CN109750510B - 一种超疏水羊毛织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水羊毛织物的制备方法，包括下列步骤：在50℃‑70℃下，将羊毛织物浸渍在含有金属离子的多巴胺水溶液中，随后，在溶液中鼓入1‑10kPa的氧气，反应一段时间；取出洗涤并烘干，使用多价金属离子液将处理过的织物在0.1kg/cm2‑0.5kg/cm2压力下浸轧处理，焙烘后得到所述超疏水羊毛织物。本发明的超疏水羊毛织物及其制备方法，原料环保易得，所用方法简单，处理条件温和，能耗少，效率高，特别适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及纺织品后整理技术领域，尤其涉及一种超疏水羊毛织物及其制备方法。
背景技术
天然物质有很多都是疏水材料，如荷叶和昆虫的翅膀。疏水材料具有自清洁，抗腐蚀，防覆冰，抗菌等优异性能，已经被应用到诸多领域。目前，人们利用很多方法模拟超疏水表面，如气象沉积法、等离子体刻蚀、溶胶-凝胶法和浸渍法等。然而，从环境可持续发展的角度看，现有方法存在很多缺陷：如需要复杂的工艺、有机溶剂和含氟物质(一般都有毒，难降解)的使用、原材料价格贵等。因此，目前亟需一种简单、环境友好和低成本的方法制备超疏水材料。
随着人们生活节奏的加快，人们花在衣物护理上的时间越来越少，衣物护理的简单化成为选择衣物的又一基本要求。具有超疏水，自清洁，易护理的织物一经上市就深受消费者的青睐。羊毛织物被视为高档服装的首选面料，具有极佳的保暖性能，且手感柔软，色泽鲜艳，穿着舒适等。为了满足人们日益增长的需要，功能性羊毛织物已经被广泛研究。羊毛本身具有很多反应性基团，可以在此基础上附加一些物质，制备超疏水羊毛织物。受自然启发，海洋贻贝组分多巴胺被用来改性材料的表面，然后利用多巴胺超粘附特性，将一些功能性物质黏附在上面，达到最终改性的目的。然而，上述反应制备时常需调节溶液的pH值在8.5左右，且多巴胺聚合反应过程时间过长(一般为24小时)。因此探索制备廉价、环境友好且制备工艺简单的超疏水羊毛织物具有很大意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种超疏水羊毛织物及其制备方法，原料环保易得，处理条件温和、耗时少、能耗小，操作简单、效率高，便于工业化生产。
在一方面，本发明提供了一种超疏水羊毛织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)在50-70℃下，将羊毛织物以1:20-1:50的浴比浸渍于含有金属离子以及多巴胺的水溶液中，并向溶液中通入氧气反应，反应完全后洗涤织物，然后在50℃-80℃下干燥；
(2)使用含有多价金属离子的水溶液对干燥后的羊毛织物进行浸轧处理，浸轧处理为二浸二轧法，浸轧处理压力为0.1kg/cm2-0.5kg/cm2；
(3)浸轧处理后，将处理后的织物在60℃下预烘20min，然后在70℃-90℃下焙烘40min-60min，得到所述超疏水羊毛织物。
进一步地，在步骤(1)中，水溶液中，金属离子的浓度为1.5mmol/L-4mmol/L。
进一步地，在步骤(1)中，水溶液中，多巴胺的浓度为2g/L-5g/L。
进一步地，在步骤(1)中，通入氧气的压力为1-10kPa。
进一步地，在步骤(1)中，反应时间为40-70min。
进一步地，在步骤(1)中，所述金属离子为铁离子、亚铁离子和锰离子中的一种或几种。
进一步地，在步骤(2)中，含有多价金属离子的水溶液的浓度为40mmol/L-80mmol/L。
进一步地，在步骤(2)中，所述含有多价金属离子的水溶液的pH值为4-7。优选地，pH值为4-5。
进一步地，在步骤(2)中，所述多价金属离子为亚铁离子、铁离子、铜离子和锌离子中的一种或几种。
进一步地，在步骤(2)中，浸轧处理时，先将干燥后的羊毛织物在含有多价金属离子的水溶液中浸泡1min-2min，然后进行轧液处理。
在另一方面，本发明还提供了一种采用上述方法所制备的超疏水羊毛织物。
本发明的超疏水羊毛织物，对水滴的接触角大于150°。具有良好的稳定性，且有较强的耐水洗性。
本发明的原理是：在金属离子催化条件下，羊毛表面的酪氨酸氧化，形成自由基活性位点，其与溶液中的多巴胺结合形成接枝，在持续通入氧气的情况下，多巴胺进一步发生氧化聚合，在羊毛表面形成聚多巴胺分子涂层。在使用含有多价金属离子的溶液进行浸轧处理时，聚多巴胺分子结构中酚羟基通过强螯合作用吸附多价金属离子，在弱酸性条件下强迫水解形成羟基氧化物，再经干燥失水形成颗粒，覆盖在羊毛织物的表面形成纳米颗粒涂层，即在羊毛织物表面形成超疏水的纳米结构。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明提供的超疏水羊毛织物的制备方法中，多巴胺采用快速氧化聚合的方式聚合，大大加快了多巴胺聚合速率。克服了多巴胺传统聚合方法耗时长(通常24h)，效率低的缺陷。
(2)本发明中聚多巴胺一方面通过螯合作用吸附多价金属离子作为矿化位点，另一方面利用极强的界面粘附性能使羟基氧化物稳定固定在织物表面。改善了传统疏水性织物不耐久，牢度低的不足；所使用的原料绿色环保无污染，符合节能减排的生态理念。
(3)本发明的超疏水羊毛织物的制备方法处理温度低、能耗少，操作简单、耗时短、效率高，便于工业化生产，可扩大羊毛织物的应用范围，增加产品的附加值。
(4)采用本发明的方法所制备的超疏水羊毛织物，其对油滴的接触角几乎为零，对水滴的接触角大于150°。具有良好的稳定性，且有较强的耐水洗性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是羊毛织物经实施例一的方法处理前后的电镜扫描图；
图2是羊毛织物经实施例一的方法处理前后的接触角图；
图3是羊毛织物经实施例四的方法处理前后的电镜扫描图；
图4是羊毛织物经实施例四的方法处理前后的接触角图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
将4g羊毛织物浸入含有4mmol/L七水合硫酸亚铁和2g/L多巴胺的水溶液中；向溶液中鼓入2kPa的氧气，在50℃的水浴锅中反应70min。反应完全后取出织物，洗涤去除未反应的试剂，然后在80℃下干燥40min。
将干燥后的羊毛织物浸入40mmol/L的七水合硫酸亚铁水溶液(pH值为4)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。然后将处理过的织物再次浸入40mmol/L的七水合硫酸亚铁水溶液(pH值为4)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。
浸轧处理后，取出织物，洗涤去除未反应的试剂，在60℃预烘20min，然后提高温度至90℃焙烘40min，得到超疏水羊毛织物。
附图1是使用本发明的方法处理前后羊毛织物的表面形态，由图1(a)可以看出，处理前羊毛纤维表面光滑，有明显的鳞片层结构，由图1(b)可以看出，处理后纤维表面有大量颗粒分布，表面粗糙度增加；附图2(a)显示的是处理前羊毛对水的接触角，为0°，表明原始织物具有较好的亲水性能，附图2(b)是本实施例制备的超疏水羊毛织物对水的接触角，达到了157°。
实施例二
将4g羊毛织物浸入含有4mmol/L六水合氯化铁和2g/L多巴胺的水溶液中；向溶液中鼓入5kPa的氧气，在60℃的水浴锅中反应60min。反应完全后取出织物，洗涤去除未反应的试剂，然后在80℃下干燥40min。
将干燥后的羊毛织物浸入80mmol/L的无水硫酸铜水溶液(pH值为6)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。然后将处理过的织物再次浸入80mmol/L的无水硫酸铜水溶液(pH值为6)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。
浸轧处理后，取出织物，洗涤去除未反应的试剂，在60℃预烘20min，然后提高温度至80℃焙烘60min，得到超疏水羊毛织物。
实施例三
将4g羊毛织物浸入含有12mmol/L无水醋酸锰和4g/L多巴胺的水溶液中；向溶液中鼓入5kPa的氧气，在70℃的水浴锅中反应50min。反应完全后取出织物，洗涤去除未反应的试剂，然后在80℃下干燥30min。
将干燥后的羊毛织物浸入80mmol/L的六水合氯化铁水溶液(pH值为5)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。然后将处理过的织物再次浸入含有80mmol/L的六水合氯化铁水溶液(pH值为5)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。
浸轧处理后，取出织物，洗涤去除未反应的试剂，在60℃预烘20min，然后提高温度至80℃焙烘60min，得到超疏水羊毛织物。
实施例四
将4g羊毛织物浸入含有3mmol/L六水合氯化铁和4g/L多巴胺的水溶液中；向溶液中鼓入5kPa的氧气，在60℃的水浴锅中反应60min。反应完全后取出织物，洗涤去除未反应的试剂，然后在80℃下干燥30min。
将干燥后的羊毛织物浸入60mmol/L的氯化锌水溶液(pH值为5)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。然后将处理过的织物再次浸入含有60mmol/L的氯化锌水溶液(pH值为5)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。
浸轧处理后，取出织物，洗涤去除未反应的试剂，在60℃预烘20min，然后提高温度至80℃焙烘60min，得到超疏水羊毛织物。
附图3是使用本发明的方法处理前后羊毛织物的表面形态，由图3(a)可以看出，处理前纤维表面光滑平整，有明显的鳞片层结构，由图3(b)可以看出，处理后纤维表面有颗粒聚集，表面粗糙度增加；附图4(a)显示的是处理前羊毛对水的接触角，为0°，表明原始织物具有较好的亲水性能，附图4(b)是本实施例制备的超疏水羊毛织物对水的接触角，达到了155°。
实施例五
将4g羊毛织物浸入含有6mmol/L七水合硫酸亚铁和2g/L多巴胺的水溶液中；向溶液中鼓入5kPa的氧气，在50℃的水浴锅中反应60min。反应完全后取出织物，洗涤去除未反应的试剂，然后在80℃下干燥30min。
将干燥后的羊毛织物浸入80mmol/L的七水合硫酸亚铁水溶液和60mmol/L无水硫酸铜水溶液的混合溶液(pH值为4)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。然后将处理过的织物再次浸入含有80mmol/L七水合硫酸亚铁和60mmol/L无水硫酸铜的混合溶液(pH值为4)中2min，然后在0.5kg/cm2压力下轧液处理。
浸轧处理后，取出织物，洗涤去除未反应的试剂，在60℃预烘20min，然后提高温度至80℃焙烘40min，得到超疏水羊毛织物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超疏水羊毛织物的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)在50-70℃下，将羊毛织物以1:20-1:50的浴比浸渍于含有金属离子以及多巴胺的水溶液中，水溶液中，金属离子的浓度为1.5mmol/L-4mmol/L，并向溶液中通入氧气反应，反应完全后洗涤织物，然后在50℃-80℃下干燥；
(2)使用含有多价金属离子的水溶液对干燥后的羊毛织物进行浸轧处理，浸轧处理为二浸二轧法，浸轧处理压力为0.1kg/cm2-0.5kg/cm2；所述含有多价金属离子的水溶液的pH值为4-7；
(3)浸轧处理后，将处理后的织物在60℃下预烘20min，然后在70℃-90℃下焙烘40min-60min，得到所述超疏水羊毛织物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，水溶液中，多巴胺的浓度为2g/L-5g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，通入氧气的压力为1-10kPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，反应时间为40-70min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述金属离子为铁离子、亚铁离子和锰离子中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，含有多价金属离子的水溶液的浓度为40mmol/L-80mmol/L。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述多价金属离子为亚铁离子、铁离子、铜离子和锌离子中的一种或几种。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的方法所制备的超疏水羊毛织物。
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