CN104988737A - 一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备的超疏水纺织品及其制备方法 - Google Patents

一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备的超疏水纺织品及其制备方法 Download PDF

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薛朝华
姬雪青
张静
贾顺田
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Abstract

本发明提供了一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，将涤纶纤维织物依次浸泡在不同的缓冲溶液中，多巴胺聚合产生的纳米颗粒沉积到粘附有聚多巴胺的纤维表面，最后采用低表面能改性剂处理纤维获得超疏水纺织品；所述缓冲溶液至少包括两种不同的缓冲溶液，分别为多巴胺的磷酸盐缓冲溶液和多巴胺的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。本发明利用多巴胺在不同的缓冲溶液体系中聚合产生的聚多巴胺纳米粒子大小不同的特点，仅依靠多巴胺的自氧化聚合粘附、沉积于纤维表面构成超疏水表面所需的粗糙结构，经低表面能处理后即可制备超疏水表面。反应过程简单，条件温和。该方法制备的超疏水表面的水滴接触角大于150°。

Description

一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备的超疏水纺织品及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种功能化纺织品的制备方法，特别涉及一种纤维表面仿生聚合改性纤维制备的超疏水纺织品及其制备方法。
【背景技术】
表面改性技术对于材料的应用具有重大意义，而仿生技术在近年来更激起了人们极大的兴趣。仿生制备具有“荷叶效应”的超疏水表面是其中较为典型的一个例子，制备超疏水表面需要兼具适当的粗糙结构和材料表面的低表面能特性。为了构造适当的粗糙结构，各种各样的方法被加以提出和应用，包括物理、化学刻蚀法，模板法，溶胶-凝胶法，粒子改性法等等，但这些方法有的操作复杂，采用有毒溶剂，或者使用设备昂贵，极大地限制了超疏水表面的实际应用。
海洋贻贝在湿润的环境下能够牢固地粘附在不同的基质表面上，基于此，只需简单地将基质浸没在含有多巴胺的水溶液中就可以实现基质的表面包覆。多巴胺在有氧环境下可以发生氧化聚合产生聚多巴胺纳米粒子，粒子沉积在基质表面上能够增强纤维表面的粗糙结构。
采用经济、简单、环保的工艺制备超疏水表面是长久存在的一个难题，鉴于此，本专利提出通过仿生贻贝的粘附作用和仿生荷叶效应来制备出超疏水纺织品。
【发明内容】
本发明的目的是建立一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备的超疏水纺织品及其方法，该法反应条件温和，实验过程简单环保，制备的超疏水纺织品具有一定的耐用性。
本发明采用以下技术方案：
一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，将涤纶纤维织物依次浸泡在不同的缓冲溶液中，多巴胺聚合产生的纳米颗粒沉积到纤维表面，最后采用低表面能改性剂处理纤维获得超疏水纺织品；所述缓冲溶液至少包括两种不同的缓冲溶液，分别为磷酸盐缓冲溶液和三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。
所述两种缓冲溶液分别位于密闭容器中。
所述低表面能改性剂为全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液。
所述多巴胺的浓度为1～5mg/mL。
所述磷酸盐缓冲溶液的pH为8.5。
所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH为8.5。
采用低表面能改性剂处理纤维的方法为：将纤维浸泡在低表面能改性剂的溶液中，静置15min后取出，80℃烘15min，170℃焙烘5min。
所述织物在采用低表面能改性剂处理之前，首先将织物放置在过量的无水乙醇溶液中进行超声漂洗，除去纤维表面沉积的松散的聚多巴胺纳米粒子，烘干后再采用低表面能改性剂处理。
一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品，所制备的纺织品对水的接触角为：153.9°～160.26°。
本发明的积极进步效果在于：本发明利用多巴胺在不同的缓冲溶液体系中聚合产生的聚多巴胺纳米粒子大小不同的特点，仅依靠多巴胺的自氧化聚合粘附、沉积于纤维表面构成超疏水表面所需的粗糙结构，经低表面能处理后即可制备超疏水表面。反应过程简单，条件温和。该方法制备的超疏水表面的水滴接触角大于150°。
【具体实施方式】
本发明中，首先在新鲜的PBS缓冲溶液中，多巴胺发生聚合并粘附于涤纶纤维表面，然后在新配制的Tris缓冲溶液中，多巴胺聚合产生的纳米颗粒沉积到粘附有聚多巴胺的纤维表面，最后采用低表面能改性剂处理纤维获得超疏水纺织品。
本发明中采用不同的缓冲溶液的基础在于：多巴胺在PBS及Tris缓冲体系中聚合产生的聚多巴胺纳米粒子的大小不同，纳米粒子堆积在纤维表面并结合纤维本身构成了超疏水表面需要的微纳粗糙结构。该方法反应条件温和，经济环保，可拓展到不同的基质表面。
本发明的技术方案为：
首先，将涤纶纤维织物浸没在多巴胺的磷酸盐(PBS)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应4h；然后，将织物取出并放入多巴胺的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应5h；最后，采用质量分数为1％的全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液对多巴胺改性的纺织品进行疏水化处理，获得既仿生多巴胺粘附又仿生荷叶微观结构的超疏水纺织品。
所述的多巴胺的浓度为1-5mg/mL；所述的磷酸盐(PBS)缓冲溶液为pH为8.5的标准溶液；所述的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液时pH为8.5的标准溶液；
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不受其限制。
实施例1
首先，将涤纶纤维织物浸没在盛有多巴胺浓度为1mg/mL的磷酸盐(PBS)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应4h；然后，将织物取出并放入盛有多巴胺浓度为1mg/mL的10mM的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应5h后，将纺织品在过量无水乙醇溶液中超声30min除去纤维表面沉积的松散的聚多巴胺纳米粒子，80℃下烘干；最后，将涤纶纺织品浸没在溶解了质量分数为1％的全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液中，静置15min后取出，80℃烘15min，170℃焙烘5min。获得的涤纶纺织品表面的接触角为156.58°±1.16°。
实施例2
首先，将涤纶纤维织物浸没在盛有多巴胺浓度为2mg/mL的磷酸盐(PBS)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应4h；然后，将织物取出并放入盛有多巴胺浓度为2mg/mL的10mM的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应5h后，将纺织品在过量无水乙醇溶液中超声30min除去纤维表面沉积的松散的聚多巴胺纳米粒子，80℃下烘干；最后，将涤纶纺织品浸没在1％的全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液中，静置15min后取出，80℃烘15min，170℃焙烘5min。获得的涤纶纺织品表面的接触角为160.26°±1.12°。
实施例3
首先，将涤纶纤维织物浸没在盛有多巴胺浓度为5mg/mL的磷酸盐(PBS)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应4h；然后，将织物取出并放入盛有多巴胺浓度为5mg/mL的10mM的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液的密闭容器中，在40℃下反应5h后，将纺织品在过量无水乙醇溶液中超声30min除去纤维表面沉积的聚多巴胺纳米粒子，80℃下烘干；最后，将涤纶纺织品浸没在1％的全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液中，静置15min后取出，80℃烘15min，170℃焙烘5min。获得的涤纶纺织品表面的接触角为153.90°±1.77°。
本发明利用多巴胺在不同的缓冲溶液体系中聚合产生的聚多巴胺纳米粒子大小不同的特点，仅依靠多巴胺的自氧化聚合粘附、沉积于纤维表面构成超疏水表面所需的粗糙结构，经低表面能处理后即可制备超疏水表面。反应过程简单，条件温和。该方法制备的超疏水表面的水滴接触角大于150°。
以上所述仅为本发明的一种实施方案，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：将涤纶纤维织物依次浸泡在不同的缓冲溶液中，多巴胺聚合产生的纳米颗粒沉积到纤维表面，最后采用低表面能改性剂处理纤维获得超疏水纺织品；所述缓冲溶液至少包括两种不同的缓冲溶液，分别为磷酸盐缓冲溶液和三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。
2.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述两种缓冲溶液分别位于密闭容器中。
3.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述低表面能改性剂为全氟癸基三氯硅烷的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述多巴胺的浓度为1～5mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述磷酸盐缓冲溶液的pH为8.5。
6.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH为8.5。
7.根据权利要求1或3所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：采用低表面能改性剂处理纤维的方法为：将纤维浸泡在低表面能改性剂的溶液中，静置15min后取出，80℃烘15min，170℃焙烘5min。
8.根据权利要求1所述的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品的方法，其特征在于：所述织物在采用低表面能改性剂处理之前，首先将织物放置在过量的无水乙醇溶液中进行超声漂洗，除去纤维表面沉积的松散的聚多巴胺纳米粒子，烘干后再采用低表面能改性剂处理。
9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的方法制得的一种基于多巴胺改性涤纶纤维制备超疏水纺织品，其特征在于：所制备的纺织品的对水的接触角为：153.9°～160.26°。
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