理的不具有耐久性，且对织物的手感及服用性能也会造成不利影响。

通过静电纺丝技术制备超疏水结构的纳米纤维也是目前仿生“荷叶效应”的研究热点之一。江雷等通过一种简单的电纺技术，将溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中的聚苯乙烯(PS)制备成具有多孔微球与纳米纤维复合结构的类荷叶表面的超疏水薄膜(PMNCF)【JiangL，Zhao Y，Zhai J.A lotus-leaf-like superhydrophobic surface：Aporous microsphere/nanofiber composite film prepared byelectrohydro-dynamics.Angewandte Chemie-InternationalEdition，2004，43(33)：4338-4341】。Anurima等采用静电纺丝技术，以含氟聚合物为原料，通过控制液的浓度，获得直径在80nm到1.4μm之间的纤维，这些纤维都显示出良好的疏水性。Steckl等以聚己内酰胺(PCL)为芯、聚四氟乙烯(Teflon AF)为皮，通过皮芯静电纺丝技术制备的纤维膜具有超疏水性和疏油性。静电纺丝技术产生的表面粗糙结构与低表面能物质Teflon AF的共同作用，使其表面与水的接触角可达158°，滚动角约为5°；表面与油的接触角为130°【Han，D.and Steckl，A.J.，Superhydrophobic and oleophobic fibers by coaxialelectrospinning.Langmuir，2009.25(16)：9454-9462】。Rutledge的研究小组先通过电纺得到粗糙的聚己内酯表面，然后在表面沉积一层薄层低表面能的甲基丙烯酸全氟辛基乙酯，得到的表面CA可高达175°且滞后很小【Ma，M.，Mao，Y.，Gupta，M.，Gleason，K.K.，and Rutledge，G.C.，Superhydrophobic fabrics produced by electrospinning and chemicalvapor deposition.Macromolecules，2005.38(23)：9742-9748】。但是，这些明显只是限于纳米纤维的结构设计，并未能扩展到普通纺织品的超疏水整理方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种超疏水纺织品及其加工方法，尤其是一种通过超疏水纳米纤维功能层复合获得的超疏水纺织品及其加工方法。这种超疏水纺织品表面具有纳米纤维的仿荷叶纳米疏水结构，因而具有与荷叶类似的持久性的拒水、拒油、拒污功能，且其服用性能不会受到影响。这种通过功能性超疏水纳米纤维层复合获得超疏水性能的纺织品其加工方法简单高效、经济易行，发展前景极好。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种超疏水纺织品，其特征是由普通纺织品及复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的；所述的纳米纤维功能层，其特征是它是由表面具有纳米沟槽或多孔结构中的一种或两种超疏水结构且掺杂有占其质量百分比含量1～30％、且平均直径为30～1000纳米的聚合物纳米纤维构成的，其厚度为1～500微米。

本发明所述的纳米纤维功能层所选用的超疏水纳米颗粒为氟化单体、聚硅氧烷、氟带烷基硅烷、含氟烷基硅烷、全氟烷基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、碳纳米管中的一种或多种，其平均直径为5～800纳米。

本发明所述的纳米纤维功能层所选用的聚合物材料为纺丝级的聚酯、聚丙烯、聚乙烯、氟聚物及其共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚氧化乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡胶、聚丙烯腈、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)、聚苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN或AS树脂)、纤维素、纤维素衍生物、动植物蛋白质中的一种或两种。

本发明所述的超疏水纺织品其普通纺织品及纳米纤维功能层的复合工艺为热压复合、热熔复合或胶水复合中的一种。

本发明的另一个目的是提供该超疏水纺织品的一种加工方法，其步骤如下：

(1)将聚合物溶解到其相应溶剂中配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物纺丝液；

(2)将相对于聚合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物纺丝液；

将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到表面具有沟槽或多孔超疏水结构且掺杂有超疏水纳米颗粒的超疏水纳米纤维功能层；

将步骤(3)中收集得到的超疏水纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，并进行复合，得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

本发明提供的该超疏水纺织品的第二种加工方法，其步骤如下：

(1)将质量比为20∶1～1∶20两种聚合物溶解到其共同溶剂中，配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物混合纺丝液；

(2)将相对于聚合物混合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的双组分复合纳米纤维层；

(4)将步骤(3)中收集得到的连续双组分复合纳米纤维层浸入两种聚合物中其中一种聚合物的单独溶剂中，将该聚合物溶解掉，并进行清洗，得到表面具有沟槽或多孔超疏水结构且掺杂有超疏水纳米颗粒的剩下一种聚合物的超疏水纳米纤维功能层；

(5)将步骤(4)中得到的超疏水纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，并进行复合，得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

本发明提供的该超疏水纺织品的第三种加工方法，其步骤如下：

(1)将质量比为20∶1～1∶20两种聚合物溶解到其共同溶剂中，配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物混合纺丝液；

(2)将相对于聚合物混合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的双组分复合纳米纤维层；

(4)将步骤(3)中制备的双组分复合纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，加热至两种聚合物中其中一种具有较低熔点的聚合物的热熔温度，利用该聚合物的熔融体将复合纳米纤维层粘结到纺织品表面，并在另一种聚合物纤维表面形成沟槽或多孔超疏水结构，从而得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的双组分复合纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

步骤(1)中所选用聚合物的溶剂为乙酸乙酯、对二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲胺基甲酰胺、三氯甲烷、浓硫酸、六氟异丙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、矿物油、甲酸、水中的一种或两种的混合溶剂。

步骤(2)中所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基硫酸钠、曲拉通X-100、曲拉通X-405、十二烷基三甲基溴化铵、吐温-85、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚醚、曲拉通X-200中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种超疏水纺织品，复合了表面具有纳米沟槽或多孔结构中的一种或两种超疏水结构且掺杂有超疏水纳米颗粒的超疏水纳米纤维功能层，因而获得了具有“荷叶效应”的超疏水性能，且由于纤维的超细直径使纳米纤维层的复合不会影响织物服用性能，具有持久性。这种通过功能性纳米纤维复合获得超疏水功能的纺织品其加工方法简单高效、经济易行、发展前景极好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，应理解，这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明奖授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种超疏水纺织品，其特征是由普通涤纶织物及其复合在其表面的具有超疏水沟槽结构且掺杂有占其质量百分比含量15％的超疏水纳米颗粒、直径分布范围为50～150的聚苯乙烯超疏水纳米纤维构成的，厚度为10微米的聚苯乙烯超疏水纳米纤维功能层所组成的。

所述的超疏水纳米颗粒为二氧化硅，其平均直径为20纳米。

所选用的聚合物溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。

所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

该超疏水纺织品的加工方法，其步骤如下：

(1)将聚苯乙烯溶解到其相应溶剂N，N-二甲基甲酰胺中配制质量百分比浓度为10％的聚苯乙烯纺丝液；

(2)将相对于聚合物质量百分比含量为15％的二氧化硅超疏水纳米颗粒和0.02％的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠添加到步骤(1)中配制的聚合物纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚苯乙烯纺丝液；

将步骤(2)制备的含有二氧化硅超疏水纳米颗粒的聚苯乙烯纺丝液转移至捷克爱勒马可公司生产的“纳米蜘蛛”静电纺丝仪的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到表面具有超疏水沟槽结构且掺杂有二氧化硅超疏水纳米颗粒的超疏水聚苯乙烯纳米纤维功能层；

将步骤(3)中收集得到的超疏水聚苯乙烯纳米纤维功能层均匀平铺到普通涤纶织物表面，并进行热压复合，得到一种由普通涤纶织物及其复合在其表面的具有超疏水沟槽结构的聚苯乙烯纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

实施例2

一种超疏水纺织品，其特征是由普通涤棉混纺织物及其复合在其表面的具有超疏水多孔结构且掺杂有占其质量百分比含量5％的超疏水纳米颗粒、直径分布范围为500～1000的聚氟乙烯超疏水纳米纤维组成的，厚度为100微米的聚四氟乙烯超疏水纳米纤维功能层所组成的。

所述的聚四氟乙烯超疏水纳米颗粒，其平均直径为100～150纳米。

所选用的聚合物为聚氟乙烯和聚酰胺的混合物，其质量比为2∶1。

所选用的共同溶剂为二甲胺基甲酰胺。

所述的表面活性剂为曲拉通X-200。

所选用的聚酰胺的单一溶剂为甲酸。

该超疏水纺织品的加工方法，其步骤如下：

(1)将质量比为2∶1聚氟乙烯和聚酰胺的混合物溶解到其共同溶剂二甲胺基甲酰胺中，配制质量百分比浓度为20％的聚氟乙烯/聚酰胺混合纺丝液；

(2)将相对于聚合物混合物质量百分比含量为5％的超疏水聚四氟乙烯纳米颗粒和0.05％的曲拉通X-200添加到步骤(1)中配制的聚氟乙烯/聚酰胺混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有聚四氟乙烯疏水性功能颗粒的聚氟乙烯/聚酰胺的混合纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有聚四氟乙烯超疏水纳米颗粒的聚氟乙烯/聚酰胺的混合纺丝液转移至捷克爱勒马可公司生产的“纳米蜘蛛”静电纺丝仪的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的含有聚四氟乙烯超疏水纳米颗粒的聚氟乙烯/聚酰胺复合纳米纤维层；

(4)将步骤(3)中收集得到的连续的含有聚四氟乙烯超疏水纳米颗粒的聚氟乙烯/聚酰胺复合纳米纤维层浸入聚酰胺的单独溶剂甲酸中，将聚酰胺溶解掉，并进行清洗，得到具有多孔超疏水结构且掺杂有聚四氟乙烯超疏水纳米颗粒的聚氟乙烯超疏水纳米纤维功能层；

(5)将步骤(4)中得到的聚氟乙烯超疏水纳米纤维功能层均匀平铺到普通涤棉混纺织物表面，并进行胶水复合，得到一种由普通涤棉混纺织物及其复合在其表面的具有多孔超疏水结构的超疏水聚氟乙烯纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

实施例3

一种超疏水纺织品，其特征是由普通涤麻混纺织物及其复合在其表面的具有超疏水沟槽和多孔结构且掺杂有质量百分比含量为25％的超疏水三氧化二铝纳米颗粒、直径分布范围为750～1200纳米的聚合物纳米纤维构成的，厚度为300微米的聚乙烯/聚苯乙烯双组分纳米纤维功能层组成的。

所选用的聚合物材料为聚乙烯和聚苯乙烯的混合物，其质量比为1∶3。

所述的三氧化二铝超疏水纳米颗粒，其平均直径为100～150纳米。

所选用的聚合物的共同溶剂为三氯甲烷。

所述的表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵。

该超疏水纺织品的加工方法，其步骤如下：

将质量比为1∶3聚乙烯和聚苯乙烯的混合物溶解到其共同溶剂三氯甲烷中配制质量百分比浓度为25％聚乙烯/聚苯乙烯混合纺丝液；

将相对于聚合物混合物质量百分比含量为25％的三氧化二铝超疏水纳米颗粒和1％的表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵添加到步骤(1)中配制的聚乙烯/聚苯乙烯混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水三氧化二铝纳米颗粒的聚乙烯/聚苯乙烯混合纺丝液；

将步骤(2)制备的含有超疏水三氧化二铝纳米颗粒的聚乙烯/聚苯乙烯混合纺丝液转移至捷克爱勒马可公司生产的“纳米蜘蛛”静电纺丝仪的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的含有超疏水三氧化二铝纳米颗粒的聚乙烯/聚苯乙烯复合纳米纤维层；

将步骤(3)中得到的连续的含有超疏水三氧化二铝纳米颗粒的聚乙烯/聚苯乙烯复合纳米纤维层均匀平铺到普通涤麻混纺织物表面，加热至聚苯乙烯的热熔温度80℃，利用聚苯乙烯的熔融体将复合纳米纤维层粘结到涤麻混纺织物表面并在聚乙烯纤维表面形成超疏水沟槽和多孔结构，从而得到一种由普通涤麻混纺织物及其复合在其表面且掺杂有超疏水三氧化二铝纳米颗粒的具有超疏水沟槽和多孔结构的聚乙烯/聚苯乙烯复合纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

Claims (7)

1.一种超疏水纺织品，其特征是由普通纺织品及复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的；所述的纳米纤维功能层，其特征是它是由表面具有纳米沟槽或多孔结构中的一种或两种超疏水结构且掺杂有占其质量百分比含量1～30％、且平均直径为30～1000纳米的聚合物纳米纤维构成的，其厚度为1～500微米。

2.根据权利要求1所述的一种超疏水纺织品，其特征在于：其纳米纤维功能层所选用的超疏水纳米颗粒为氟化单体、聚硅氧烷、氟带烷基硅烷、含氟烷基硅烷、全氟烷基硅烷、二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、碳纳米管中的一种或多种，其平均直径为5～800纳米。

3.根据权利要求1所述的一种超疏水纺织品，其特征在于：其纳米纤维功能层所选用的聚合物材料为纺丝级聚酯、聚丙烯、聚乙烯、氟聚物、氟聚物的共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚氧化乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、橡胶、聚丙烯腈、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)、聚苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN或AS树脂)、纤维素、纤维素衍生物、动植物蛋白质中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种超疏水纺织品，其特征在于：其普通纺织品与纳米纤维功能层的复合工艺为热压复合、热熔复合或胶水复合中的一种。

5.根据权利要求1或4所述的一种超疏水纺织品，其加工方法具体步骤如下：

(1)将聚合物溶解到其相应溶剂中配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物纺丝液；

(2)将相对于聚合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到表面具有沟槽或多孔超疏水结构且掺杂有超疏水纳米颗粒的超疏水纳米纤维功能层；

(4)将步骤(3)中收集得到的超疏水纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，并进行复合，得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

6.根据权利要求1或4所述的一种超疏水纺织品，其第二种加工方法具体步骤如下：

(1)将质量比为20∶1～1∶20两种聚合物溶解到其共同溶剂中，配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物混合纺丝液；

(2)将相对于聚合物混合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的双组分复合纳米纤维层；

(4)将步骤(3)中收集得到的连续双组分复合纳米纤维层浸入两种聚合物中其中一种聚合物的单独溶剂中，将该聚合物溶解掉，并进行清洗，得到表面具有沟槽或多孔超疏水结构且掺杂有超疏水纳米颗粒的剩下一种聚合物的超疏水纳米纤维功能层；

(5)将步骤(4)中得到的超疏水纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，并进行复合，得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。

7.根据权利要求1或4所述的一种超疏水纺织品，其第三种加工方法具体步骤如下：

(1)将质量比为20∶1～1∶20两种聚合物溶解到其共同溶剂中，配制质量百分比浓度为0.5～45％的聚合物混合纺丝液；

(2)将相对于聚合物混合物质量百分比含量为1～30％的超疏水纳米颗粒和0.01～1％的表面活性剂添加到步骤(1)中配制的聚合物混合纺丝液，并进行超声波分散，获得含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液；

(3)将步骤(2)制备的含有超疏水纳米颗粒的聚合物混合纺丝液转移至静电纺丝仪器的溶液储存容器中，进行静电纺丝，并收集得到连续的双组分复合纳米纤维层；

(4)将步骤(3)中制备的双组分复合纳米纤维功能层均匀平铺到普通纺织品表面，加热至两种聚合物中其中一种具有较低熔点的聚合物的热熔温度，利用该聚合物的熔融体将复合纳米纤维层粘结到纺织品表面，并在另一种聚合物纤维表面形成沟槽或多孔超疏水结构，从而得到一种由普通纺织品及其复合在其表面的具有超疏水结构的双组分复合纳米纤维功能层组成的超疏水纺织品。