CN112813683B - 一种超双疏织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超双疏织物及其制备方法。该制备方法,包括如下步骤:将乙醇和去离子水混合,并调节pH至8~11,得到第一溶液;向第一溶液中加入盐酸多巴胺、氨基硅烷和氟硅烷,混合均匀后得到第二溶液;将织物浸泡在第二溶液中,搅拌反应20~60h,取出干燥后得到超双疏织物。本发明的制备方法简单、原料成本低,能够通过一步反应直接在织物表面构筑粗糙结构,并降低织物表面能,形成超双疏表面;本发明的超双疏织物具有优异的耐紫外、防污染性能,同时在水和泵油中都能够增加其自身浮力、具有良好的承载能力,在服装、包装、雨伞制造等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纺织技术领域,尤其涉及一种超双疏织物及其制备方法。
背景技术
超双疏表面是指对水和油的接触角大于150°的表面。这种表面将疏水和疏油性能集于一体,可以赋予基底自清洁、防污染等优良性能。棉纤维作为天然可再生资源,具有良好的亲水性和舒适性,在服装、包装等领域受到广泛的应用。但是在其应用过程中,带有灰尘或者污物的水滴或者油滴很容易渗入到棉布的内部使其受到污染。因此,棉布的超双疏改性是纺织品功能改性的热点之一。
目前,已有很多表面改性技术被用于制备超双疏表面,如采用刻蚀法、相分离、溶胶凝胶法等来帮助基质构建粗糙度,但这些制备方法具有成本高、制备工艺复杂、产品耐久性不高等问题,极大限制了其应用范围。华南理工大学Luo Guanzhou等人(Luo G,Wen L,Yang K,Li X,Xu S,Pi P,Wen X.Robust and durable fluorinated 8-MAPOSS-basedsuperamphiphobic fabrics with buoyancy boost and drag reduction[J].ChemicalEngineering Journal,2020,383,123125.)在棉织物表面原位接枝3-巯基丙基三乙氧基硅烷、8-甲基丙烯酸多面体寡聚倍半硅氧烷和2-(全氟辛基)甲基丙烯酸乙酯,最终获得的改性棉织物具有较好的超双疏性能以及防污、耐高温和增加浮力性能。然而,该方法需要分为三步,操作比较麻烦,而且得到的超双疏棉织物在水中只能承载自身重量的18.8倍,在油中只能承载自身重量的15.6倍,也只能在强紫外下(1000W)耐受7min的照射。因此,仍需提高一种制备方法简单、稳定性好、在水或油中浮力大的超双疏织物。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种超双疏织物及其制备方法,用以解决现有技术中超双疏织物制备过程繁琐、稳定性差、在水或油中浮力小的技术问题。
本发明的第一方面提供一种超双疏织物的制备方法,包括如下步骤:
将乙醇和去离子水混合,并调节pH至8~11,得到第一溶液;
向第一溶液中加入盐酸多巴胺、氨基硅烷和氟硅烷,混合均匀后得到第二溶液;
将织物浸泡在第二溶液中,搅拌反应20~60h,取出干燥后得到超双疏织物。
本发明的第二方面提供一种超双疏织物,该超双疏织物通过本发明第一方面提供的超双疏织物的制备方法得到。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明的制备方法简单、原料成本低,能够通过一步反应直接在织物表面构筑粗糙结构,并降低织物表面能,形成超双疏表面;
本发明的超双疏织物具有优异的耐紫外、防污染性能,同时在水和泵油中都能够增加其自身浮力、具有良好的承载能力,在服装、包装、雨伞制造等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例2制备的超双疏织物的SEM图;
图2是水、乙二醇、泵油分别在实施例2制备的超双疏织物表面的接触角图片;
图3是水、盐水、乙二醇、泵油、茶水、牛奶分别在实施例2制备的超双疏织物表面的光学图片;
图4是实施例2制备的超双疏织物分别在水和泵油中的承载能力图片;
图5是实施例2制备的超双疏织物经过连续4h的强紫外照射(1000W)后,水、乙二醇、泵油在其上的接触角图片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的第一方面提供一种超双疏织物的制备方法,包括如下步骤:
S1将乙醇和去离子水混合,并调节pH至8~11,得到第一溶液;
S2向第一溶液中加入盐酸多巴胺、氨基硅烷和氟硅烷,混合均匀后得到第二溶液;
S3将织物浸泡在第二溶液中,搅拌反应20~60h,取出干燥后得到超双疏织物。
本发明中,盐酸多巴胺通过自氧化聚合可以得到聚多巴胺(PDA),氟硅烷通过水解反应与氨基硅烷连接,聚多巴胺与氨基硅烷发生席夫碱反应在棉织物表面原位生成具有低表面能的纳米团簇,最终可以制备在水、油中具有优异的承载能力和防污性能的超双疏棉织物。同时,由于聚多巴胺良好的黏附性能,形成的粗糙结构不易从织物表面脱落,所得超双疏织物稳定性好。
本发明中,通过在织物表面原位生长纳米团簇构造粗糙结构,同时氟硅烷修饰在纳米团簇表面,无需额外加入纳米粒子即可构造适合超双疏性能的粗糙结构。此外,可以通过调控反应溶剂的pH值和盐酸多巴胺的含量来调控PDA和氨基硅烷的席夫碱反应所得的纳米团簇,从而得到具有不同粗糙形貌的织物表面。
本发明中,通过将乙醇和去离子水混合,能够使盐酸多巴胺、氨基硅烷和氟硅烷在二者的混合物中分散均匀、体系稳定性好。
本发明中,通过将第一溶液的pH调节到8~11,能够显著提高织物的疏水疏油性能,得到超双疏织物。进一步地,第一溶液的pH为9~11。更进一步地,第一溶液的pH为9。在该pH值条件下,所得超双疏织物的疏水、疏油效果最佳。
根据本发明,乙醇与去离子水的体积比为1:(0.5~2),优选为1:1。本发明通过滴加碱液的方式调节pH至8~11。具体地,碱液为质量分数为2%的氢氧化钠溶液。
根据本发明,氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-正丁基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种;氟硅烷为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷中的一种或多种。
根据本发明,第二溶液中,盐酸多巴胺的浓度范围为1~10mg/mL,进一步为1~4mg/mL,更进一步为2mg/mL;氨基硅烷的浓度范围为1~10mg/mL,进一步为1~4mg/mL,更进一步为2mg/mL;氟硅烷的浓度范围为1~15mg/mL,进一步为1~4mg/mL,更进一步为2mg/mL。优选地,氨基硅烷与氟硅烷的质量比为1:1。在该质量比范围内,所得织物疏水、疏油效果最佳。
根据本发明,织物为棉、涤纶、锦纶、聚酯中的一种。
根据本发明,织物浸泡在第二溶液前依次用去离子水和乙醇超声洗涤并干燥。
进一步地,织物浸泡在第二溶液中搅拌的时间为20~30h,进一步为24h;搅拌转速为100~1000rpm,优选为400~500rpm。
根据本发明,织物的干燥温度为40~100℃。
本发明中,若无特殊说明,本发明的反应过程在室温下进行。
本发明的第二方面提供一种超双疏织物,该超双疏织物通过本发明第一方面提供的超双疏织物的制备方法得到。
实施例1
一种超双疏织物,其制备方法包括如下步骤:
(1)将20mL乙醇和20mL去离子水混合,并用2wt%的NaOH溶液调节pH至9,得到第一溶液;
(2)搅拌状态下,向第一溶液中依次加入60mg盐酸多巴胺、80mg 3-氨丙基三乙氧基硅烷、80mg 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷,继续搅拌均匀,得到第二溶液;
(3)将经过乙醇和去离子水分别超声洗涤10min并烘干过的干净棉织物浸泡在第二溶液中,以450rpm的转速搅拌24h,取出后在60℃烘箱中干燥,得到超双疏织物。
测得本实施例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为154°、151°、124°,说明该改性棉织物具有超双疏性能。
实施例2
一种超双疏织物,其制备方法包括如下步骤:
(1)将20mL乙醇和20mL去离子水混合,并用2wt%的NaOH溶液调节pH至9,得到第一溶液;
(2)搅拌状态下,向第一溶液中依次加入80mg盐酸多巴胺、80mg 3-氨丙基三乙氧基硅烷、80mg 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷,继续搅拌均匀,得到第二溶液;
(3)将经过乙醇和去离子水分别超声洗涤10min并烘干过的干净棉织物浸泡在第二溶液中,以450rpm的转速搅拌24h,取出后在60℃烘箱中干燥,得到超双疏织物。
测得本实施例制备的改性棉织物的SEM图片如图1所示,接触角图片如图2所示,其与水、乙二醇和泵油的接触角分别为160°、155°、145°说明该改性棉织物具有超双疏性能。如图3,茶水、牛奶、盐水、乙二醇和泵油等都无法浸润改性超双疏棉织物内部,说明该棉织物具有优异的防污性能。通过图4可以看出,该超双疏织物在水、泵油中具有良好的承载能力,分别可以承载其自身重量的40倍、30倍(用所承载的NaCl的重量来衡量,原始棉织物重0.5g,水中NaCl的重量为20g,泵油中NaCl的重量为15g)。通过图5可以看出,经过4h的强紫外(1000W)照射后,其与水、乙二醇和泵油的接触角分别为153.4°、147.1°、139.4°,说明改性棉织物依然具有较好的紫外稳定性。
实施例3
实施例3与实施例2的区别仅在于:实施例3中,向第一溶液中依次加入100mg盐酸多巴胺、80mg 3-氨丙基三乙氧基硅烷、80mg 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷。
测得本实施例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为158°、154.3°、124.1°,说明该改性棉织物具有超双疏性能。
实施例4
实施例4与实施例2的区别仅在于:实施例4中,向第一溶液中依次加入40mg盐酸多巴胺、80mg 3-氨丙基三乙氧基硅烷、80mg 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷。
测得本实施例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为153.8°、151°、125.5°,说明该改性棉织物具有超双疏性能。
实施例5
实施例5与实施例2的区别仅在于:实施例5中,向第一溶液中依次加入160mg盐酸多巴胺、80mg 3-氨丙基三乙氧基硅烷、80mg 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷。
测得本实施例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为154.7°、152.1°、128°,说明该改性棉织物具有超双疏性能。
实施例6
实施例6与实施例2的区别仅在于:实施例6中,第一溶液的pH为11。
测得本实施例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为152.4°、150.2°、124.5°,说明该改性棉织物具有超双疏性能。
对比例1
对比例1与实施例2的区别仅在于,对比例1中未加入3-氨丙基三乙氧基硅烷。
测得本对比例制备的改性棉织物与水接触角为143°,乙二醇接触角为135°,与泵油的接触角为0°,无法达到超双疏效果。
对比例2
对比例2与实施例2的区别仅在于,对比例2中未加入盐酸多巴胺。
测得本对比例制备的改性棉织物与水接触角为141.8°,乙二醇接触角为132.4°,与泵油的接触角为0°,无法达到超双疏效果。
对比例3
对比例3与实施例2的区别仅在于,对比例3中未加入1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷。
测得本对比例制备的改性棉织物与水接触角为132.9°,乙二醇接触角为0°,与泵油的接触角为0°,无法达到超双疏效果。
对比例4
对比例4与实施例2的区别仅在于:对比例4中,第一溶液的pH为7。
测得本对比例制备的改性棉织物与水、乙二醇和泵油的接触角分别为145.9°、140°、130.9°,说明该改性棉织物此时具有高度疏水、油的效果。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超双疏织物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将乙醇和去离子水混合,并调节pH至8~11,得到第一溶液;
向所述第一溶液中加入盐酸多巴胺、氨基硅烷和氟硅烷,混合均匀后得到第二溶液;
将织物浸泡在所述第二溶液中,搅拌反应20~60h,取出干燥后得到超双疏织物;
其中,所述氨基硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-正丁基-3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种;所述氟硅烷为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷中的一种或多种;所述第二溶液中,盐酸多巴胺的浓度范围为1~10 mg/mL,氨基硅烷的浓度范围为1~10mg/mL,氟硅烷的浓度范围为1~15 mg/mL。
2.根据权利要求1所述超双疏织物的制备方法,其特征在于,所述第一溶液的pH为9~11。
3.根据权利要求1所述超双疏织物的制备方法,其特征在于,所述第一溶液的pH为9。
4.根据权利要求1所述超双疏织物的制备方法,其特征在于,所述乙醇与去离子水的体积比为1:(0.5~2)。
5.根据权利要求1所述超双疏织物的制备方法,其特征在于,所述第二溶液中,盐酸多巴胺的浓度范围为1~4mg/mL,氨基硅烷的浓度范围为1~4mg/mL;氟硅烷的浓度范围为1~4mg/mL。
6.根据权利要求1所述超双疏织物的制备方法,其特征在于,所述织物浸泡在第二溶液中搅拌的时间为20~30h。
7.一种超双疏织物,其特征在于,所述超双疏织物通过权利要求1~6中任一项所述超双疏织物的制备方法得到。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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