CN1433848A

CN1433848A - 常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法

Info

Publication number: CN1433848A
Application number: CN 03115252
Authority: CN
Inventors: 张菁; 郭颖; 杨沁玉; 周荣铭
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2003-08-06
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: CN1234465C

Abstract

常压介质阻挡放电聚合涂层方法，可应用于织物、纤维、塑料薄膜、玻璃、陶瓷等其它基质上的拒水拒油整理。其特点是在常压室温下，把氟碳气态单体通过介质阻挡放电激发单体聚合，在基质材料表面涂覆一层极薄的纳米颗粒膜结构的双疏薄膜，可使棉织物表面水(或甘油)和α－溴萘的接触角分别为130°和120°左右，表面静置水珠能持续到自然完全挥发，国标GB/T4745沾水试验达到平均2级，而且无损织物的力学性能，手感舒适性还有所提高，是一种价廉、连续化、大面积、无污染的双疏涂层整理新方法。

Description

常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法

技术领域

本发明涉及等离子体放电聚合涂层方法，具体是涉及常压下等离子体介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法。

背景技术

拒水拒油双疏织物是功能性织物研究的重要内容，不但能满足各类运动和服饰器材的需要，而且对减少因为清洁、洗涤带来的环境污染也有十分重要的意义。目前在涂层方法上大致有化学涂层、物理涂层、等离子体涂层等。利用化学涂层可获得一些氟化物、硅化物、聚氨酯等化合物的功能性薄膜。但是化学涂层法常采用浸轧—焙烘的常规化学整理工艺，在高温和添加剂的作用下将拒水剂接枝到纤维表面。由于处理温度高(一般＞120℃)，时间长，能耗高，效率低，污染大，对玻璃化转变温度较低的合成纤维(如涤纶、尼龙等)，上述化学整理方法因温度过高(超过玻璃化转变温度)，将出现纤维回缩、取向结构破坏、力学性能损伤等不良现象，获得织物的悬垂性和柔软性太差，而且对环境的污染性也较大；利用物理涂层表面修饰制备的仿生涂层设备造价太高，所以不能普及应用于生产。而等离子体涂层法，又可以分为真空涂层和常压涂层。可以制备具有场发射效应、光致发光特性、气阻效应、拒油拒水特性膜等，但是目前常用的真空涂层法本身设备造价高，而且不利于工业上连续化大面积生产。而常压下涂层装置具有结构简单，设备及运行费用低等特点，并且常压等离子体聚合涂层法具有干态、连续化、室温成膜、环境污染小，可获得各类功能膜等优势。若能将其发展成为一种连续化、大面积功能涂层整理新方法，对纺织这一传统行业的产品更新换代，促进纳米材料的应用，具有十分重要的应用前景和创新意义。但目前尚未见应用于纺织品或其他基质材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，提供一种常压等离子体介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法，可应用于织物、纤维或其他基质的双疏涂层整理。其特点是在常压室温干态下利用等离子体介质阻挡放电，使氟碳气态单体激发聚合，在织物、纤维或其它基质表面涂覆一层纳米颗粒膜结构的薄膜，进行疏水疏油功能膜的涂层整理，是一种连续化，大面积，无污染，低消耗，对织物损伤小，并可以提高其手感舒适性的拒水拒油的整理方法。

本发明涂层方法包括以下步骤：

(1)反应气体的配制

采用氟碳化合物为反应单体，单体的化学结构式为C_xF_y(x＝1-8，y＝1-18，x与y的比值为1∶1-4)，放电聚合时采用惰性气体例如氦气、氖气或氩气为载气，惰性气体和单体的体积比为0-500∶1，将惰性气体和单体在气体混合器中充分混合，配成一定比例的反应气体，并通过流量计控制反应气体的流量为0.1-1.30SLM(标准升/分钟)。

(2)等离子体介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜涂层

将纤维、织物或其它基质材料样品清洗干净，置于介质阻挡放电反应器中。其它基质可以是玻璃、木板、陶瓷、塑料薄膜等。介质阻挡放电反应器中的反应电极采用螺旋形电极，或者正负电极平行埋置于绝缘介质里面，形成表面放电。绝缘介质采用氧化铝、石英玻璃或四氟乙烯等。电源采用市售高压交流电源，输入电压：220V，输入空载电压峰值：15000V，频率：10-100KHz。开启高压交流电源放电，放电时间为30秒-10分钟。整个反应过程是在常温常压下半开放式的反应器中进行，可使样品从进出口连续进出，放电反应器其余部分为封闭式结构。单体被高压电源激发聚合，纤维、织物或其它基质置于电极反应区中一定时间后取出，或控制传送速度，使织物在反应区域经过的总时间为30秒-10分钟，如在4个电极情况下，传送速度可为1转/分钟-100转/分钟，从反应区连续通过，在样品表面即涂覆一层纳米颗粒(颗粒直径20-200nm)膜结构的双疏涂膜，形成涂层。涂层后无需再进行其它处理。

整理后的织物纤维和玻璃性能测试结果

1.接触角的测定

采用JC2000A静滴接触角测量仪进行接触角的测试，结果表明，常压下等离子体介质阻挡放电涂层棉织物可获得与商用Scotchgard防水剂整理后的织物以及真空等离子体涂层棉织物相当的接触角。与极性介质水的接触角平均为130°左右，与非极性介质α-溴萘的接触角平均为120°左右(见表1)。

2.织物透湿性测试

将处理后的织物铺盖在一定面积的蒸发皿上，恒温恒湿下，通过不同时间蒸发皿中水的重量的变化，从而计算出该织物的透湿速率和透湿指数。透湿指数为涂层处理织物的透湿速率与未涂层处理织物的透湿速率之比。结果表明(见表1)，常压等离子体介质阻挡放电涂层处理后织物的透湿性能与未涂层织物比几乎没有变化，透湿速率和透湿指数较真空等离子体涂层或用Scotchgard防水剂整理涂层织物有所提高。

3.沾水测试

按国标GB/T4745进行，测试了涂层织物的表面抗湿性(沾水实验)。实验结果表明，常压等离子体介质阻挡放电涂层棉织物表面抗湿性可以达到2级。

4.手感舒适性测试

采用FAST(织物风格仪)进行，结果表明，处理后的样品，经、纬向伸长率变化不大，但样品经、纬向的弯曲刚度分别下降了37.7％和71.8％(见表2)，说明经处理后可使织物的柔软性有所改善。

5.电镜测试

通过JSM-5600LV数字化低真空扫描电镜观察，发现常压等离子体介质阻挡放电聚合涂层为20-200nm的纳米颗粒堆积膜，膜具有多孔结构(见图1-图4)。这种多孔结构的纳米颗粒堆积膜提供了一定粗糙度的表面，有助于疏水、疏油性的提高。

本发明常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法，突破了真空等离子体处理的局限性，克服了化学涂层整理污染严重及对织物原有性能影响较大等弱点。不仅可以在棉织物上，还可以在玻璃、木板、陶瓷、聚乙烯塑料薄膜等表面进行拒水拒油双疏功能性涂层处理，与传统的化学整理方法相比较有以下优点：

1.高效、低能耗，能在数分钟内完成整个涂层处理过程。

2.反应在常压室温下进行，对基质样品本身的性能无损害。

3.是一种干态的反应过程，反应前后无需对化学试剂进行任何分

离、清洗、烘干等操作，有利于环保。

4.所制备样品的憎水效果好，并对织物的力学性能无影响，对织物的手感舒适性还有所提高。

5.设备造价低，投资少，有利于工业上连续化大规模生产。

附图说明

图1是实施例2中单体为CF₄时，介质阻挡放电涂层在玻璃片上所成膜的电镜观察图。

图2是实施例2中单体为C₂F₆时，介质阻挡放电涂层在玻璃片上所成膜的电镜观察图。

图3是实施例3介质阻挡放电涂层在织物表面所成膜的电镜观察图。

图4是实施例3介质阻挡放电涂层在纤维表面所成膜的电镜观察图。

图5是实施例4介质阻挡放电涂层在棉织物表面所成膜上形成的静置水珠照片。

图6是实施例4介质阻挡放电涂层在玻璃表面所成膜上形成的静置水珠照片。

图7是连续介质阻挡放电反应器的示意图。

具体实施方式

实施例1

将棉织物样品清洗干净，置于介质(氧化铝)阻挡放电反应器的电极放电反应区中。氩气和单体CF₄混合比为300∶1，混合配成反应气体，反应气体流量为0.32SLM，功率为11kw，在常压室温下进行放电处理，处理时间为1分钟。在棉织物上所得常压等离子体涂层与真空涂层和Scotchgard商用防水整理剂处理的织物的接触角、织物透湿性及手感舒适性比较结果见表1和表2。

表1、织物的接触角、织物透湿速率和透湿指数比较

接触角(度) 透湿速率涂层类别透湿指数

水甘油 α-溴萘 (g/min.cm²)常压等离子体 132.96 131.28 124.19 4.456×10^-5 0.9997真空等离子体 137.06 134.47 4.413×10^-5 0.990Scothgard涂层 128.72 134.88 121.92 4.323×10^-5 0.970

表2、织物定负荷下伸长性能、织物弯曲刚度分析测试结果

	负荷(gf)	伸长率(％)			弯曲刚度(mgf.cm)
		伸长率(％)			弯曲刚度(mgf.cm)		径向	纬向	斜向	经向	纬向
		未处理	5	0.1	0.1	0.5	径向	纬向	斜向	经向	纬向	156.6	172.2
20	0.3		5	0.1	0.1		0.1
20	0.3		100	0.8	0.7		0.1
处理后	5		100	0.8	0.7		0.1	0	0.7	113.7	48.7
	5	20	0.3	0.2			0.1	0
	100	20	0.3	0.2	1.8	0.9

实施例2

将玻璃片样品清洗干净，置于介质(四氟乙烯)阻挡放电反应器的电极放电反应区中，氦气和单体混合比为200∶1，采用单体CF₄(或C₂F₆)，混合配成的反应气体流量为0.05SLM，功率为8kw，在常压室温下进行放电处理，处理时间为4分钟，不同单体在玻璃片上的涂层的电镜观察图，见图1和图2，显示涂层为多孔结构的纳米颗粒堆积膜，为表面提供了一定粗糙度，有助于疏水疏油性的提高。

实施例3：

将织物和纤维样品清洗干净，置于介质(氧化铝)阻挡放电反应器的电极放电反应区中，氖气和单体C₆F₆混合比为500∶1，混合配成的反应气体流量为0.2SLM，功率10kw，在常压室温下进行放电处理，处理时间为6分钟的织物和纤维的电镜观察图见图3和图4，显示涂层为多孔结构的纳米颗粒堆积膜，为表面提供了一定粗糙度，有助于疏水疏油性的提高。

实施例4

将玻璃片和棉织物样品清洗干净，置于介质(石英玻璃)阻挡放电反应器的电极放电反应区中，氦气和单体C₈F₁₈混合比为500∶1，混合配成的反应气体流量为0.8SLM，功率为10kw，在常压室温下对玻璃片和棉织物进行放电处理，处理时间为30秒，在样品表面上用水形成的静置水珠的照片见图5和图6，该水珠能持续到自然完全挥发。

实施例5

如图7所示，将清洗干净的棉织物置于连续介质(四氟乙烯)阻挡放电反应器的电极放电反应区中连续通过，氩气和单体C₂F₆混合比为400∶1，混合配成的反应气体流量为1.0SLM，，功率为10kw，在常压室温下对棉织物进行连续放电处理，牵引辊转速为5转/分，从而实现连续化、大面积、无污染的双疏涂层整理。

Claims

1、一种常压介质阻挡放电聚合制备纳米颗粒膜双疏涂层方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)配制反应气体，采用氟碳化合物C_XF_Y为反应单体，其中x＝1-8，y＝1-18，x与y的比值为1∶1-4，单体和惰性气体按体积比为1∶0-500混合成反应气体，反应气体流量为0.1-1.30SLM；

(2)将纤维、织物或其它基质材料置于介质阻挡放电反应器中的电极放电反应区中或从反应区中连续通过，反应在常温常压下进行，放电时间是30秒-10分钟，单体被激发聚合，在材料表面涂覆一层纳米颗粒膜的双疏薄膜，形成涂层。

2、如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述惰性气体是氦气、氖气或氩气。

3、如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述介质阻挡放电反应器中的电极为螺旋形电极，或者正负电极平行埋置于绝缘介质里面，形成表面放电。

4、如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述介质阻挡放电反应器中的绝缘介质是氧化铝、石英玻璃或四氟乙烯。

5、如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于所述其它基质材料可以是玻璃、木材、陶瓷或塑料薄膜。

6、如权利要求1所述的双疏涂层方法，其特征在于该介质阻挡放电反应器是用于进行连续化涂层整理的介质阻挡放电反应器。