CN111472171B - 一种超疏水织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水织物及其制备方法。以氟烷基芳香胺为反应单体，亚硝酸钠为重氮化试剂，在稀酸溶液中经低温重氮化制得芳香胺重氮盐；在化学还原剂的作用下把重氮盐还原成含氟芳香自由基；重氮自由基单体在天然织物纤维上进行单电子自由基引发聚合反应，制得一种纤维表面糙化的超疏水织物。本发明织物处理在室温下接枝聚合完成，生产工艺条件温和，避免了电化学还原对设备要求高及可能的潜在危险，产品制备工艺简单及操作安全。作为以化学接枝得到的超疏水织物，纤维表面涂层以共价键与纤维结合，具有优异的牢度，且不影响织物的服用性能，解决了通过涂层等方法获得超疏水织物牢度差的难题。

Description

一种超疏水织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超疏水织物及其制备方法，具体涉及一种含氟烷基芳香胺通过重氮自由基共价键接枝聚合的方法，及对纤维表面改性制备的超疏水织物，属于特种功能性纺织品及其制备技术领域。
背景技术
目前对于纺织品拒水整理，除了传统方法直接以含氟聚丙烯酸酯乳液整理织物以外，还有开环聚合（ROP）、辐射诱导（γ射线、紫外线及等离子体）、原子转移自由基聚合（ATRP）及涂层等处理方法。
其中，传统方法中合成含氟聚丙烯酸酯乳液，在对织物进行后整理，可以赋予处理织物良好的拒水效果和高接触角（一种织物拒水拒油整理剂及其制备方法，专利号: ZL201510046236.3），然而，这些方法得到的整理织物整理耐久性和耐皂洗性一般都较差。对纤维直接进行化学改性可提供辐射诱导、ATRP等处理方法是直接对织物中纤维进行化学改性，这些方法可提供改性剂与纤维之间的化学键合，往往处理效果持久，但存在着操作难度大、工艺复杂、设备要求苛刻，成本高且容易损伤纤维的问题。
众所周知，影响纤维润湿性能的两个主要因素为：纤维表面的化学组成成份和表面微观结构形貌。只有当纤维表面具有可控的糙化形貌，结合低表面能物质包裹覆盖作用，纤维和织物方能提供超过150°对水接触角和小于10°对水滚动角，也才能获得超疏水性能。此时，水滴在材料表面很容易滚动，表现出“荷叶效应”；污垢灰尘等杂质则很容易被滚动的水滴吸附带走表现出自清洁抗污能力，此类功能织物的制备及表面性能研究在工业和学术上都获得了广泛的关注。然而，织物涂层处理会影响织物原有的手感、透气性等性能。
发明内容
本发明将重氮自由基共价接枝聚合法用于天然纤维材料表面改性，公开了一种超疏水织物及其制备方法，制备时使含氟烷基芳香基在纤维表面接枝聚合；通过控制处理工艺，在保证织物（或纤维）的强力、透气性、白度，以及服用性能等不受影响的前提下，含氟烷基芳基接枝链产生二级糙化结构，从而获得超疏水功能织物。针对目前超疏水织物所普遍存在的耐久牢度不理想的问题，本发明利用芳香胺类重氮还原之后的单电子自由基，与天然纤维上发生均裂形成的自由基之间形成共价键键合，从而提高超疏水织物的耐久牢度。
实现本发明目的的技术方案是：利用含氟烷基芳香基自由基单体与天然纤维之间通过单电子自由基共价接枝聚合，生产一种表面糙化的超疏水纤维织物；织物处理是通过重氮自由基单电子芳香聚合完成，制备时含氟烷基芳香基在纤维表面接枝聚合产生二级糙化结构，由此获得超疏水功能织物。具体的，本发明公开了一种超疏水织物，包括织物纤维以及纤维表面接枝的化学结构，所述化学结构如下：
Figure 998420DEST_PATH_IMAGE001
超疏水织物可如下表示：
Figure 745184DEST_PATH_IMAGE002
其中，n=3~50；R1=H，-CF3，-C2F5，-C4F9 或 -C6F13；R2=-CF3，-C2F5，-C4F9 或 -C6F13。
本发明公开了上述超疏水织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）重氮化：含氟烷基苯胺单体在亚硝酸钠的稀酸溶液中进行重氮化形成含氟烷基苯重氮盐；
（2）还原：含氟烷基苯重氮盐在还原剂的作用下转变为含氟烷基苯自由基单体；
（3）共价接枝聚合：使含氟烷基苯自由基单体与织物纤维上的自由基进行原位单电子自由基共价接枝聚合反应，得到超疏水织物。
进一步的，原位单电子自由基共价接枝聚合反应结束后水洗、烘干，制得一种纤维表面糙化的超疏水织物。
本发明中，织物为棉、麻、毛、丝单纺或者混纺织物，织物中纤维为棉、麻、毛、丝中的一种或几种。所述超疏水织物表面具有微米/纳米二级糙化结构，该糙化结构由含氟烷基芳基自由基共价接枝聚合物链先形成纳米级细颗粒，纳米级细颗粒继续簇集形成微米颗粒。
本发明中，步骤（1）中，重氮化反应的温度为-20~45℃，最好为-5~5℃；重氮化反应的时间为0.1~24h，最好为0.5~5h。步骤（2）中，还原反应的温度为5~45℃，最好为室温；还原反应的时间为1~48h，优选3~20h。步骤（3）中，聚合反应的时间为1~120h，最好为36~60h；聚合反应的温度为室温。
含氟烷基苯胺单体的化学结构式如下：
Figure 871272DEST_PATH_IMAGE003
取代基如上。
本发明公开的上述超疏水织物的制备方法，具体步骤如下：
（1）重氮化：
Figure 601330DEST_PATH_IMAGE004
以亚硝酸钠和含氟烷基苯胺单体按照1.1:1摩尔比作为反应单体，先把亚硝酸钠在低温条件下加入稀酸溶液中搅拌溶解，再加入含氟烷基苯胺，搅拌，生成含氟烷基苯重氮盐；
（2）还原：
Figure 191580DEST_PATH_IMAGE005
将化学还原剂加入上述含氟烷基苯重氮盐溶液中，室温反应，把含氟烷基苯重氮盐还原成含氟烷基苯自由基单体；
（3）共价接枝聚合：
Figure 46929DEST_PATH_IMAGE006
将织物加入到含氟烷基苯自由基单体反应溶液中，含氟烷基苯自由基单体在天然纤维上进行单电子自由基引发生成自由基并通过原位自由基共价接枝聚合反应；反应结束后取出改性后的织物，放入水中洗涤，再干燥后得到超疏水织物。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案其有益效果在于：
1、本发明利用含氟烷基苯胺的芳香重氮自由基共价接枝聚合的方法对纤维进行表面改性整理，从而赋予超疏水织物优异的耐久牢度，解决了常规涂层通过物理作用固着织物而牢度差的问题；这一点对于开发一种新型超疏水织物及提高其服用性能而言具有非常重要的意义。
2、含氟烷基苯胺共价接枝的聚合度大小可控，其纤维表面接枝的粗糙度具有二级结构，且粗糙度和结构可控；
3、所采用的氟烷基苯胺单体中，氟烷基为短碳链氟烷基，与长碳链氟烷烃类材料不易降解相比，本发明提供超疏水功能主要通过调控纤维表面糙化结构来实现，得到的疏水材织物不仅具有价格低廉的优势，提供的处理方法还是一种环保的超疏水织物制备手段；
4、超疏水织物的制备方法为“一浴法”，反应介质为稀酸溶液，反应条件为低温和室温，制备工艺简单、条件温和，易于工业化生产和推广。
附图说明
图1是实施例一制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图2是实施例一制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得织物对水接触角为150.2°，处理织物超疏水。
图3是实施例二制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图4是实施例二制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为150.5°，处理织物超疏水。
图5是实施例三制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了明显的二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性；其中右上插图为实施例三制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为164.0°，处理织物超疏水。
图6是实施例四制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图7是实施例四制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为153.8°，处理织物超疏水。
图8是实施例五制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图9是实施例五制备得到的自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为152.7°，处理织物超疏水。
图10是实施例六制备得到的整理织物皂洗前接触角测试图，测得接触角为15.3°。
图11是对比实施例一制备得到的二甲基苯基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由二甲基苯基聚合物接枝链形成二级糙化结构。
图12是对比实施例一制备得到的二甲基苯基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为131.7°，处理织物疏水，但并未达到超疏水。
图13是对比实施例二制备得到的苯基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由苯胺聚合物链形成了球型糙化结构，但并未形成二级糙化结构。
图14是对比实施例二制备得到的苯基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为120.6°，处理织物疏水，但并未达到超疏水。
图15为本发明实施例一制备的超疏水织物红外图谱。
具体实施方式
本发明公开的上述超疏水织物的制备方法如下：
（1）重氮化：含氟烷基苯胺单体在亚硝酸钠的稀酸溶液中进行重氮化形成含氟烷基苯重氮盐；
（2）还原：含氟烷基苯重氮盐在还原剂的作用下转变为含氟烷基苯自由基单体；
（3）共价接枝聚合：使含氟烷基苯自由基单体与织物纤维上的自由基进行原位单电子自由基共价接枝聚合反应，得到超疏水织物。
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步描述；本发明涉及的原料都为市售常规物质，测试方法为织物常规测试方法。与现有技术相比，本发明织物涂层方法工艺简单和操作容易，可以获得具有糙化形貌的涂层，这一点对于改变纤维和织物表面浸润性非常重要。
实施例一
（1）制备3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5wt%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液；再加入687.39mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温（-5℃）重氮化反应1h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐，直接用于步骤（2）。
（2）生成3，5-双（三氟甲基）苯自由基
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应6h，3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-双（三氟甲基）苯自由基，直接用于步骤（3）。
（3）制备超疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物（棉织物亲水性强、测不出水接触角）加入到上述3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体反应溶液中室温搅拌36h，完成原位自由基共价接枝聚合；取出棉织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，然后放入烘箱中40℃干燥，得超疏水织物。
测试了处理前后棉织物比表面衰减全反射红外光谱（ATR，见附图15），其中，1278.96cm-1、1158.77 cm-1为三氟甲基（CF3）特征吸收峰，1634.46 cm-1为苯环骨架特征吸收峰，系列特征峰在处理前棉织物ATR曲线中则未出现，这说明通过本实施例处理，已经将三氟甲苯成功接枝到面纤维表面了。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗，测试接枝改性的皂洗耐久性。皂洗测试时水洗温度为40°C，水洗时间为45 min。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的超疏水织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后超疏水织物表面接触角分别为153.8°和150.2°，皂洗后仍能表现出超疏水性能，表明整理耐久性好。
（6）透气性测试
处理前后织物透气性测试按照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》，在YG461E-III型全自动透气仪上测试，测试压差为：100pa，测试面积为：20cm2。测得处理前空白棉织物透气性为66. 1 mm·s-1，经本实施例处理后透气性仅略微下降，为65.5 mm·s-1。
现有技术CN104594045A实施例三公开了一种疏水织物，采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗（与上方法一致）前后的超疏水织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后超疏水织物表面接触角分别为140.8°和110.1°，皂洗后疏水性能下降明显。而且透气度由原始棉织物的66 mm·s-1下降为处理后的53.7 mm·s-1。
实施例二
（1）生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐：
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，3wt%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液。加入687.39mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温重氮化1h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐。
（2）生成3，5-双（三氟甲基）苯自由基：
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应8h，3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-双（三氟甲基）苯自由基，直接用于步骤（3）。
（3）制备超疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体反应溶液中室温搅拌36h，完成原位自由基共价接枝聚合；取出棉织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，然后放入烘箱中40℃干燥，得超疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗后，测试接枝改性的皂洗耐久性。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为153.3°和150.5°,皂洗后仍能表现出超疏水性能，表明整理耐久性好。
（6）透气性测试
处理前后织物透气性测试按照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》，在YG461E-III型全自动透气仪上测试，测试压差为：100pa，测试面积为：20cm2。测得处理前空白棉织物透气性为66. 0 mm·s-1，经本实施例处理后透气性仅略微下降，为65.4 mm·s-1。
实施例三
（1）生成m-九氟丁基苯胺重氮盐
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5wt%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液；再加入与687.39mg3，5-双（三氟甲基）苯胺等摩尔量的m-九氟丁基苯胺保温重氮化1h，生成m-九氟丁基苯胺重氮盐，直接用于步骤（2）。
3，5-双（三氟甲基）苯胺的化学结构式如下：
Figure 988209DEST_PATH_IMAGE007
m-九氟丁基苯胺的化学结构式如下：
Figure 256379DEST_PATH_IMAGE008
（2）生成m-九氟丁基苯自由基
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应6h，m-九氟丁基苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成m-九氟丁基苯基自由基，直接用于步骤（3）。
（3）制备超疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物（棉织物亲水性强、测不出水接触角）加入到上述m-九氟丁基苯自由基单体反应溶液中室温搅拌36h，完成原位自由基共价接枝聚合；取出棉织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，然后放入烘箱中40℃干燥，得超疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗测试，评价接枝改性的皂洗耐久性。皂洗测试时水洗温度为40°C，水洗时间为45 min。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为169.2°和164.0°，皂洗后仍能表现出非常优异的超疏水性能，表明整理耐久性好。
（6）透气性测试
处理前后织物透气性测试按照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》，在YG461E-III型全自动透气仪上测试，测试压差为：100pa，测试面积为：20cm2。测得处理前空白棉织物透气性为66. 1 mm·s-1，经本实施例处理后透气性基本不下降，为65.7 mm·s-1。
实施例四
（1）生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液。加入687.39mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温重氮化1h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐。
（2）生成3，5-双（三氟甲基）苯自由基
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应12h，3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-双（三氟甲基）苯自由基，同时释放氮气。
（3）制备超疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体反应溶液中室温慢速搅拌。首先，3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体把棉纤维上的羟基发生均裂生成氧自由基，然后，其它的3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体继续与棉纤维上的羟基自由基发生原位自由基共价接枝聚合60h。取出织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，直至全部去除非共价键物理吸附在纤维表面的单体，然后放入烘箱中40℃干燥，得超疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗后，测试接枝改性的皂洗耐久性。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为156.7°和153.8°,皂洗后仍能表现出较好的超疏水性能，表明整理耐久性好。
实施例五：
（1）生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐：
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液。加入687.39mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温重氮化3h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐。
（2）生成3，5-双（三氟甲基）苯自由基：
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应8h，3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-双（三氟甲基）苯自由基，同时释放氮气。
（3）制备超疏水织物：
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体反应溶液中室温慢速搅拌。首先，3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体把棉纤维上的羟基发生均裂生成氧自由基，然后，其它的3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体继续与棉纤维上的羟基自由基发生原位自由基共价接枝聚合36h。取出织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，直至全部去除非共价键物理吸附在纤维表面的单体，然后放入烘箱中40℃干燥，得超疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗后，测试接枝改性的皂洗耐久性。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为154.3°和152.7°,皂洗后仍能表现出较好的超疏水性能，表明整理耐久性好。
实施例六
（1）制备3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5wt%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液；再加入687.39mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温（-5℃）重氮化反应1h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐，直接用于步骤（2）。
（2）制备超疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物（棉织物亲水性强、测不出水接触角）加入到上述重氮盐溶液中室温搅拌36h，完成原位自由基共价接枝聚合；取出棉织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，然后放入烘箱中40℃干燥，得处理织物。
（3）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗测试，评价接枝改性的皂洗耐久性。皂洗测试时水洗温度为40°C，水洗时间为45 min。
（3）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗测试，评价接枝改性的皂洗耐久性。皂洗测试时水洗温度为40°C，水洗时间为45 min。
（4）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前整理织物表面接触角为15.3°，亲水，未获得疏水功能。
（5）透气性测试
处理前后织物透气性测试按照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》，在YG461E-III型全自动透气仪上测试，测试压差为：100pa，测试面积为：20cm2。测得处理前空白棉织物透气性为66. 1 mm·s-1，经本实施例处理后透气性基本不变，为65.9 mm·s-1。
实施例七
（1）生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，1.5wt%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液；再加入687.42mg的3，5-双（三氟甲基）苯胺保温（-5℃）重氮化反应1h，生成3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐，直接用于步骤（2）。
（2）生成3，5-双（三氟甲基）苯自由基
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应1h，3，5-双（三氟甲基）苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-双（三氟甲基）苯自由基，直接用于步骤（3）。
（3）制备疏水织物
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述3，5-双（三氟甲基）苯自由基单体反应溶液中室温搅拌36h，完成原位自由基共价接枝聚合；取出棉织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，然后放入烘箱中40℃干燥，得疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗，测试接枝改性的皂洗耐久性。皂洗测试时水洗温度为40°C，水洗时间为45 min。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的疏水织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后疏水织物表面接触角分别为139.5°和133.2°。皂洗前后疏水性能好，但从接触角低于150.0゜的结果看来，处理织物的疏水性能低，不是超疏水织物。
（6）透气性测试
处理前后织物透气性测试按照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》，在YG461E-III型全自动透气仪上测试，测试压差为：100pa，测试面积为：20cm2。测得处理前空白棉织物透气性为66. 1 mm·s-1，经本实施例处理后透气性基本不下降，为66.0 mm·s-1。
对比实施例一：二甲基苯基自由基接枝改性棉织物
（1）生成3，5-二甲基苯胺重氮盐：
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，3%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液。加入687.39mg的3，5-二甲基苯胺保温重氮化1h，生成3，5-二甲基苯胺重氮盐。
（2）生成3，5-二甲基苯自由基：
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应8h，3，5-二甲基苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成3，5-二甲基苯自由基，同时释放氮气。
（3）制备超疏水织物：
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述3，5-二甲基苯自由基单体反应溶液中室温慢速搅拌。首先，3，5-二甲基苯自由基单体把棉纤维上的羟基发生均裂生成氧自由基，然后，其它的3，5-二甲基苯自由基单体继续与棉纤维上的羟基自由基发生原位自由基共价接枝聚合36h。取出织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，直至全部去除非共价键物理吸附在纤维表面的单体，然后放入烘箱中40℃干燥，得疏水织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗后，测试接枝改性的皂洗耐久性。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为113.6°和108.2°，处理织物皂洗前后都不能表现出超疏水性能。
对比实施例二：苯胺芳基自由基接枝改性棉纤维
（1）生成苯胺重氮盐：
三口烧瓶配备温度计，T型三通配备气球，装备磁力搅拌。加入60 ml，3%的盐酸溶液，冷浴降温至0℃，加入228mg亚硝酸钠，冷浴降温至-5℃，搅拌溶解形成亚硝酸钠盐酸溶液。加入687.39mg的苯胺保温重氮化1h，生成苯胺重氮盐。
（2）生成苯自由基：
在上述重氮盐溶液中加入2g铁粉，反应液升温至室温反应8h，苯胺重氮盐在还原剂铁粉的作用下被还原成苯自由基，同时释放氮气。
（3）制备共价接枝聚合织物：
将一块3×5cm2的棉织物加入到上述苯自由基单体反应溶液中室温慢速搅拌。首先，苯自由基单体把棉纤维上的羟基发生均裂生成氧自由基，然后，其它的苯自由基单体继续与棉纤维上的羟基自由基发生原位自由基共价接枝聚合36h。取出织物终止反应，放入水中进行超声水洗5min，直至全部去除非共价键物理吸附在纤维表面的单体，然后放入烘箱中40℃干燥，得共价接枝聚合织物。
（4）耐洗牢度测试
处理布样按照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度》进行皂洗后，测试接枝改性的皂洗耐久性。
（5）接触角测试
采用德国Krüss公司的DSA100型全自动微观液滴润湿性测量仪对皂洗前后的涂层织物润湿性能测试，选取水作为测试液滴，液滴体积为5μL，分别测试五次取其平均值。测得皂洗前后自由基共价接枝聚合整理织物表面接触角分别为123.7°和120.6°，处理织物疏水但达不到超疏水性能。
上述实施例以及对比例处理织物的相关测试图如下：
图1是实施例一制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图2是实施例一制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得织物对水接触角为150.2°，处理织物超疏水。
图3是实施例二制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图4是实施例二制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为150.5°，处理织物超疏水。
图5是实施例三制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了明显的二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性；其中右上插图为实施例三制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为164.0°，处理织物超疏水。
图6是实施例四制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟烷基芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图7是实施例四制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为153.8°，处理织物超疏水。
图8是实施例五制备得到的含氟烷基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由含氟芳基聚合物链形成了二级糙化结构，且皂洗稳定，具有耐久性。
图9是实施例五制备得到的自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为152.7°，处理织物超疏水。
图10是实施例六制备得到的整理织物皂洗前接触角测试图，测得接触角为15.3°。
图11是对比实施例一制备得到的二甲基苯基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由二甲基苯基聚合物接枝链形成二级糙化结构。
图12是对比实施例一制备得到的二甲基苯基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为131.7°，处理织物疏水，但并未达到超疏水。
图13是对比实施例二制备得到的苯基自由基接枝聚合整理织物扫描电子显微镜（SEM）图，纤维表面由苯胺聚合物链形成了球型糙化结构，但并未形成二级糙化结构。
图14是对比实施例二制备得到的苯基自由基接枝聚合整理织物皂洗后接触角测试图，测得接触角为120.6°，处理织物疏水，但并未达到超疏水。
本发明公开的重氮自由基共价接枝聚合法是一种可改变基材表面形貌的方法，其合成具有多种官能团的重氮盐很容易，以及合成接枝层的结构和稳定性，从而用这种方法来控制基底材料表面的化学性质并扩大其应用范围。重氮自由基共价接枝改性方法主要由两步过程完成：第一步涉及到芳香重氮盐的还原产生芳香自由基；第二步为自由基和基底材料表面之间发生共价键合反应。尤其是，本发明解决了目前关于芳香重氮自由基共价接枝改性中的还原过程主要是通过电化学还原的方法完成，由于电化学还原的方法对设备要求比较苛刻，同时成本也比较高的问题。

Claims (9)

1.一种超疏水织物，包括织物纤维以及纤维表面接枝的化学结构，所述织物为棉织物，所述化学结构如下：
Figure 20001DEST_PATH_IMAGE001
其中，n=3~50；R1=H，-CF3，-C2F5，-C4F9 或 -C6F13；R2=-CF3，-C2F5，-C4F9 或 -C6F13。
2.根据权利要求1所述超疏水织物，其特征在于，所述超疏水织物表面具有微米/纳米二级糙化结构。
3.根据权利要求1所述超疏水织物，其特征在于，所述超疏水织物的制备方法包括如下步骤：
（1）含氟烷基苯胺单体在亚硝酸钠的稀酸溶液中进行重氮化形成含氟烷基苯重氮盐；
（2）所述含氟烷基苯重氮盐在还原剂的作用下进行还原反应，得到含氟烷基苯自由基单体；
（3）使所述含氟烷基苯自由基单体在织物纤维上进行原位单电子自由基共价接枝聚合反应，得到超疏水织物。
4.根据权利要求3所述超疏水织物，其特征在于，步骤（1）中，所述稀酸溶液为稀盐酸溶液或稀硫酸溶液；所述稀酸溶液的质量浓度为0.5%~5%；含氟烷基苯胺单体、亚硝酸钠的摩尔比为1∶1.1。
5.根据权利要求3所述超疏水织物，其特征在于，步骤（1）中，重氮化反应的温度为-20~45℃；重氮化反应的时间为0.1~24h。
6.根据权利要求3所述超疏水织物，其特征在于，步骤（2）中，还原剂为铁粉、锌粉或维生素C中的任意一种；还原反应的温度为5~45℃；还原反应的时间为1~48h。
7.根据权利要求3中所述超疏水织物，其特征在于，步骤（3）中，聚合反应的时间为1~120h；聚合反应的温度为室温。
8.权利要求1所述超疏水织物在制备疏水材料中的应用。
9.权利要求1所述超疏水织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）含氟烷基苯胺单体在亚硝酸钠的稀酸溶液中进行重氮化形成含氟烷基苯重氮盐；
（2）所述含氟烷基苯重氮盐在还原剂的作用下进行还原反应，得到含氟烷基苯自由基单体；
（3）使所述含氟烷基苯自由基单体在织物纤维上进行原位单电子自由基共价接枝聚合反应，得到超疏水织物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230323593A1 (en) * 2020-09-09 2023-10-12 Soochow University Water-repellent fabric and preparation method therefor
CN112127157B (zh) * 2020-09-28 2021-11-09 苏州大学 一种聚氨基酸接枝改性拒水织物及其制备方法
WO2022165777A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 苏州大学 一种基于微纳结构的超疏水织物及其制备方法
WO2023044685A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 苏州大学 一种高通量油水分离复合金属网及其制备方法与应用
CN113713431A (zh) * 2021-09-23 2021-11-30 苏州大学 一种高通量油水分离复合金属网及其制备方法与应用
CN114481608B (zh) * 2022-02-15 2022-12-30 苏州大学 一种卡宾共接枝改性织物及其制备方法与应用
CN115559119B (zh) * 2022-05-05 2024-07-05 苏州大学 一种多功能超疏水织物及其制备方法
CN114990885B (zh) * 2022-06-30 2023-08-15 苏州大学 一种防紫外超疏水织物及其制备方法
CN115531979A (zh) * 2022-09-16 2022-12-30 广东以色列理工学院 一种可实时调节液体渗透性的智能网材及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104594028A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 上海工程技术大学 一种具有超疏水表面的耐久纤维素纤维织物的制备方法
CN109137468A (zh) * 2018-07-18 2019-01-04 东华大学 一种棉织物含氟丙烯酸酯聚合物拒水整理方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104594028A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 上海工程技术大学 一种具有超疏水表面的耐久纤维素纤维织物的制备方法
CN109137468A (zh) * 2018-07-18 2019-01-04 东华大学 一种棉织物含氟丙烯酸酯聚合物拒水整理方法

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