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基于微纳米二氧化硅粒子薄膜制备超疏水涤纶织物

来源:江苏工程职业技术学院 浏览 261 次 发布时间:2024-07-22

疏水材料表面基于人们受荷叶效应的启发,制备出表面具有一定粗糙结构和具有低表面能的界面,水滴很难在其表面铺展或润湿,在纺织品、汽车内饰、建筑等领域具有广泛应用前景。涤纶(PET)纤维具有一系列优良性能,如断裂强力高、弹性好、耐热性好,具有良好的洗可穿性和很好的抗化学品性能,涤纶各项优异性能使它成为合成纤维中发展最快、应用最广的品种之一。但是其容易被水润湿,易沾污导致其难以打理,清洗时耗水量大,洗涤剂对环境有一定污染。因此,对涤纶织物进行疏水整理成为解决上述问题的关键。


超疏水材料的制备和性能研究已成为化学、材料领域的研究热点。具有防污、自清洁、透气功能的超疏水涤纶在运动装、作战服、羽绒服、医用防护服等方面前景广阔。超疏水涤纶织物的制备多采用轧烘焙的方法,其中焙烘温度在140-200℃。整理后的织物受到高温损伤且表面附着整理助剂使其固有性能降低,所以如何降低超疏水织物的整理温度,且整理后织物本身的性能不会大幅度下降成为这类研究的瓶颈问题。此外,上述整理方式不能在涤纶织物界面上对整理助剂进行分子水平上的设计和调控。


一种具有疏水性有序纳米结构涤纶织物的方法,具体包括:


(1)首先合成二氧化硅大分子引发剂:


将一定摩尔比的二氧化硅,三乙胺,2-溴异丁酰溴,二甲氨基吡啶加入到三口烧瓶中,以丙酮为溶剂,在室温的条件下反应24h;然后将产物离心,用无水乙醇洗涤离心,最后将产物50℃真空烘干得到二氧化硅大分子引发剂;


(2)通过表面引发原子转移自由基聚合的方法制备微米级和纳米级含氟丙烯酸酯修饰的二氧化硅粒子:


将一定量的二氧化硅大分子引发剂、Me6TREN、含氟丙烯酸酯加入到三口烧瓶中,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,冰浴下通氮气除去溶剂和烧瓶中的氧,加入氯化亚铜,抽真空通氮气3次后,一定温度下反应一定时间,反应结束后离心,用无水乙醇、纯水洗涤,最后将产物透析除去杂质烘干保存;

(3)配制浓度为0.01-1mg/mL的功能化微米或纳米粒子非水铺展溶液,然后将其铺展到高纯水亚相上的LB(Langmuir-Blodgett)膜拉膜机水面上,待溶剂自然挥发30min后,在LB拉膜机上滑障以1-10mm/min的速度进行压缩,得到该样品的表面压-分子面积(Π-A)曲线,用Wihelmy膜天平测量压缩过程中膜的表面压,得到功能化微米或纳米二氧化硅粒子薄膜;根据Π-A曲线选择合适的转移表面压,保持恒定的压力用垂直提拉法或水平提拉法利用LB技术,通过拉膜机进行拉膜,将微纳米二氧化硅粒子薄膜转移至经过处理的涤纶织物表面,得到不同层数的功能化有序微纳二氧化硅粒子修饰的涤纶织物LB膜,提拉速度为1-10mm/min,整个过程中体系温度控制在室温。


小结:


将功能化微纳二氧化硅粒子溶液铺展于超纯水界面上,利用Langmuir技术制备二维有序排布的微纳二氧化硅粒子,其厚度均匀可控。通过控制粒子的粒径使得薄膜表面颗粒尺寸方便可调,易于控制。将微纳粒子铺展于水面,可以节约原料。此方法具有简单易行,转移效率高,微纳粒子尺寸和厚度可控调控的特点。


另外以涤纶织物为基底,将功能化微纳二氧化硅粒子通过LB的方法对织物进行处理,转移效率高,制备条件温和,对织物没有损伤。对涤纶织物进行处理后,其表面的粗糙度提高,表面能降低,因而使得织物达到疏水的效果。