CN103147281B - 一种超疏水织物的制备方法及超疏水功能织物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水织物的制备方法及超疏水功能织物，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、制备稳定的硅酸和二氧化钛混合溶胶；步骤二、将步骤一中所得的混合溶胶通过浸泡～刷膜～烘干的步骤施加到清洁的织物上，在织物的纤维表面牢固结合上纳米级的二氧化硅和二氧化钛颗粒；步骤三、通过浸泡～烘干的步骤在步骤二中所得的二氧化硅和二氧化钛颗粒表面修饰有机硅烷，实现超疏水性能；所述有机硅烷至少包括十六烷基三甲氧基硅烷。本发明提供了一种附着力较强且环境友好的超疏水织物的制备方法，通过本发明制备方法制得的超疏水功能织物，具有抗紫外线照射的功能和耐洗涤的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻化工领域中织物的制备方法及相应的织物，特别是涉及一种超疏水织物的制备方法及超疏水功能织物。
背景技术
自然界中的动植物有很多奇特现象，超疏水表面便是其中一种。动植物的超疏水表面是由蜡质包裹的粗糙表面结构导致的。蜡质可以使得表面具有较低的表面能，从而增大接触角，而粗糙的表面结构也可以进一步增大这种疏水效应。因为超疏水表面具有防水、防污染、自清洁等特殊性能，因而备受人们关注。
现有技术中，制备超疏水表面的技术主要可分为以下几类:硅材料表面的刻蚀法，溶胶凝胶法，化学气相沉积法，机械拉伸法，聚合反应成膜法，模板法，电纺法，电化学沉积法，以及腐蚀金属法等。这些方法共同的特点是制备的表面具有较低的表面能，同时又具有较大的粗糙度，从而导致其具有超疏水的特性。但是，上述的现有技术也存在着设备复杂、成本昂贵、制备条件苛刻、性能不稳定等缺点。
发明内容
本发明的目的是提出一种工艺简单、成本较低、利用环境友好的材料制备出具有超疏水性能织物的方法，使织物具有抗紫外照射及耐水洗性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种超疏水织物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一、制备稳定的硅酸和二氧化钛混合溶胶：在不断搅拌条件下，向PH为1～3的酸性溶液中逐滴加入钛酸丁酯，溶液逐渐变混浊，将混浊液放入70～90°C的水浴槽中加热直到变为半透明二氧化钛溶胶，溶胶中二氧化钛的含量控制在5～25g/L之间；将浓度为10～25g/L的硅酸钠溶液和上述制备的二氧化钛溶胶在搅拌下按体积比率为0.2～5的比例混合，用酸调节混合液的PH为7～9，得到硅酸和二氧化钛混合溶胶；步骤二、将步骤一中所得的混合溶胶通过浸泡～刷膜～烘干的步骤施加到经由去离子水清洗后的清洁的织物上，在织物的纤维表面牢固结合上纳米级的二氧化硅和二氧化钛颗粒；步骤三、通过浸泡～烘干的步骤在步骤二中所得的二氧化硅和二氧化钛颗粒表面修饰有机硅烷，实现超疏水性能；所述有机硅烷至少包括十六烷基三甲氧基硅烷。
优选地，在所述步骤二中，先将去离子水清洗后的织物在步骤一中所得的混合溶胶中浸泡5～30min，然后取出并在60～100°C温度下烘干5～30min；重复上述操作至少一次，最后在60～100°C烘干4～6h。
优选地，在所述步骤三中，将步骤二中得到的织物浸泡在体积分数为2～4%的十六烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中6～12h，然后在60～100°C温度下干燥6～12h，得到具有无氟超疏水功能的织物。
优选地，所述步骤一中，用来调节混合液PH的酸为硝酸、盐酸或硫酸。
本发明的另一目的在于提供一种超疏水功能织物，所述织物是由上述的制备方法制得。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明提供了一种附着力较强且环境友好的超疏水织物的制备方法，即通过本发明制备方法制得的超疏水功能织物，不仅是一种无氟超疏水功能织物，而且，具有抗紫外线照射的功能和耐洗涤的功能；与此同时，本发明在面料处理过程中选用硅酸钠作为原料，大大地降低了生产成本，使得本发明的应用性更强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明所制备的超疏水功能织物表面的SEM照片；
图2－1是本发明所制备的超疏水功能织物上的液滴形态；
图2－2是图2－1的俯视图；
图2－3是本发明所制备的超疏水功能织物上的液滴接触角；
图3是本发明所制备的超疏水功能织物的抗紫外线照射性能示意图；
图4是本发明所制备的超疏水功能织物的耐洗涤性能示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供的一种超疏水织物的制备方法，本发明的工作原理为：利用“荷叶效应”的仿生原理，先对织物进行表面处理，使纳米颗粒均匀牢固的结合在织物表面，使其表面粗糙化；再将低表面能的长链硅烷施加在织物上，制备出无氟超疏水抗紫外照射耐水洗性织物。
本发明的制备方法主要包括至少三个步骤，即：制备二氧化硅和二氧化钛混合溶胶、将混合溶胶施加到织物上形成纳米级颗粒、以及在织物的纳米级颗粒表面修饰有机硅烷，具体技术方案请参见如下实施例。
实施例1：
将17mL钛酸丁酯逐滴加入200mL的0.1mol/L的硝酸中，并不断搅拌，溶液逐渐变混浊；将混浊液放入恒温水浴槽中，85°C下水浴加热3～4h，白色沉淀逐渐变为半透明状溶胶，溶胶中二氧化钛的含量为20g/L。
将7.52g硅酸钠加入400ml去离子水中，制备硅酸钠溶液，并与将上述的二氧化钛溶胶按体积比率为0.6的比例在搅拌下混合均匀，然后用硝酸调整PH=9（当然也可以用硫酸和盐酸等），得到乳白色的硅酸和二氧化钛混合溶胶。
将棉织物浸泡在混合水溶胶中10min后，在80°C烘干15min，重复上述操作2次，最后在80°C烘干6h。将上述处理过的棉织物浸泡在体积分数为4%十六烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中12h，在80°C下烘干12h，得到无氟超疏水功能织物。
本发明的另一目的在于提供一种超疏水功能织物，所述织物是由上述的制备方法制得。所述织物可以为棉纤维、涤纶纤维等各种织物。本实施例中，采用的为棉纤维。
图1中示出上述方法制得的超疏水功能织物表面的SEM照片；液体在该超疏水功能织物表面的形态和接触角值如图2－1、图2－2和图2－3所示。
由上述试验附图中可知，本发明棉纤维表面覆盖了尺寸在50～500nm的颗粒，形成一定的粗糙度。通过有机硅烷进一步修饰后得到很好的超疏水效果，接触角达到159.2°，且能阻拒亚甲基蓝液滴。
图3和图4是所制备的超疏水功能织物的抗紫外线照射性能和耐洗涤性能。
由图可知，本发明的超疏水功能织物在紫外线照射6h仍能保持水的接触角在140°以上；在家用洗衣机中清洗10次，并且每次清洗30min后，仍能保持水的接触角在155°以上。
综上，使用本发明制备方法制得的超疏水功能织物，与其他现有技术中的超疏水织物相比，主要具有以下优点：
（1）本发明方法制备的超疏水功能织物具有抗紫外线照射的功能。其在紫外线照射6h以上后仍能保持水的接触角在140°以上，在自然太阳光下照射40天，仍能保持水的接触角在150°以上。
（2）本发明方法制备的超疏水功能织物具有耐洗涤的功能。家用洗衣机清洗10次以上，每次清洗30min，仍能保持水的接触角在155°以上。
（3）本发明超疏水功能织物制得的面料具有抗紫外线照射和耐洗涤的功能后，既能适应强太阳光的长时间照射，也能抵抗雨水的长时间冲刷，更能适应恶劣的自然环境。且能够防水、防尘、自清洁，节省了大量的清洁和修复花费的费用、人力和时间，也减少了洗涤剂对环境的污染。
（4）本发明选用了无氟硅烷进行表面处理，这种有机硅烷生物相容性好，不会造成皮肤的过敏反应，且不会破坏环境（如大气中臭氧层等）。
（5）本发明制备的无氟超疏水功能织物，可以广泛地应用于高档服装面料、家居装饰、户外帐篷及各种防水布料，具有抵抗恶劣环境、长久耐用的、超疏水效果保持长久的效果，具有广阔的市场应用前景。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (3)
1.一种超疏水织物的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、制备稳定的硅酸和二氧化钛混合溶胶：在不断搅拌条件下，向pH为1～3的酸性溶液中逐滴加入浓度为50～100mL/L的钛酸丁酯溶液，溶液逐渐变混浊，将混浊液放入70～90℃的水浴槽中加热直到变为半透明二氧化钛溶胶，溶胶中二氧化钛的含量控制在5～25g/L之间；
将浓度为10～25g/L的硅酸钠溶液和上述制备的二氧化钛溶胶在搅拌下按体积比率为0.2～5的比例混合，用酸调节混合液的pH为7～9，得到硅酸和二氧化钛混合溶胶；
步骤二、将步骤一中所得的混合溶胶通过浸泡～刷膜～烘干的步骤施加到清洁的织物上，具体为先将去离子水清洗后的织物在步骤一中所得的混合溶胶中浸泡5～30min，然后取出并在60～100℃温度下烘干；重复上述操作至少一次，最后在60～100℃烘干4～6h，最终在织物的纤维表面牢固结合上纳米级的二氧化硅和二氧化钛颗粒；
步骤三、通过浸泡～烘干的步骤在步骤二中所得的二氧化硅和二氧化钛颗粒表面修饰有机硅烷，实现超疏水性能；所述有机硅烷至少包括十六烷基三甲氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的超疏水织物的制备方法，其特征在于：在所述步骤三中，将步骤二中得到的织物浸泡在体积分数为2～4％的十六烷基三甲氧基硅烷乙醇溶液中6～12h，然后在60～100℃温度下干燥6～12h，得到具有无氟超疏水功能的织物。
3.一种超疏水功能织物，其特征在于：所述织物是由上述任意一项权利要求所述的制备方法制得。
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