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超疏水材質(zhì)真有想象中的那么厲害嗎？

文章出處：納米防水網(wǎng)責(zé)任編輯：德科納米整理編輯人氣：-發(fā)表時(shí)間：2018-07-14 16:44【大中小】

超疏水織物是指織物與水的接觸角大于150°的織物，因其有特殊的潤(rùn)濕性能，同時(shí)還有防水、防污、抗腐蝕、抗結(jié)冰、抗油污等性能而逐漸受到人們的青睞。研究表明，微米納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能是超疏水表面形成的關(guān)鍵因素。棉纖維作為超疏水領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的一種材料，近年來得到大力的發(fā)展。棉纖維本身具有微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，因此為制備超疏水織物提供了有利條件。含氟聚合物不僅具有良好的疏水疏油性，而且經(jīng)其整理后的織物仍能保持柔軟的手感及良好的透氣性，但卻存在價(jià)格昂貴、成膜性和附著性差等問題，故通常引入其他單體（多元共聚的含氟聚合物）來加以改善。

江南大學(xué)張丹教授課題組采用三元乳液聚合法，以丙烯酸十三氟辛酯作為含氟單體，以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯作為輔助共聚單體制備了含氟共聚物乳液( FP) 。在對(duì)其結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，利用微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的多孔純棉薄布為基材，將FP 固定在硅溶膠處理后的纖維織物表面，獲得了令人滿意的超疏水效果。

使用德國(guó)KRüSS DSA100液滴形狀分析儀對(duì)水的靜態(tài)接觸角進(jìn)行測(cè)試，水量為5 μL，當(dāng)水滴與織物接觸10 s時(shí)讀數(shù)。在同一樣品的不同位置測(cè)量5次，取平均值。

接觸角測(cè)定結(jié)果顯示，在未處理棉纖維表面，水滴在3~6s內(nèi)被織物完全吸收，經(jīng)含氟乳液整理后的棉織物表面的接觸角照片如所示。圖1 ( a) 和1( b) 分別為5 μL的水滴在FP 整理織物表面和SiO2 /FP 整理織物表面的光學(xué)照片，水滴在涂層表面呈現(xiàn)球狀。圖1( c) 為10~30 μL的水滴在FP整理棉織物表面的照片。隨著水滴體積的增大，重力因素的影響增加，接觸角會(huì)有所降低。盡管如此，圖中的水滴仍然為球狀，說明FP涂層具有優(yōu)異的超疏水性能。

二、水洗對(duì)織物疏水性能的影響

將FP整理的棉織物及SiO2 /FP整理的棉織物使用AATCC1993 WOB102標(biāo)準(zhǔn)洗衣液，分別洗滌5、10、15、20、25 和30 次，測(cè)試皂洗后織物的靜態(tài)水接觸角，結(jié)果如圖2所示

圖2. 接觸角和水洗次數(shù)的關(guān)系

圖3. 接觸角摩擦次數(shù)的關(guān)系

由圖可以看出，在未水洗前，SiO2 /FP 和FP整理后的棉織物均具備超疏水能力，且SiO2 /FP 整理的棉織物( CA =157°) 比FP 整理的棉織物( CA = 153°) 疏水性好，說明硅溶膠先對(duì)棉纖維表面進(jìn)行適度粗糙化處理提高了其疏水性能。經(jīng)5次水洗后，SiO2 /FP 和FP整理的棉織物接觸角均迅速減小，但仍能達(dá)到130°，且FP比SiO2 /FP 的疏水效果好，主要原因是SiO2粒子在織物上的附著力較小，水洗時(shí)容易脫落。隨著皂洗次數(shù)的增加，二者的接觸角下降較為緩慢; 完成30次皂洗后，二者的接觸角仍達(dá)到115°以上，呈現(xiàn)出較好的疏水效果，但若作為日常的服用面料，其耐久性不夠理想，仍需進(jìn)一步研究。

三、摩擦對(duì)織物疏水性能的影響

將FP整理的棉織物及SiO2 /FP 整理的棉織物經(jīng)50、100、200、500 和1000 次摩擦后，測(cè)試織物的靜態(tài)水接觸角，結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以看出，隨著摩擦次數(shù)的增加，整理后棉織物的疏水性逐漸減小。經(jīng)50次摩擦后，二者的接觸角仍達(dá)到148°，具有良好的疏水效果。在最初的200次摩擦過程中，二者的接觸角下降較為明顯，這是因?yàn)榻?jīng)含氟丙烯酸酯高聚物整理的棉織物，其表面有部分聚合物的吸附不夠牢固，經(jīng)過機(jī)械摩擦后這些粒子容易逐漸脫落，故而接觸角出現(xiàn)明顯的下降。隨著摩擦次數(shù)的進(jìn)一步增加，此時(shí)的接觸角減小趨勢(shì)趨于平緩。完成1000次摩擦后，二者的接觸角仍達(dá)到123°以上，表現(xiàn)出較好的疏水效果。

四、結(jié)論

采用乳液聚合法將單體PFOA、St 及MMA 進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成了含氟丙烯酸酯乳液( FP) ; 以TEOS為原料，通過溶膠凝膠法制備了單分散性良好的SiO2粒子。通過浸漬法將FP 涂覆在棉織物上，使織物表面的靜態(tài)水接觸角達(dá)到153°。用硅溶膠對(duì)棉纖維表面先進(jìn)行粗糙化處理再附載FP，能夠提高棉織物的超疏水效果，接觸角達(dá)到157°。經(jīng)多次水洗或摩擦后，棉織物仍保持較好的疏水效果，而且整理前后棉織物的物理力學(xué)性能變化不大，不會(huì)影響其服用性能。

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