CN104790204A - 一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，它属于棉织物领域。本发明满足人们对棉织物高温吸水常温疏水的需求。本发明方法：一、将棉织物依次用去离子水、无水乙醇和去离子水超声清洗，在60℃条件下干燥0.5h～2h；二、将0.2g粒径为80nm～120nm二氧化硅溶解于10～20mL的四氢呋喃中，超声分散0.5h，随后均匀滴涂于经步骤一处理得到的棉织物上，然后放置在空气中进行干燥10min；三、将甲醇与氯仿混合按1:(2～5)的体积比配制混合溶液，将0.025g的聚己内酯溶解于5～10ml混合溶液中，随后均匀滴涂于经步骤二处理得到的棉织物上，真空干燥，即得到超疏水-亲水可逆智能转变棉织物。本发明方法制备的产品具备了高温吸水，常温防水的特性，且本发明的方法成本低，且对环境友好。

Description

一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法

技术领域

本发明属于棉织物技术领域；具体涉及一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法。

背景技术

近年来，具有特殊的界面性质的材料引起了人们的重视，其中就包括具有超疏水表面的材料。超疏水材料是指其表面与水的接触角大于150°、滚动角小于10°的材料。在自然界中，许多的植物的叶片和花瓣、昆虫的翅膀、以及鸟类的羽毛等都是天然的超疏水材料，当水滴落于其表面上时，并不会润湿其表面，而是滚落下来。正是由于非润湿性这一特征，超疏水表面在以下领域具有广泛的应用前景：超疏水表面应用于建筑材料上，可以使其具有自清洁的效果；用于湿气较重或者降雪频发地区的卫星天线上，可以有效的防止信号受到干扰；用于航空玻璃、汽车玻璃上，可以通过自清洁效应对其表面上附着的灰尘等污染物进行及时有效的清理，并且可以在雷雨时期以及寒冷气候下有效的防止表面雾气的产生，进一步预防了事故的发生；还可用于流体运输装置中，可以有效的减少流体阻力，进行无损流体运输；同样可以用于航海中，当船舶表面具有超疏水结构时，可以减少其与水之间的阻力，减少马力的提供；同样，在油水分离领域也有着重要的应用，可以轻松的实现油水分离等。

随着生活水平的提高，人们对于棉织物的各种功能也相应的有了提高。在一些特定的工作环境或者日常生活中，人们对于所穿着的棉织物有了新的要求，在高温下棉织物可以吸水，而到了正常环境中，棉织物可以疏水就是其中之一。

而且，现有超疏水棉织物的工业化量产问题依然有待解决。其中主要的问题便是经济简单、环境友好。在以往的超疏水棉织物制备方法中，经常会用到复杂的设备仪器或者含有氟等元素的物质，这些都严重的制约了超疏水棉织物的量产和普及，难以实现大面积超疏水棉织物的制备。因此，开发经济简单、环境友好且性能良好的超疏水棉织物是实现功能化棉织物实际生产的必经之路。

发明内容

为了满足人们对棉织物高温吸水常温疏水的需求，本发明提供了一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法。本发明对棉织物的表面进行了改性，赋予了其独特的超疏水-亲水智能可逆转换的表面；本发明方法制备的产品具备了高温吸水，常温防水的特性，同时保持了棉织物原有的透气性、柔韧性等特有性能；并且本发明的方法成本低，且对环境友好。

为了实现上述目的，本发明中超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将棉织物依次用去离子水、无水乙醇和去离子水超声清洗，在60～80℃条件下干燥0.5h～2h；

在60℃～80℃条件下干燥，可以使棉织物快速干燥，同时并不影响其各种特性，如透气性等。

步骤二、将0.2g粒径为80nm～120nm二氧化硅溶解于10～20mL的四氢呋喃中，超声分散0.5h，随后均匀滴涂于经步骤一处理得到的棉织物上，然后放置在空气中进行干燥10min；

步骤三、将甲醇与氯仿按1:(2～5)的体积比配制混合溶液，将0.025g的聚己内酯溶解于5～10ml混合溶液中，随后均匀滴涂于经步骤二处理得到的棉织物上，真空干燥，即得到超疏水-亲水可逆智能转变棉织物。

进一步限定，步骤二所述超声分散的工作频率为50～60KHz，功率为80％～100％，温度为25℃～30℃。

本发明的制备方法主要是通过在棉织物表面均匀的滴涂四氢呋喃溶解的二氧化硅粒子，随后在其表面滴涂甲醇及氯仿混合液溶解的聚己内酯，随后进行干燥处理后制得的。从而可以实现棉织物在特殊工作环境以及日常生活中的使用。所制备的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物成本低、透气性好、有较好的柔韧性，同时高低温亲疏可逆转变可达数百次之多。

本发明所使用非常少量的聚己内酯，得到了非常显著的效果。本发明制备的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物在常温下与水的接触角大于150°，滚动角小于10°；当温度升高到60℃～100℃时，棉织物呈现出亲水的现象，接触角为75°±2°。从而使得超疏水-亲水可逆智能转变棉织物在常温下具有良好的自清洁效果，而在高温下具有对水滴的黏附性。

本发明所采取的方法简单，省时省力，通过涂膜设备可以实现大规模的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的生产，避免了新设备的研究投入，具有重大的经济效益。

本发明采取了溶液滴涂法，只需要分别滴涂溶有二氧化硅的四氢呋喃溶液以及溶有聚己内酯的甲醇、氯仿混合溶液，即可得到超疏水-亲水可逆智能转变棉织物。整个实验的制备周期不超过24h。

本发明所使用到的药品均为市面上可以购买到的普通药品，不含有氟类化合物等价格高昂的药品，进一步降低了生产成本，且不易对环境造成污染，对环境友好。

附图说明

图1为具体实施方式一制备的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物在常温下与水的接触角照片；图2为具体实施方式一制备的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物在温度为60℃下存放两小时后与水的接触角照片；图3为未处理棉织物与水的接触角照片；图4为具体实施方式一超疏水-亲水可逆智能转变棉织物分别在常温以及60℃下存放后的水接触角变化曲线图；图5为二氧化硅粒径为250nm时制备的改性棉织物在常温下与水的接触角照片；图6为二氧化硅的溶剂为水时制备的改性棉织物在常温下与水的接触角照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将棉织物依次用去离子水、无水乙醇和去离子水超声清洗，在60℃条件下干燥0.5h～2h；

步骤二、称取0.2g粒径为100nm二氧化硅溶解于10ml的四氢呋喃中，在超声分散的工作频率为50KHz，功率为100％，温度为25℃条件下超声分散0.5h，随后均匀滴涂于经步骤一处理得到的棉织物上，将棉织物放在空气中进行干燥10min；

步骤三、称取0.025g的聚己内酯，将其溶解于5ml的甲醇与氯仿混合溶液中，甲醇与氯仿的体积比例为1:3，随后均匀滴涂于经步骤二处理得到的棉织物上，将棉织物于真空干燥箱，常温(即25℃)下抽真空到-0.8kPa后进行干燥24h，即得到超疏水-亲水可逆智能转变棉织物。

本实施方式步骤所述二氧化硅的制备方法：取90ml无水乙醇、10ml去离子水以及10ml正硅酸乙酯，将其进行磁力搅拌混合30分钟，随后滴加1ml的氨水，磁力搅拌2h后静置12h，离心分离，弃去上层清液，将固体部分使用无水乙醇进行清洗，并再次离心，留下固体，清洗过程重复3次，将得到的固体在60℃下烘干12h，研磨，粒径均匀，粒径为100nm；通过上述方法得到的二氧化硅粒径均一，方法简单，是二氧化硅制备中最为经典的方案。在生产实际中有着非常广泛的应用。同时，该方法只需要通过控制氨水的用量就可以简单的控制得到的二氧化硅的粒径，简单，方便。

本实施方式制备的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物在常温下与水的接触角大于150°(见图1)，滚动角小于10°；当温度升高到60℃时，棉织物呈现出亲水的现象(见图2)，接触角为77°。

如图4所示，在常温与高温下反复试验10次，水接触角均表明润湿性能发生了巨大变化，在超疏水和超亲水性能之间进行了可调性转换。

采用下述实验验证发明效果：

1、不同粒径二氧化硅对接触角的影响

仅步骤二采用的二氧化硅溶质粒径不同，其他反应条件和参数与具体实施方式一相同，结果见表1：

表1：不同粒径二氧化硅对接触角的影响

由表1可知，使用100nm二氧化硅制备得到的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物具有超疏水性能。

2、采用不同溶剂分散二氧化硅对接触角的影响

对比仅使用水替换四氢呋喃时二氧化硅分散水中，其他反应条件和参数与具体实施方式一相同，使用水替换四氢呋喃时二氧化硅分散于水中，结果见表2：

表2：用不同试剂溶解(或分散)二氧化硅对接触角的影响

溶剂	四氢呋喃	水
			常温(25℃)下与水的接触角	156°	25°

由表2可知，采用四氢呋喃作为二氧化硅溶剂，制备得到的超疏水-亲水可逆智能转变棉织物具有超疏水性能。

3、不同聚己内酯用量对接触角的影响

仅仅在于聚己内酯的用量不同，其它反应条件和参数与具体实施方式一相同，结果见表3：

表3:不同聚己内酯的用量对接触角影响

由表3可知，0.025g聚己内酯已经可以使棉织物表面的接触角达到156°，固含量再增加已无任何意义，同时含量继续增加还会使得接触角变小，也是对药品的浪费。

Claims (6)

1.一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法是按下述步骤进行的

步骤一、将棉织物依次用去离子水、无水乙醇和去离子水超声清洗，在60～80℃条件下干燥0.5h～2h；

步骤二、将0.2g粒径为100nm二氧化硅溶解于10～20mL的四氢呋喃中，超声分散0.5h，随后均匀滴涂于经步骤一处理得到的棉织物上，然后放置在空气中进行干燥10min；

步骤三、将甲醇与氯仿按1:(2～5)的体积比配制混合溶液，将0.025g的聚己内酯溶解于5～10ml混合溶液中，随后均匀滴涂于经步骤二处理得到的棉织物上，真空干燥，即得到超疏水-亲水可逆智能转变棉织物。

2.根据权利要求1所述的一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于步骤二所述超声分散的工作频率为50～60KHz，功率为80％～100％，温度为25℃～30℃。

3.根据权利要求1所述的一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于所述二氧化硅的制备方法是通过下述操作完成的：取90ml无水乙醇、10ml去离子水以及10ml正硅酸乙酯，将其进行磁力搅拌混合30分钟，随后滴加1ml的氨水，磁力搅拌2h后静置12h～24h，离心分离，弃去上层清液，将固体部分使用无水乙醇进行清洗，并再次离心，留下固体，清洗过程重复3-4次，将得到的固体在60℃下烘干12h，研磨。

4.根据权利要求1所述的一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于步骤二中将0.2g粒径为100nm二氧化硅溶解于10mL的四氢呋喃中。

5.根据权利要求1所述的一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于步骤三中将甲醇与氯仿按1:3的体积比配制混合溶液。

6.根据权利要求1所述的一种超疏水-亲水可逆智能转变棉织物的制备方法，其特征在于步骤三真空干燥箱中，常温下抽真空到-0.8kPa后进行干燥24h。