CN103614915B - 一种超疏水天然纤维织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水天然纤维织物及其制备方法。在天然纤维织物的两面涂有一层超疏水涂层。其制备方法包括：将基体织物清洗干净，烘干，剪切成所需尺寸；制备碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；将基体织物在碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡，去离子水和乙醇清洗，真空干燥，部分固化，自然冷却至常温，重复本过程至所需次数。本发明操作工艺简单，无需对天然纤维织物进行复杂的化学处理和昂贵的仪器设备；通过简单地调节碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中两种组分的浓度，以及浸泡次数，即可得到不同超疏水性能的天然纤维织物；所得超疏水天然纤维织物具有很好的耐酸碱和有机溶剂性能，在军工和户外等领域具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种超疏水材料及其制备方法，尤其涉及一种超疏水天然纤维织物及其制备方法。
背景技术
一般而言，超疏水材料具有优异的自清洁能力，一滴水可以非常容易地从其表面滚下，进而冲洗掉表面的灰尘和污渍。近几年，这种功能性材料受到了广泛的关注。研究发现，低的表面能和特殊的表面粗糙度是实现超疏水性能的两个必要条件。随后，许多具有自清洁能力的超疏水材料相继得到报道。
尽管许多基础研究已经成功地在坚硬的固体表面（比如常用的硅片、玻璃片和金属表面等）形成超疏水涂层，但是这些基体从一定程度上限制了其大规模的生产应用。近期，织物表面超疏水涂层的制备引起了广泛兴趣。比如，Seeger, S.等采用气相喷涂工艺将聚甲基硅倍半氧烷(POSS)纳米线生长于织物表面，处理后样品在保持原有力学性能的条件下取得了超疏水能力(Zimmermann, J.; Reifler, F. A.; Fortunato, G.;
Gerhardt, L.-C.; Seeger, S. Advanced Functional Materials 2008, 18,
3662.)。Lin,
T.等采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟化烷基硅烷(fluorinated alkyl silane, FAS) 和FAS修饰的二氧化硅纳米粒子等，通过浸涂、固化的方法在聚酯织物表面制备了超疏水涂层(Zhou, H.; Wang, H.;
Niu, H.; Gestos, A.; Wang, X.; Lin, T. Advanced Materials 2012, 24,
2409.)。尽管目前文献报道的方法取得了很好的超疏水效果，然而这些方法大多需要复杂的化学处理工艺或昂贵的仪器设备。因此，如何采用简单有效的方法制备超疏水材料已经成为该领域的重要研究课题。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超疏水天然纤维织物及其制备方法。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一、一种超疏水天然纤维织物：
在天然纤维织物的两面涂有一层超疏水涂层；所述天然纤维织物是棉和麻类植物纤维织物；所述超疏水涂层是指由碳纳米管和苯并噁嗪树脂构成的多层多孔网状结构。
所述苯并噁嗪树脂，是含有3,4-二氢-3-取代基-2H-1,3-苯并噁嗪结构的苯并噁嗪树脂单体经加热固化交联而成的聚合物。
所述多层多孔网状结构，是由侧壁吸附有苯并噁嗪树脂的碳纳米管任意取向且多层堆叠而成的。
二、一种超疏水天然纤维织物的制备方法，包括以下步骤：：
1）用洗涤剂将天然纤维织物在去离子水中清洗干净，烘干，然后剪切成所需尺寸；
2）将干的碳纳米管粉末在有机溶剂中超声1~24h至分散均匀，形成浓度为0.5~1.5mg/mL的悬浮液；加入苯并噁嗪树脂单体粉末，将其浓度调整为1~10mg/mL，继续超声1~24h，形成碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；
3）将步骤1）中剪切好的基体织物在步骤2）中形成的碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡5~30min，去离子水清洗3次，乙醇清洗1次；50℃下真空干燥0.5~2h，80℃下鼓风烘箱中加热5~30min；130~190℃下鼓风烘箱中加热固化5~30min，自然冷却至常温；重复本步骤5~30次，直到所需次数为止。
步骤2）中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二氧六环或乙酸乙酯。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：：
本发明操作工艺简单，无需对天然纤维织物进行复杂的化学处理，无需昂贵的仪器设备；通过简单地调节碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中两种组分的浓度，以及浸泡次数，即可得到不同超疏水性能的天然纤维织物；所得超疏水天然纤维织物具有很好的耐酸碱和有机溶剂性能，在军工和户外等领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1 是本发明超疏水天然纤维织物结构示意图。
图2是实施例1制备的超疏水苎麻纤维织物表面形貌扫描电镜照片。
图中：1、天然纤维织物，2、超疏水涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，在天然纤维织物1的两面涂有一层超疏水涂层2；所述天然纤维织物是棉和麻类植物纤维织物；所述超疏水涂层2是指由碳纳米管和苯并噁嗪树脂构成的多层多孔网状结构。
所述苯并噁嗪树脂，是含有3,4-二氢-3-取代基-2H-1,3-苯并噁嗪结构的苯并噁嗪树脂单体经加热固化交联而成的聚合物。
所述多层多孔网状结构，是由侧壁吸附有苯并噁嗪树脂的碳纳米管任意取向且多层堆叠而成的。
实施例
1
：
1）用洗涤剂将苎麻纤维织物在去离子水中清洗干净，烘干，然后剪切成50mm×200mm大小的布条；
2）将干的碳纳米管粉末在N,N-二甲基甲酰胺中超声1h至分散均匀，形成浓度为1mg/mL的悬浮液；加入苯并噁嗪树脂单体粉末，将其浓度调整为1mg/mL，继续超声1h，形成碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；
3）将清洗干净的苎麻纤维织物布条在碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡10min，去离子水清洗3次，乙醇清洗1次；50℃下真空干燥0.5h，80℃下鼓风烘箱中加热30min；160℃下鼓风烘箱中加热10min，自然冷却至常温；重复本过程20次，得到目标样品。
测试结果表明，处理后苎麻纤维织物表面与水的静态接触角为152±2°。图1是超疏水天然纤维织物结构示意图，图2是超疏水苎麻纤维织物的表面形貌扫描电镜照片。
实施例
2
：
1）用洗涤剂将棉纤维织物在去离子水中清洗干净，烘干，然后剪切成50mm×200mm大小的布条；
2）将干的碳纳米管粉末在四氢呋喃中超声24h至分散均匀，形成浓度为1.5mg/mL的悬浮液；加入苯并噁嗪树脂单体粉末，将其浓度调整为5mg/mL，继续超声24h，形成碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；
3）将清洗干净的苎麻纤维织物布条在碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡30min，去离子水清洗3次，乙醇清洗1次；50℃下真空干燥1h，80℃下鼓风烘箱中加热15min；190℃下鼓风烘箱中加热5min，自然冷却至常温；重复本过程5次，得到目标样品。
测试结果表明，处理后苎麻纤维织物表面与水的静态接触角为151±1°。
实施例
3
：
1）用洗涤剂将苎麻纤维织物在去离子水中清洗干净，烘干，然后剪切成50mm×200mm大小的布条；
2）将干的碳纳米管粉末在丙酮中超声12h至分散均匀，形成浓度为0.5mg/mL的悬浮液；加入苯并噁嗪树脂单体粉末，将其浓度调整为10mg/mL，继续超声12h，形成碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；
3）将清洗干净的苎麻纤维织物布条在碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡5min，去离子水清洗3次，乙醇清洗1次；50℃下真空干燥2h，80℃下鼓风烘箱中加热5min；130℃下鼓风烘箱中加热30min，自然冷却至常温；重复本过程30次，得到目标样品。
测试结果表明，处理后苎麻纤维织物表面与水的静态接触角为152±2°。
上述实施例仅用来解释本发明，而不是限制本发明的保护范围。在本发明的精神实质和权利要求保护范围内做出的任何等效变化或修饰，都视为在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种超疏水天然纤维织物的制备方法，在天然纤维织物的两面涂有一层超疏水涂层；所述天然纤维织物是棉和麻类植物纤维织物；所述超疏水涂层是指由碳纳米管和苯并噁嗪树脂构成的多层多孔网状结构；其特征在于，该织物的制备方法，包括以下步骤：
1）用洗涤剂将天然纤维织物在去离子水中清洗干净，烘干，然后剪切成所需尺寸；
2）将干的碳纳米管粉末在有机溶剂中超声1~24h至分散均匀，形成浓度为0.5~1.5mg/mL的悬浮液；加入苯并噁嗪树脂单体粉末，将其浓度调整为1~10mg/mL，继续超声1~24h，形成碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体的混合液；
3）将步骤1）中剪切好的基体织物在步骤2）中形成的碳纳米管和苯并噁嗪树脂单体混合液中浸泡5~30min，去离子水清洗3次，乙醇清洗1次；50℃下真空干燥0.5~2h，80℃下鼓风烘箱中加热5~30min；130~190℃下鼓风烘箱中加热固化5~30min，自然冷却至常温；重复本步骤5~30次，直到所需次数为止。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水天然纤维织物的制备方法，其特征在于：所述苯并噁嗪树脂，是含有3,4-二氢-3-取代基-2H-1,3-苯并噁嗪结构的苯并噁嗪树脂单体经加热固化交联而成的聚合物。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水天然纤维织物的制备方法，其特征在于：所述多层多孔网状结构，是由侧壁吸附有苯并噁嗪树脂的碳纳米管任意取向且多层堆叠而成的。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水天然纤维织物的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、二氧六环或乙酸乙酯。
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