CN109355907A - 一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，采用两步浸渍法构造了超疏水涂层，采用多巴胺使棉织物表面获得一定粗糙结构，并提高与织物的粘附性，接枝低表面能物质硬脂酸获得超疏水性能，生产所需的工艺、设备极其简单，反应条件温和，成本低廉，同时产品具有优异的耐磨性能，耐皂洗，耐酸碱性能并能直接应用于大规模工业化生产；使用该方法处理过的织物可以获得很好的疏水、油水分离及紫外防护性能，绿色环保，可自然降解，必将在抗紫外线材料、超疏水纺织品、油水分离材料等得以广泛应用。

Description

一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法。
背景技术
自1997年德国植物学家Barthlott发现荷叶效应和超疏水现象以来，超疏水表面已经引起了科研人员极大的兴趣和广泛的关注。所谓超疏水性表面通常是指与水稳定接触角大于150°和滚动接触角小于10°的表面。研究发现，这些超疏水表面的微纳米结构对超疏水性起着至关重要的作用。目前，制备超疏水表面主要经过以下步骤：（1）在表面构建微米-纳米级粗糙结构;（2）在表面修饰低表面能物质。目前常用的构造方法要么需要复杂的工艺要么需要昂贵的仪器，并且制备过程容易造成环境污染。因此，如何以绿色环保低成本的方法构造超疏水表面，使其具有耐摩擦，耐皂洗，耐酸碱性能，并应用于大规模工业化生产，是一个重要的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，解决制备工艺复杂、制备所需仪器昂贵、并且制备过程容易造成环境污染的问题。
本发明的技术方案是：
一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，该方法包括如下步骤：
（1）聚多巴胺棉织物的制备：将多巴胺、硫酸铜和过氧化氢依次溶解在Tris缓冲溶液中，获得混合溶液，将棉织物放入所述混合溶液中浸泡，机械搅拌，取出所述棉织物，用去离子水冲洗，随后放入烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物；
（2）乳液浸渍法制备超疏水棉织物：将所述聚多巴胺棉织物在热的硬脂酸乳液中浸渍反应，取出烘干，制得超疏水棉织物。
进一步的，步骤（1）中所述多巴胺为盐酸多巴胺，所述硫酸铜为五水硫酸铜。
进一步的，步骤（1）中所述Tris缓冲溶液的pH=8~9。
进一步的，步骤（1）中所述棉织物在使用前依次经过无水乙醇、去离子水超声清洗，并烘干备用。
进一步的，步骤（1）中所述多巴胺的浓度为1~5 mg/mL，所述硫酸铜的浓度为3~8mmol/L，所述过氧化氢的浓度为15~20mmol/L。
进一步的，步骤（1）中所述机械搅拌的搅拌时间为3~7h。
进一步的，步骤（1）中所述烘干的时间为30~120min，烘干的温度为60~80℃。
进一步的，步骤（2）中所述硬脂酸乳液的质量浓度为0.05~5%。
进一步的，步骤（2）中所述浸渍反应的浸泡时间为1~10min。
进一步的，步骤（2）中所述烘干的时间为30~120 min，烘干的温度为70~90℃。
本发明的优点是：
（1）采用两步浸渍法构造了超疏水涂层，采用多巴胺使棉织物表面获得一定粗糙结构，并提高与织物的粘附性，接枝低表面能物质硬脂酸获得超疏水性能，生产所需的工艺、设备极其简单，反应条件温和，成本低廉，同时产品具有优异的耐磨性能，耐皂洗，耐酸碱性能并能直接应用于大规模工业化生产；
（2）使用该方法处理过的织物可以获得很好的疏水、油水分离及紫外防护性能，绿色环保，可自然降解，必将在抗紫外线材料、超疏水纺织品、油水分离材料等得以广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的元素分布以及EDS能谱图；
图2为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底与原棉的形貌图；
图3为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底在各个阶段的XPS谱图；
图4为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例一所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图；
图5为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例二所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图；
图6为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例三所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图；
图7为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面经外界摩擦1000次的接触角示意图；
图8为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面分别皂洗5次的接触角示意图；
图9为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面分别经不同pH值的酸、碱、盐浸泡24小时后的接触角示意图。
具体实施方式
本发明提供一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，包括以下步骤：
一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，该方法包括如下步骤：
（1）聚多巴胺棉织物的制备；
（2）乳液浸渍法制备超疏水棉织物。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，包括：
步骤一：聚多巴胺棉织物的制备；
在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将2~5 g多巴胺、0.1~0.3 g硫酸铜和0.2~0.5 mL过氧化氢依次溶解在100~200mL的Tris缓冲液中，将3 × 3 cm的棉织物放入其中浸泡,机械搅拌3~7 h，取出用去离子水冲洗，随后放入60~80 ℃烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物。
步骤二：乳液浸渍法制备超疏水棉织物。
在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将0.1~0.4 g熔化的硬脂酸加入70~90 ℃的100 mL热水中，机械搅拌均匀制得硬脂酸乳液，将上述聚多巴胺棉织物在硬脂酸乳液浸渍1~10 min,取出放入70~90 ℃烘箱中干燥30~120 min，制得超疏水棉织物。
上述步骤所得的超疏水棉织物，其性能请参阅图1-图3，请参阅图1，图1为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的元素分布以及EDS能谱图。如图1所示，制备的超疏水改性棉织物表面元素含量谱图及元素C、O、N的元素分布图，表明聚多巴胺和硬脂酸均匀地附着在织物表面。
请参阅图2，图2为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底与原棉的形貌图。如图2所示，与原棉织物表面相比，经该方法整理后表面呈现微纳粗糙结构，并获得超疏水表面。
请参阅图3，图3为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底在各个阶段的XPS谱图。如图3所示，经该方法整理后的织物表面出现了明显的N信号，说明已成功涂覆了聚多巴胺。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：Tris：三羟甲基氨基甲烷；SEM图：电子扫描显像图；EDS图：能谱图； XPS谱图：X射线光电子能谱分析谱图。
实施例一
本实施案例按如下步骤展示一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法：
步骤一：聚多巴胺棉织物的制备
先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。
将2g多巴胺、0.1g硫酸铜和0.2mL过氧化氢依次溶解在100mL的Tris缓冲液中，将3×3cm的棉织物放入其中浸泡,机械搅拌4h，取出用去离子水冲洗，随后放入70℃烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物；
步骤二：乳液浸渍法制备超疏水棉织物
将0.1g熔化的硬脂酸加入70℃的100mL热水中，机械搅拌均匀制得硬脂酸乳液，将上述聚多巴胺棉织物在硬脂酸乳液浸渍5min，取出放入70℃烘箱中干燥60min，制得超疏水棉织物。
本实施例所制得的超疏水棉织物的形貌结构请参阅图4，图4为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例一所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图。
实施例二
本实施案例按如下步骤展示一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法制备超疏水织物：
步骤一：聚多巴胺棉织物的制备
先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。
将3g多巴胺、0.2g硫酸铜和0.3mL过氧化氢依次溶解在150mL的Tris缓冲液中，将3×3cm的棉织物放入其中浸泡,机械搅拌4h，取出用去离子水冲洗，随后放入70℃烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物；
步骤二：乳液浸渍法制备超疏水棉织物
将0.5g熔化的硬脂酸加入75℃的100mL热水中，机械搅拌均匀制得硬脂酸乳液，将上述聚多巴胺棉织物在硬脂酸乳液浸渍2min,取出放入75℃烘箱中干燥60min，制得超疏水棉织物。
本实施例制备的超疏水的棉织物的形貌结构请参阅图5，图5为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例二所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图。
实施例三
本实施案例按如下步骤展示一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法制备超疏水基底：
步骤一：聚多巴胺棉织物的制备
先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。
将4g多巴胺、0.25g硫酸铜和0.4mL过氧化氢依次溶解在200mL的Tris缓冲液中，将3×3cm的棉织物放入其中浸泡,机械搅拌5h，取出用去离子水冲洗，随后放入70℃烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物；
步骤二：乳液浸渍法制备超疏水棉织物
将2g熔化的硬脂酸加入80℃的100mL热水中，机械搅拌均匀制得硬脂酸乳液，将上述聚多巴胺棉织物在硬脂酸乳液浸渍1 min,取出放入80℃烘箱中干燥30min，制得超疏水棉织物。
本实施例所制得的超疏水基底的形貌结构形貌结构和接触角，其试验结果可参阅图6，图6为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法的实施例三所制备的超疏水基底的粗糙结构表面的SEM图。
在以上三个实施例中，通过耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法构筑的织物表面在外界摩擦作用下具有持久的疏水性，请参阅图7，图7为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面经外界摩擦1000次的接触角示意图。如图7所示，用棉布摩擦制备的超疏水织物表面，经过1000次循环织物表面与水的接触角都达到150°以上，依然保持较好的疏水性。
通过耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法构筑的织物表面具有耐皂洗性能，请参阅图8，图8为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面分别皂洗5次的接触角示意图。如图8所示，按照AATCC标准的2A方法水洗织物表面，在经过5次加强循环织物表面与水的接触角变化趋势后，5次加强水洗后样品依然保持了较好的疏水性。
通过耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法构筑的织物表面具有耐酸碱性能，请参阅图9，图9为本发明所述的一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法所制备的超疏水基底织物表面分别经不同pH值的酸、碱、盐浸泡24小时后的接触角示意图。从图9可以看出，经该方法整理的织物所获得的超疏水性能在极端酸碱环境下具有很好的保持能力。
除此之外，通过耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法配制的超疏水整理液还具有优异的紫外屏蔽性能，这是由于聚多巴胺可以吸收太阳光中的紫外线；通过耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法构筑的织物表面还具有油水分离性能，若将制备好的功能织物表面固定在两个玻璃管之间，体积比为1:1的水和油的混合溶液从上端开口的玻璃管处倒入，片刻之后染成红色的油通过织物流进下面的锥形瓶收集器里，染成蓝色的水溶液留在上面的玻璃器中。
综上所述，本发明公开了一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，该方法工艺简单，反应条件温和，原料成本低廉，绿色环保无毒，并且可自然降解，能够适用于各种原料基底。所得产品具有很好的耐磨性能、耐皂洗、耐酸碱盐和紫外屏蔽性能，可以直接应用于大规模工业化生产。另外，以该方法构建的织物表面疏水性能十分稳定，具有优异的机械性能及化学稳定性，有望在户外服装，工业防水，资源回收等领域得到应用。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）聚多巴胺棉织物的制备：将多巴胺、硫酸铜和过氧化氢依次溶解在Tris缓冲溶液中，获得混合溶液，将棉织物放入所述混合溶液中浸泡，机械搅拌，取出所述棉织物，用去离子水冲洗，随后放入烘箱中烘干，制得聚多巴胺棉织物；
（2）乳液浸渍法制备超疏水棉织物：将所述聚多巴胺棉织物在热的硬脂酸乳液中浸渍反应，取出烘干，制得超疏水棉织物。
2.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于：步骤（1）中所述多巴胺为盐酸多巴胺，所述硫酸铜为五水硫酸铜。
3.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于：步骤（1）中所述Tris缓冲溶液的pH=8~9。
4.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于：步骤（1）中所述棉织物在使用前依次经过无水乙醇、去离子水超声清洗，并烘干备用。
5.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于：步骤（1）中所述多巴胺的浓度为1~5 mg/mL，所述硫酸铜的浓度为3~8 mmol/L，所述过氧化氢的浓度为15~20mmol/L。
6.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于：步骤（1）中所述机械搅拌的搅拌时间为3~7h。
7.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于:步骤（1）中所述烘干的时间为30~120min，烘干的温度为60~80℃。
8.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于:步骤（2）中所述硬脂酸乳液的质量浓度为0.05~5%。
9.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于:步骤（2）中所述浸渍反应的浸泡时间为1~10min。
10.根据权利要求1所述的耐磨环保可降解的超疏水涂层整理方法，其特征在于:步骤（2）中所述烘干的时间为30~120 min，烘干的温度为70~90℃。
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