CN107435247B - 一种无氟耐久超疏水织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无氟耐久超疏水织物的制备方法。该方法是将织物浸渍在含有聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体及其固化剂的甲苯溶液中，然后通过热处理的方式进行固化处理，即制得超疏水织物。水珠在织物表面的接触角大于150o，且极易从织物表面滚落，而且所制备的织物经手指触摸、刀片划割、强力摩擦及连续紫外光照射后仍具有优异的超疏水性能。该耐久超疏水织物制备方法简单、不需要昂贵的氟化物、具有良好的应用前景。

Description

一种无氟耐久超疏水织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无氟耐久超疏水织物的制备方法，具体是利用浸渍法制备一种表面涂覆PDMS的超疏水织物。
背景技术
超疏水织物凭借其独特的自清洁、抗污染等性能，日益受到人们的青睐， 是目前功能纺织品的热点之一。超疏水表面的作用机制是低表面能和微纳米粗糙度的协同作用，由于织物已经具有一定的表面粗糙度，因此超疏水织物的制备方法集中于低表面能化合物的制备及如何提高其与织物牢固性方面。中国发明专利CN102174737A通过辐照接枝技术,在织物表面共价结合聚甲基丙烯酸烷基酷,获得具有耐洗涤性能的超疏水织物。中国发明专利CN103074768A通过碱液刻蚀和低表面能物质修饰制备了耐摩擦的超疏水涤纶织物。S.Seeger等人通过在织物表面原位生长硅纳米线经地表面能修饰后得到了稳定的超疏水织物（Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3662–3669）。但是，这些方法也具有一些缺点，例如制备过程较为繁琐，需要昂贵的氟化物等化学药品。更为重要的是所制低表面能化合物与织物纤维之间结合性大多不够牢固,这使得超疏水织物的稳定性仍有待提高。因此,如何发展一种简单、经济的方法来制备耐久超疏水织物是本领域亟待解决的问题。
在日常生活中，尤其是户外使用时，超疏水织物不可避免的要接触到太阳光照，阳光中的紫外线可对降解织物表面的低表面能化合物，从而降低织物的超疏水性能。如果所制备的超疏水织物具有耐紫外光性将能极大提高超疏水织物的环境耐久性，并能极大提高超疏水织物的附加值和实用性，从而拓宽超其应用范围。但是，目前关于耐紫外光超疏水织物的研究报道还比较少。因此，相关研究亟待开展，这对于超疏水织物的推广和应用具有重要的意义并且有着潜在的巨大市场。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种无氟耐久超疏水织物的制备方法，此方法工艺简单、成本低廉、重复性好。
本发明的目的之一提供一种无氟耐久超疏水织物的制备方法。
一种无氟耐久超疏水织物的制备方法，包括如下步骤：
A 织物表面的清洗：将织物依次置于盛有乙醇和去离子水的烧杯中，超声波浴清洗，除去织物表面的油脂和灰尘；
B 聚二甲基硅氧烷（PDMS）甲苯溶液的制备：将PDMS预聚体及其固化剂加入甲苯中，常温下磁力搅拌使PDMS预聚体及其固化剂在甲苯中分散均匀；
C超疏水织物的制备：将织物浸渍在含有PDMS预聚体及其固化剂的甲苯溶液中，浸渍时间为1分钟～5分钟后将织物从取出， 80℃下加热处理0.5h～2h后，得到具有超疏水性能的织物。
所述的超疏水织物的制备方法，在于步骤B所述的PDMS预聚体及其固化剂、苯质量百分比为10~15：1：200，所述的PDMS 预聚体及其固化剂选自商品化配套使用的DC sylgard184。
所述的超疏水织物的制备方法，在于所述的织物选自商品化的聚酯纤维织物或者棉纤织物中的任意一种。
所述的超疏水织物的制备方法，在于步骤A所述的超声时间为10-20min。
所述的超疏水织物的制备方法，在于步骤B所述的磁力搅拌时间为15-30min。
通过本方法制得的超疏水织物，水珠在其表面的接触角为155.5o～159 o，滚动角为3 o～5 o。
本发明的目的之二，提供上述制备方法制备的一种无氟耐久超疏水织物；进一步，提供一种在具有优异机械稳定性能及耐紫外光辐照性能的无氟耐久超疏水织物，以提高超疏水织物的应用范围。
所得超疏水织物耐久性能评价
本发明评价织物超疏水性能耐久性的方法包括考察织物的机械稳定性和耐紫外光辐照稳定性。本发明以水滴的接触角和滚动角的变化来评价稳定性的强弱,接触角和滚动角的变化越小表明织物的超疏水稳定性性越好。具体如下：
机械稳定性：用手指触摸织物表面，刀片划割织物，并与砂纸对磨后（垂直压力7N，摩擦距离30cm，摩擦速度3cm/s），测量接触角和滚动角的变化；
耐紫外光辐照稳定性：对织物进行紫外光辐照处理（波长：314nm，功率：8w，距离光源2cm），测定接触角和滚动角的变化；
织物超疏水耐久性评价结果：所制备的超疏水织物经手指触摸、刀片划割后接触角无变化，滚动角增大1-2°；与砂纸对磨30次后，接触角降低2-4°，滚动角增大4-7°；紫外光辐照48h后，接触角和滚动角无变化。
本发明的积极进步效果在于：
1、通过一步浸渍法即可制备得到超疏水织物。PDMS与织物纤维之间良好结合力提高了织物疏水性能的机械稳定性, 而且PDMS的耐紫外光特性使得织物在经紫外光辐照后仍具有超疏水性能，从而提高了拓展了超疏水织物的实际应用。
2、本发明的超疏水织物制备方法工艺简单、制备成本低廉、不采用昂贵且有毒的氟化物、便于大规模生产。
3、本发明制备的超疏水织物具有优异的柔韧性和透明性，且保持了织物固有的机械性能和光泽性能。
在本发明中，聚二甲基硅氧烷可以降低织物表面的表面自由能并且可牢固的粘附在织物纤维表面。如果聚二甲基硅氧烷预聚体的浓度过高，加热固化后聚二甲基硅氧烷会填充在织物纤维间隙之间，使织物表面的粗糙度降低，织物表面变得光滑，从而导致织物无法获得超疏水性能。如果聚二甲基硅氧烷预聚体的浓度过低的话，织物表面的PDMS膜太薄，这样在机械摩擦时很容易遭到破坏，会降低所得超疏水织物的机械耐久性能。
另外，制备机械耐久且耐紫外光的超疏水织物一直是研究者梦寐以求的目标。为实现这一目的，现有的技术往往较为繁琐且需要昂贵的药品。而本专利通过简单的一步浸泡法就可实现这一目的，现有技术中还未发现通过简单的方法来制备机械耐久和耐紫外光的超疏水织物的报道。尽管本专利的制备方法看似简单，却可实现优异的性能，低成本、方法简单实现优异的性能是本专利的创新之一，并且现有技术未发现有类似报道。
附图说明
图1为本发明实施例1所制样品、样品经手指触摸、刀片划割、往复摩擦、及紫外光辐照后水滴接触角照片（从左至右）；
图2为本发明实施例2所制样品的照片（左图）及30次往复摩擦后样品的照片（右图）；
图3为本发明实施例3所制样品的照片（左图）及紫外光照射48h后样品的照片（右图）。
具体实施方式
下述实施例中用到的PDMS 预聚体和固化剂选自商品化的DC sylgard 184，且预聚体和固化剂是配套使用的。
实施例1：
织物表面的清洗
将织物依次置于盛有30 ml乙醇和30 ml去离子水的烧杯中，分别超声波浴清洗10min，除去织物表面的油脂和灰尘，放入烘箱中50℃加热0.5h，得到表面清洁的织物。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）甲苯溶液的制备
将1.5g PDMS预聚体，0.15g固化剂加入30ml甲苯中，常温下磁力搅拌15min，使PDMS预聚体及其固化剂在甲苯中分散均匀。
超疏水织物的制备
将织物浸渍在含有PDMS预聚体及其固化剂的甲苯溶液中5min，将织物从溶液中取出， 80℃下加热处理1h，得到具有超疏水性能的织物。
得到超疏水织物与水滴的接触角为155.5 o，滚动角为5 o。样品照片见图1，样品超疏水耐久性测试结果见表1。
实施例2：
织物表面的清洗
将织物依次置于盛有30 ml乙醇和30 ml去离子水的烧杯中，分别超声波浴清洗10min，除去织物表面的油脂和灰尘，放入烘箱中50℃加热0.5h，得到表面清洁的织物。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）甲苯溶液的制备
将1.5g PDMS预聚体，0.12g固化剂加入30ml甲苯中，常温下磁力搅拌15min，使PDMS预聚体及其固化剂在甲苯中分散均匀。
超疏水织物的制备
将织物浸渍在含有PDMS预聚体及其固化剂的甲苯溶液中5min，将织物从溶液中取出， 80℃下加热处理1h，得到具有超疏水性能的织物。
得到超疏水织物与水滴的接触角为157 o，滚动角为4.5 o。样品照片见图2，样品超疏水耐久性测试结果见表1。
实施例3：
织物表面的清洗
将织物依次置于盛有30 ml乙醇和30 ml去离子水的烧杯中，分别超声波浴清洗10min，除去织物表面的油脂和灰尘，放入烘箱中50℃加热0.5h，得到表面清洁的织物。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）甲苯溶液的制备
将1.5g PDMS预聚体，0.15g固化剂加入30ml甲苯中，常温下磁力搅拌15min，使PDMS预聚体及其固化剂在甲苯中分散均匀。
超疏水织物的制备
将织物浸渍在含有PDMS预聚体及其固化剂的甲苯溶液中5min，将织物从溶液中取出， 80℃下加热处理1.5h，得到具有超疏水性能的织物。
得到超疏水织物与水滴的接触角为159o，滚动角为3o。样品照片见图3，样品超疏水耐久性测试结果见表1。
表1 织物样品的超疏水耐久性。
Figure 140454DEST_PATH_IMAGE002

Claims (3)

1.一种无氟耐久超疏水织物的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
A 织物表面的清洗：将织物依次置于盛有乙醇和去离子水的烧杯中，超声波浴清洗；除去织物表面的油脂和灰尘；
B 聚二甲基硅氧烷（PDMS）甲苯溶液的制备：将PDMS预聚体及其固化剂加入甲苯中，常温下磁力搅拌使PDMS预聚体及其固化剂在甲苯中分散均匀；
C超疏水织物的制备：将织物浸渍在含有PDMS预聚体及其固化剂的甲苯溶液中，浸渍时间为1分钟～5分钟后将织物取出， 80℃下加热处理0.5h～2h后得到具有超疏水性能的织物；
其中，步骤B所述的PDMS预聚体及其固化剂、甲苯质量百分比为12.5~15：1：200，所述的PDMS 预聚体及其固化剂选自商品化中配套使用的DC sylgard 184，
所述的织物选自商品化的棉纤织物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤A所述的超声时间为10-20min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤B所述的磁力搅拌时间为15-30min。
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