CN107955989A - 用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其原料为丙纶纤维；将颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯分散液浸轧、光照，使颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油；用油或水往这种材料上倒，都不会浸湿，也不会玷污。

Description

用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料
技术领域
本发明涉及纺织生产技术领域，具体的说，是一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料。
背景技术
聚丙烯纤维，中国称丙纶，以等规聚丙烯为原料纺丝制得的合成纤维，是化学纤维中最轻的品种；强度为35～62cN/dtex；耐磨性仅次于聚酰胺纤维；耐腐蚀性良好，尤其是对无机酸、碱稳定性很好；不发霉、不腐烂、不怕虫蛀等，但染色较困难。可采用染料或颜料熔体着色、色母粒或注射染色等纺成有色丝；也有在聚合时加入添加剂进行共聚或接枝共聚，使聚合体大分子上引入能与染料相结合的极性基团，再按常规法染色。聚丙烯纤维还有耐光性差、静电大、耐燃性差等缺点，可采用加入各种添加剂的方法加以改善。
荷花向来被人们冠以出淤泥而不染的雅号，那么，什么原因导致了这种莲花效应呢？通过电子显微镜，可以观察到莲叶表面覆盖着无数尺寸约10μm 突包，而每个突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更细的绒毛。这是自然界中生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结构，使得荷叶表面滴水不沾。科学家们对这一现象进行了研究，发现荷花的这种自清洁效应可以应用到很多地方，在织物上已研制出了仿荷叶结构的纳米防水布———丙纶织物。将颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯分散液浸轧、光照，使颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
中国专利申请号201610729768.1涉及一种用于纺织布编织的防水纤维，包括以下质量份数的组分：50～80份的氧化铝，50～60份的氢氧化铝，40～60 份的醋酯纤维，150～200份的高岭土、100～120份的堇青石。同时，本发明还公开了上述纤维的制备方法。本发明与传统技术相比，通过加入各种原料组成复合化学纤维，具有很强的防水性能。
中国专利申请号200680007742.0涉及展示出大于150°的水接触角和小于 15°的水接触角滞后的纤维、其制备方法及其应用。本发明还涉及超疏水纤维毡、其制备方法及其应用。一种包含共聚物的纤维，其中所述纤维展示出大于150°的水接触角和小于15°的水接触角滞后，其中所述共聚物包括具有硅结构的组分，以及其中所述组分分凝到所述纤维的表面，其中所述硅结构是硅氧烷。
中国专利申请号201410121267.6具有微纳结构的超疏水纤维素材料的制备方法，(1)将正硅酸乙酯和功能化硅氧烷加入到含有去离子水的乙醇体系中，以氨水为催化剂，得到功能化二氧化硅粒子A分散液；取上述功能化二氧化硅粒子A分散液作为种子，依次加入正硅酸乙酯、功能化硅氧烷、去离子水、氨水和乙醇，得到功能化二氧化硅粒子B分散液；(2)将两种功能化二氧化硅粒子在二甲基甲酰胺中超声分散，然后向体系中加入疏水聚合物和低表面能助剂，搅拌均匀，形成白色分散液；(3)将步骤(2)中的白色分散液通过直接喷涂或旋涂法涂布在天然纤维素材料上，得到具有微纳米级粗糙结构的超疏水纤维素材料。该涂层材料除了具有优异的疏水性能外，还具有很强的耐洗刷及耐酸碱性能。
中国专利申请号201010593300.7涉及一种具有高接触角和低滚动角的超疏水纤维和织物的简易制备方法和用途。利用纤维、织物表面具有的本征粗糙结构，直接对其进行表面化学改性，制备出具有超疏水性能的纤维制品：首先，将材料清洗干净；然后，对其进行异氰酸酯改性；最后，修饰低表面能物质。原料价廉易得，反应条件相对温和，操作简单，设备要求不高。所得制品表现出较好的超疏水性能，10μL水接触角为156度，在自清洁纤维、织物领域具有广泛的用途。
中国专利申请号201510667827.2提供了一种疏水纤维表面生长羟基磷灰石的制备方法，将沉积室真空，基片加热，引入金属气源，用高纯氮气清洗沉积室并向沉积室中引入水蒸气，金属气源、高纯氮气、水蒸气在沉积室内暴露时间依次为0.1s、3s、0.1s、3s；将沉积后的纤维通过水热法生长HA，将纤维转入高压反应釜，加入硝酸钙和磷酸氢二铵的混合溶液，保持钙、磷比为1.67，加入表面活性剂，并加入有机铵盐将溶液pH值调节为7-14，在90-160℃下，反应4-24小时，自然冷却后，取出纤维，用乙醇、水依次清洗。本发明的制备方法简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用的需求。
中国专利申请号201610460233.9涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种超疏水纤维的制备方法。本发明提供一种超疏水纤维的制备方法，步骤包括：a)纳微结构的构筑：将高分子纤维采用包覆物对其表面进行包覆，得到表面官能团化的高分子纤维；其中，所述包覆物为多巴胺、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或者氨丙基三已氧基硅烷；b)表面修饰：将步骤a)所得表面官能团化的高分子纤维使用低表面能材料修饰后即得超疏水高分子纤维；其中，所述低表面能的材料为烷基三氯硅烷或六甲基二硅氮烷。本发明方法制备的纤维膜与水的接触角达168°，水滴在其上的滚动角为4.5°，对常见的有机溶剂己烷、汽油等具有优异的亲和性。
中国专利申请号200810208040.X提出了一种对聚酯纤维物赋予疏水性功能的方法，用分散染料染色加工时，把聚酯纤维物浸泡于具有亲水性取代基的二卤代三嗪类化合物和多元氨基化合物以及染液的共存溶液中，采用《浴中吸尽法》进行升温热处理。第一阶段热处理结束后，聚酯纤维物再次浸泡于具有水溶性或者水分散性的全氟烷基聚丙烯酸酯与水性硅类柔软剂、水性三聚氰胺尿素衍生物以及水性尿烷中选出的至少一种助剂的共存溶液中，然后，用《干热持续法》进行第二阶段上的烘干、高温定形处理。通过此加工过程使聚酯纤维物具有耐久性极好的疏水性功能，进而实现了易保养的目的。使用常用的染色机以及烘干机，且不使用合成树脂和有害药剂，加工方法非常简单。
中国专利申请号201010231199.0提供了一种具有超疏水多级纳米结构的纤维膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为:第一步:在室温下，将疏水性聚合物以及疏水性无机纳米颗粒加入到盛有溶剂的密闭器皿中，放在磁力搅拌器上，以10-200rpm的转速搅拌，得到性质均一的溶液；第二步:在室温下，将第一步得到的溶液以恒定的流速输入到喷丝头上，同时将喷丝头连接高压静电发生器进行静电纺丝，纺出的纤维用接收装置接收，得到具有超疏水多级纳米结构的纤维膜；能够较大幅度地提高纤维膜的疏水性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其原料为丙纶纤维。
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其具体步骤为：以聚丙烯切片和改性封端异氰酸酯为原料，经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束，上浆液，长牵伸固化，制备得到仿荷叶效应的纳米仿生防水材料；
所述的聚丙烯切片与改性封端异氰酸酯的质量比为100:5～100:10；
所述的聚丙烯切片的熔融指数为30～35；
所述的改性封端异氰酸酯的制备以苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯 Desmodur CT和聚丙二醇PPG2000为原料，采用双螺杆挤出机在160℃条件下进行熔融共混造粒，物料停留时间为30～45s，在冷空气中切粒，制备得到改性封端异氰酸酯。
PPG2000具有高柔性的基团，能够与异氰酸酯结构反应，形成一定的柔性结构，可以有效的降低异氰酸酯的粘度和熔点，通过在高温熔融过程中，低粘度的改性封端异氰酸酯在高度剪切拉伸时在由于粘度的不同，而迁移在纤维表面，提供了聚丙烯纤维表面的粘合特性，避免了由于单一的聚丙烯纤维表面反应活性低，出现粘结性差，尤其是与其他的材料结合力弱粘合不牢等问题；并且由于水分散聚丙烯本身也具有低表面能的特性，反应活性低，且再次与聚丙烯粘结需要靠外力热压或者长时间的熔融才能实现粘结，而在高速纺丝过程中，停留时间等，因此需要提高聚丙烯在纤维上的粘合力，需采用粘合剂进行粘合，但也存在外加粘合剂与聚丙烯难以粘合，因此通过熔融共混纺丝的方法，通过在熔融纺丝过程中，以聚丙烯为主要基材，利用高剪切大长径比的喷丝孔，利用具有低熔点低粘度的改性封端异氰酸酯为改性剂和粘合剂，通过改性封端异氰酸酯经高剪切的大长径比出现相分离的情况，并且低粘度的改性封端异氰酸酯主要分布在纤维表面，利用高温纺丝过程中异氰酸跟产生少，在冷却和上浆液过程中，改性封端异氰酸酯产生的异氰酸根交联反应，即固化交联改性封端异氰酸酯使其具有一定的强度，同时利用聚丙烯与改性封端异氰酸酯中的异氰酸根反应，而固定在纤维上，起到提高纤维的粗糙度，使其具有优异的双疏效果；
所述的Desmodur CT是苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯，固体树脂软化点为155℃，且其开环温度为225℃，异氰酸酯含量为6.5～9.5％；
单一的Desmodur CT其熔点高，粘度大，尤其是其软化点位155℃，与聚丙烯的熔点接近，因此为了提高改性封端异氰酸酯的熔融流动性，需要对其进行改性，而PPG为柔性链段，通过端羟基与异氰酸酯进行反应，在分子链段中引入柔性链段，降低改性封端异氰酸酯的熔点，并且改善其流动性，其熔点为125～135℃，熔融指数为15～17；利用改性封端异氰酸酯低熔点和高流动性的特性实现相分离纺丝，并且PPG分子结构中与聚丙烯具有相识的侧甲基结构，从而具有一定的相容性，避免单一的Desmodur CT熔点过高，流动性差而无法通过相分离分布在纤维表面，并且本身也难以与聚丙烯进行相容，从而导致界面太大而影响纺丝；
PPG2000在改性封端异氰酸酯的质量分数为1.5～2.5％；
Desmodur CT为苯酚封端的异氰酸酯，其在高温(225℃)下通过解封端作用，可以分解出异氰酸根，从而产生活性官能团，利用分解出的异氰酸根与PPG中端羟基反应，从而实现高熔点的异氰酸酯的改性，提高改性异氰酸酯的流动性。
所述的熔融纺丝过程中螺杆挤出温度为210～220℃，大长径比喷丝孔的长径比为15～20；
目前纺丝过程中，常规的长径比为5～6，而申请采用15～20的大长径比喷丝孔，利用高长径比实现高速的剪切作用，使改性封端异氰酸酯快速的往纤维表面扩散，且长径比越大，其高流动性的改性封端异氰酸酯分数越多，并且在高温高压剪切过程中，还可以实现改性封端异氰酸酯中的解封段过程，使其表面生成一定量的异氰酸跟，而利于与聚丙烯悬浮液反应，尤其是粘结聚丙烯颗粒，从而提高纤维表面的粗糙度结构，提高疏水效果。
所述的上浆液工艺过程中，采用热辊上浆工艺，上将液温度为60～80℃；上浆液中以水性分散聚丙烯悬浮液为浆液，其中聚丙烯颗粒粒径为100～200 纳米，聚丙烯颗粒的质量分数为15～20％；
聚丙烯为疏水材料，利用聚丙烯颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
所述的长牵伸固化工艺为一步拉伸，二步固化过程，其中一步拉伸过程中拉伸温度为135～145℃，拉伸倍数为3.5～5.0倍；二步固化温度时温度为 230℃，停留时间为0.1～0.2s；
由于改性封端异氰酸酯的解封端温度为225℃，而聚丙烯的纺丝温度为 210～220℃，因此在纺丝过程中，改性封端异氰酸酯只是作为添加剂而没有或者少量的解封端，避免了高温解封端产生的异氰酸根交联，而在固化过程中通过采用高温过程中的热量产生的异氰酸根与空气中湿气以及拉伸后的聚丙烯颗粒上的水汽交联，从而使聚丙烯颗粒固定在纤维表面，提高其疏水结构的疏水效果；
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本申请一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，主要利用改性封端异氰酸酯特殊的结构，在纺丝过程中不产生异氰酸根，而在固化高温条件下的解封端作用，产生异氰酸与聚丙烯颗粒粘合固定，在纺丝过程中利用改性封端异氰酸酯结构的在高流动性在大长径比的纺丝喷丝孔中进行高剪切作用，使改性封端异氰酸酯能够实现高速的相分离纺丝，避免了常规的粘合剂需要高温交联，且与聚丙烯粘合力弱，且固化过程中聚丙烯与粘合剂结合力弱，并且由于采用的相分离纺丝过程，改性封端异氰酸酯通过柔性链段改性后，能够与聚丙烯基体具有良好的相容性，并且通过高剪切后，分布在纤维表面，而本身的封端异氰酸未解封端或者解封端少，而解封端的异氰酸也可以与空气和聚丙烯溶液进行交联反应，从而提高聚丙烯的量，提高纤维表面相应的粗糙度，提升双疏效果。
具体实施方式
以下提供本发明一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的具体实施方式。
实施例1
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其原料为丙纶纤维。
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其具体步骤为：以聚丙烯切片和改性封端异氰酸酯为原料，经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束，上浆液，长牵伸固化，制备得到仿荷叶效应的纳米仿生防水材料；
所述的聚丙烯切片与改性封端异氰酸酯的质量比为100:5；
所述的聚丙烯切片的熔融指数为30～35；
所述的改性封端异氰酸酯的制备以苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯 Desmodur CT和聚丙二醇PPG2000为原料，采用双螺杆挤出机在160℃条件下进行熔融共混造粒，物料停留时间为30～45s，在冷空气中切粒，制备得到改性封端异氰酸酯。
PPG2000具有高柔性的基团，能够与异氰酸酯结构反应，形成一定的柔性结构，可以有效的降低异氰酸酯的粘度和熔点，通过在高温熔融过程中，低粘度的改性封端异氰酸酯在高度剪切拉伸时在由于粘度的不同，而迁移在纤维表面，提供了聚丙烯纤维表面的粘合特性，避免了由于单一的聚丙烯纤维表面反应活性低，出现粘结性差，尤其是与其他的材料结合力弱粘合不牢等问题；并且由于水分散聚丙烯本身也具有低表面能的特性，反应活性低，且再次与聚丙烯粘结需要靠外力热压或者长时间的熔融才能实现粘结，而在高速纺丝过程中，停留时间等，因此需要提高聚丙烯在纤维上的粘合力，需采用粘合剂进行粘合，但也存在外加粘合剂与聚丙烯难以粘合，因此通过熔融共混纺丝的方法，通过在熔融纺丝过程中，以聚丙烯为主要基材，利用高剪切大长径比的喷丝孔，利用具有低熔点低粘度的改性封端异氰酸酯为改性剂和粘合剂，通过改性封端异氰酸酯经高剪切的大长径比出现相分离的情况，并且低粘度的改性封端异氰酸酯主要分布在纤维表面，利用高温纺丝过程中异氰酸跟产生少，在冷却和上浆液过程中，改性封端异氰酸酯产生的异氰酸根交联反应，即固化交联改性封端异氰酸酯使其具有一定的强度，同时利用聚丙烯与改性封端异氰酸酯中的异氰酸根反应，而固定在纤维上，起到提高纤维的粗糙度，使其具有优异的双疏效果。
所述的Desmodur CT是苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯，固体树脂软化点为155℃，且其开环温度为225℃，异氰酸酯含量为6.5～9.5％。
单一的Desmodur CT其熔点高，粘度大，尤其是其软化点位155℃，与聚丙烯的熔点接近，因此为了提高改性封端异氰酸酯的熔融流动性，需要对其进行改性，而PPG为柔性链段，通过端羟基与异氰酸酯进行反应，在分子链段中引入柔性链段，降低改性封端异氰酸酯的熔点，并且改善其流动性，其熔点为125～135℃，熔融指数为15～17；利用改性封端异氰酸酯低熔点和高流动性的特性实现相分离纺丝，并且PPG分子结构中与聚丙烯具有相识的侧甲基结构，从而具有一定的相容性，避免单一的Desmodur CT熔点过高，流动性差而无法通过相分离分布在纤维表面，并且本身也难以与聚丙烯进行相容，从而导致界面太大而影响纺丝。
PPG2000在改性封端异氰酸酯的质量分数为1.5％。
Desmodur CT为苯酚封端的异氰酸酯，其在高温(225℃)下通过解封端作用，可以分解出异氰酸根，从而产生活性官能团，利用分解出的异氰酸根与PPG中端羟基反应，从而实现高熔点的异氰酸酯的改性，提高改性异氰酸酯的流动性。
所述的熔融纺丝过程中螺杆挤出温度为210～220℃，大长径比喷丝孔的长径比为15。
目前纺丝过程中，常规的长径比为5～6，而申请采用15～20的大长径比喷丝孔，利用高长径比实现高速的剪切作用，使改性封端异氰酸酯快速的往纤维表面扩散，且长径比越大，其高流动性的改性封端异氰酸酯分数越多，并且在高温高压剪切过程中，还可以实现改性封端异氰酸酯中的解封段过程，使其表面生成一定量的异氰酸跟，而利于与聚丙烯悬浮液反应，尤其是粘结聚丙烯颗粒，从而提高纤维表面的粗糙度结构，提高疏水效果。
所述的上浆液工艺过程中，采用热辊上浆工艺，上将液温度为60～80℃；上浆液中以水性分散聚丙烯悬浮液为浆液，其中聚丙烯颗粒粒径为100纳米，聚丙烯颗粒的质量分数为15％。
聚丙烯为疏水材料，利用聚丙烯颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
所述的长牵伸固化工艺为一步拉伸，二步固化过程，其中一步拉伸过程中拉伸温度为135～145℃，拉伸倍数为3.5～5.0倍；二步固化温度时温度为 230℃，停留时间为0.1～0.2s。
由于改性封端异氰酸酯的解封端温度为225℃，而聚丙烯的纺丝温度为210～220℃，因此在纺丝过程中，改性封端异氰酸酯只是作为添加剂而没有或者少量的解封端，避免了高温解封端产生的异氰酸根交联，而在固化过程中通过采用高温过程中的热量产生的异氰酸根与空气中湿气以及拉伸后的聚丙烯颗粒上的水汽交联，从而使聚丙烯颗粒固定在纤维表面，提高其疏水结构的疏水效果。
所制备的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料与水的静态接触角为165°，滞后角为4.5°，与十二烷的静态接触角为161°，滞后角为5.5°，因此与水和代表性的油具有非常好的双疏效果；而单一的聚丙烯材料的疏水疏油性能为聚丙烯与水的静态接触角为95°，滞后角为22°；且与十二烷的静态接触角为45°，滞后角为12°，因此明显的改善了单一的聚丙烯材料的疏水疏油效果，尤其是疏油性能；并且在聚丙烯分散溶液中浸渍后的聚丙烯材料，其与水的静态接触角增大为135°，滞后角为16.5°；且与十二烷的静态接触角为115°，滞后角为18°，但经95℃热定型10min后，其双疏效果大幅度降低，其与水的静态接触角降低至105°，且与十二烷的静态接触角降低至 85°，而仿荷叶效应的纳米仿生防水材料其具有持久的双疏效果，经但经95℃热定型10min后，其与水的静态接触角仍保持为163°，且与十二烷的静态接触角为160°，并且经过50次水洗后的材料与水的静态接触角保持为167°，且与十二烷的静态接触角为165°，因此也说明了仿荷叶效应的纳米仿生防水材料具有更好的双疏和持久双疏效果，即为持久的疏水疏油性能，其主要是利用改性异氰酸酯在高剪切的纺丝过程中，通过相分离的纺丝过程，实现组分向外的扩散迁移，而在迁移后，在纺丝温度下利用改性异氰酸酯产生的异氰酸根与难以粘附和粘合的聚丙烯粘合，从而固定疏水效果的聚丙烯颗粒，并且固定在材料表面从而提高表面的粗糙度，提高其双疏效果，并且利用异氰酸根的交联固化作用，对具有一定粗糙度的聚丙烯进行固定，位置纤维表面有效的粗糙度和疏水性，保证了双疏效果，同时也避免了对纤维强度的破坏。
当材料表面与水或者油的接触角大于150°时，其具有双疏性能，即疏水疏油性，且接触角越大，滞后角越小说明其双疏效果越好。
实施例2
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其原料为丙纶纤维。
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其具体步骤为：以聚丙烯切片和改性封端异氰酸酯为原料，经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束，上浆液，长牵伸固化，制备得到仿荷叶效应的纳米仿生防水材料；
所述的聚丙烯切片与改性封端异氰酸酯的质量比为100:7；
所述的聚丙烯切片的熔融指数为30～35；
所述的改性封端异氰酸酯的制备以苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯 Desmodur CT和聚丙二醇PPG2000为原料，采用双螺杆挤出机在160℃条件下进行熔融共混造粒，物料停留时间为30～45s，在冷空气中切粒，制备得到改性封端异氰酸酯。
PPG2000具有高柔性的基团，能够与异氰酸酯结构反应，形成一定的柔性结构，可以有效的降低异氰酸酯的粘度和熔点，通过在高温熔融过程中，低粘度的改性封端异氰酸酯在高度剪切拉伸时在由于粘度的不同，而迁移在纤维表面，提供了聚丙烯纤维表面的粘合特性，避免了由于单一的聚丙烯纤维表面反应活性低，出现粘结性差，尤其是与其他的材料结合力弱粘合不牢等问题；并且由于水分散聚丙烯本身也具有低表面能的特性，反应活性低，且再次与聚丙烯粘结需要靠外力热压或者长时间的熔融才能实现粘结，而在高速纺丝过程中，停留时间等，因此需要提高聚丙烯在纤维上的粘合力，需采用粘合剂进行粘合，但也存在外加粘合剂与聚丙烯难以粘合，因此通过熔融共混纺丝的方法，通过在熔融纺丝过程中，以聚丙烯为主要基材，利用高剪切大长径比的喷丝孔，利用具有低熔点低粘度的改性封端异氰酸酯为改性剂和粘合剂，通过改性封端异氰酸酯经高剪切的大长径比出现相分离的情况，并且低粘度的改性封端异氰酸酯主要分布在纤维表面，利用高温纺丝过程中异氰酸跟产生少，在冷却和上浆液过程中，改性封端异氰酸酯产生的异氰酸根交联反应，即固化交联改性封端异氰酸酯使其具有一定的强度，同时利用聚丙烯与改性封端异氰酸酯中的异氰酸根反应，而固定在纤维上，起到提高纤维的粗糙度，使其具有优异的双疏效果；
所述的Desmodur CT是苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯，固体树脂软化点为155℃，且其开环温度为225℃，异氰酸酯含量为6.5～9.5％；
单一的Desmodur CT其熔点高，粘度大，尤其是其软化点位155℃，与聚丙烯的熔点接近，因此为了提高改性封端异氰酸酯的熔融流动性，需要对其进行改性，而PPG为柔性链段，通过端羟基与异氰酸酯进行反应，在分子链段中引入柔性链段，降低改性封端异氰酸酯的熔点，并且改善其流动性，其熔点为125～135℃，熔融指数为15～17；利用改性封端异氰酸酯低熔点和高流动性的特性实现相分离纺丝，并且PPG分子结构中与聚丙烯具有相识的侧甲基结构，从而具有一定的相容性，避免单一的Desmodur CT熔点过高，流动性差而无法通过相分离分布在纤维表面，并且本身也难以与聚丙烯进行相容，从而导致界面太大而影响纺丝；
PPG2000在改性封端异氰酸酯的质量分数为2％；
Desmodur CT为苯酚封端的异氰酸酯，其在高温(225℃)下可以分解出异氰酸根，从而产生活性官能团。
所述的熔融纺丝过程中螺杆挤出温度为210～220℃，大长径比喷丝孔的长径比为17。
目前纺丝过程中，常规的长径比为5～6，而申请采用15～20的大长径比喷丝孔，利用高长径比实现高速的剪切作用，使改性封端异氰酸酯快速的往纤维表面扩散，且长径比越大，其高流动性的改性封端异氰酸酯分数越多，并且在高温高压剪切过程中，还可以实现改性封端异氰酸酯中的解封段过程，使其表面生成一定量的异氰酸跟，而利于与聚丙烯悬浮液反应，尤其是粘结聚丙烯颗粒，从而提高纤维表面的粗糙度结构，提高疏水效果。
所述的上浆液工艺过程中，采用热辊上浆工艺，上将液温度为60～80℃；上浆液中以水性分散聚丙烯悬浮液为浆液，其中聚丙烯颗粒粒径为150纳米，聚丙烯颗粒的质量分数为17％。
聚丙烯为疏水材料，利用聚丙烯颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
所述的长牵伸固化工艺为一步拉伸，二步固化过程，其中一步拉伸过程中拉伸温度为135～145℃，拉伸倍数为3.5～5.0倍；二步固化温度时温度为 230℃，停留时间为0.1～0.2s。
由于改性封端异氰酸酯的解封端温度为225℃，而聚丙烯的纺丝温度为 210～220℃，因此在纺丝过程中，改性封端异氰酸酯只是作为添加剂而没有或者少量的解封端，避免了高温解封端产生的异氰酸根交联，而在固化过程中通过采用高温过程中的热量产生的异氰酸根与空气中湿气以及拉伸后的聚丙烯颗粒上的水汽交联，从而使聚丙烯颗粒固定在纤维表面，提高其疏水结构的疏水效果。
所制备的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料与水的静态接触角为160°，滞后角为5.5°，与十二烷的静态接触角为162°，滞后角为6°，因此与水和代表性的油具有非常好的双疏效果；同时仿荷叶效应的纳米仿生防水材料其具有持久的双疏效果，经但经95℃热定型10min后，其与水的静态接触角仍保持为160°，且与十二烷的静态接触角为160°，并且经过50次水洗后的材料与水的静态接触角保持为162°，且与十二烷的静态接触角为165°，因此也说明了仿荷叶效应的纳米仿生防水材料具有更好的双疏和持久双疏效果，即为持久的疏水疏油性能。
实施例3
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其原料为丙纶纤维。
一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其具体步骤为：以聚丙烯切片和改性封端异氰酸酯为原料，经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束，上浆液，长牵伸固化，制备得到仿荷叶效应的纳米仿生防水材料；
所述的聚丙烯切片与改性封端异氰酸酯的质量比为100:10；
所述的聚丙烯切片的熔融指数为30～35；
所述的改性封端异氰酸酯的制备以苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯 Desmodur CT和聚丙二醇PPG2000为原料，采用双螺杆挤出机在160℃条件下进行熔融共混造粒，物料停留时间为30～45s，在冷空气中切粒，制备得到改性封端异氰酸酯。
PPG2000具有高柔性的基团，能够与异氰酸酯结构反应，形成一定的柔性结构，可以有效的降低异氰酸酯的粘度和熔点，通过在高温熔融过程中，低粘度的改性封端异氰酸酯在高度剪切拉伸时在由于粘度的不同，而迁移在纤维表面，提供了聚丙烯纤维表面的粘合特性，避免了由于单一的聚丙烯纤维表面反应活性低，出现粘结性差，尤其是与其他的材料结合力弱粘合不牢等问题；并且由于水分散聚丙烯本身也具有低表面能的特性，反应活性低，且再次与聚丙烯粘结需要靠外力热压或者长时间的熔融才能实现粘结，而在高速纺丝过程中，停留时间等，因此需要提高聚丙烯在纤维上的粘合力，需采用粘合剂进行粘合，但也存在外加粘合剂与聚丙烯难以粘合，因此通过熔融共混纺丝的方法，通过在熔融纺丝过程中，以聚丙烯为主要基材，利用高剪切大长径比的喷丝孔，利用具有低熔点低粘度的改性封端异氰酸酯为改性剂和粘合剂，通过改性封端异氰酸酯经高剪切的大长径比出现相分离的情况，并且低粘度的改性封端异氰酸酯主要分布在纤维表面，利用高温纺丝过程中异氰酸跟产生少，在冷却和上浆液过程中，改性封端异氰酸酯产生的异氰酸根交联反应，即固化交联改性封端异氰酸酯使其具有一定的强度，同时利用聚丙烯与改性封端异氰酸酯中的异氰酸根反应，而固定在纤维上，起到提高纤维的粗糙度，使其具有优异的双疏效果；
所述的Desmodur CT是苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯，固体树脂软化点为155℃，且其开环温度为225℃，异氰酸酯含量为6.5～9.5％；
单一的Desmodur CT其熔点高，粘度大，尤其是其软化点位155℃，与聚丙烯的熔点接近，因此为了提高改性封端异氰酸酯的熔融流动性，需要对其进行改性，而PPG为柔性链段，通过端羟基与异氰酸酯进行反应，在分子链段中引入柔性链段，降低改性封端异氰酸酯的熔点，并且改善其流动性，其熔点为125～135℃，熔融指数为15～17；利用改性封端异氰酸酯低熔点和高流动性的特性实现相分离纺丝，并且PPG分子结构中与聚丙烯具有相识的侧甲基结构，从而具有一定的相容性，避免单一的Desmodur CT熔点过高，流动性差而无法通过相分离分布在纤维表面，并且本身也难以与聚丙烯进行相容，从而导致界面太大而影响纺丝；
PPG2000在改性封端异氰酸酯的质量分数为2.5％；
Desmodur CT为苯酚封端的异氰酸酯，其在高温(225℃)下可以分解出异氰酸根，从而产生活性官能团。
所述的熔融纺丝过程中螺杆挤出温度为210～220℃，大长径比喷丝孔的长径比为20。
目前纺丝过程中，常规的长径比为5～6，而申请采用15～20的大长径比喷丝孔，利用高长径比实现高速的剪切作用，使改性封端异氰酸酯快速的往纤维表面扩散，且长径比越大，其高流动性的改性封端异氰酸酯分数越多，并且在高温高压剪切过程中，还可以实现改性封端异氰酸酯中的解封段过程，使其表面生成一定量的异氰酸跟，而利于与聚丙烯悬浮液反应，尤其是粘结聚丙烯颗粒，从而提高纤维表面的粗糙度结构，提高疏水效果。
所述的上浆液工艺过程中，采用热辊上浆工艺，上将液温度为60～80℃；上浆液中以水性分散聚丙烯悬浮液为浆液，其中聚丙烯颗粒粒径为200纳米，聚丙烯颗粒的质量分数为20％；
聚丙烯为疏水材料，利用聚丙烯颗粒黏结在纤维表面上形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，既疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。
所述的长牵伸固化工艺为一步拉伸，二步固化过程，其中一步拉伸过程中拉伸温度为135～145℃，拉伸倍数为3.5～5.0倍；二步固化温度时温度为 230℃，停留时间为0.1～0.2s；
由于改性封端异氰酸酯的解封端温度为225℃，而聚丙烯的纺丝温度为 210～220℃，因此在纺丝过程中，改性封端异氰酸酯只是作为添加剂而没有或者少量的解封端，避免了高温解封端产生的异氰酸根交联，而在固化过程中通过采用高温过程中的热量产生的异氰酸根与空气中湿气以及拉伸后的聚丙烯颗粒上的水汽交联，从而使聚丙烯颗粒固定在纤维表面，提高其疏水结构的疏水效果。
所制备的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料与水的静态接触角为165°，滞后角为3.5°，与十二烷的静态接触角为165°，滞后角为5°，因此与水和代表性的油具有非常好的双疏效果；同时仿荷叶效应的纳米仿生防水材料其具有持久的双疏效果，经但经95℃热定型10min后，其与水的静态接触角仍保持为162°，且与十二烷的静态接触角为161°，并且经过50次水洗后的材料与水的静态接触角保持为163°，且与十二烷的静态接触角为165°，因此也说明了仿荷叶效应的纳米仿生防水材料具有更好的双疏和持久双疏效果，即为持久的疏水疏油性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，其特征在于，其原料为丙纶纤维。
2.一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：以聚丙烯切片和改性封端异氰酸酯为原料，经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束，上浆液，长牵伸固化，制备得到仿荷叶效应的纳米仿生防水材料。
3.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的改性封端异氰酸酯的制备以苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯DesmodurCT和聚丙二醇PPG2000为原料，采用双螺杆挤出机在160℃条件下进行熔融共混造粒，物料停留时间为30～45s，在冷空气中切粒，制备得到改性封端异氰酸酯。
4.如权利要求3所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的Desmodur CT是苯酚封闭的TDI基多异氰酸酯，固体树脂软化点为155℃，且其开环温度为225℃，异氰酸酯含量为6.5～9.5％。
5.如权利要求3所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，PPG2000在改性封端异氰酸酯的质量分数为1.5～2.5％。
6.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯切片与改性封端异氰酸酯的质量比为100:5～100:10。
7.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯切片的熔融指数为30～35。
8.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的熔融纺丝过程中螺杆挤出温度为210～220℃，大长径比喷丝孔的长径比为15～20。
9.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的上浆液工艺过程中，采用热辊上浆工艺，上将液温度为60～80℃；上浆液中以水性分散聚丙烯悬浮液为浆液，其中聚丙烯颗粒粒径为100～200纳米，聚丙烯颗粒在上浆液中的质量分数为15～20％。
10.如权利要求2所述的一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料的制备方法，其特征在于，所述的长牵伸固化工艺为一步拉伸，二步固化过程，其中一步拉伸过程中拉伸温度为135～145℃，拉伸倍数为3.5～5.0倍；二步固化温度时温度为230℃，停留时间为0.1～0.2s。
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