一种亲油疏水改性织物材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及织物的疏水改性制备领域，具体涉及一种亲油疏水改性织物材料及其制备方法和应用。

背景技术

织物是由亲水性的纤维组成，非常容易粘连、吸附各种污染物和液体，随着功能性产品的多样化，织物逐渐被开发成具有功能的产品，例如阻燃、疏水和柔性导电织物等。其中，疏水纺织品在医疗防护、油水分离和户外服装等领域应用广阔，是近年来功能纺织品的研究热点。

然而，目前疏水织物的制备仍仅限于实验室，真正得到实际应用和普及，还需要解决很多实际的问题。低表面能物质是制备疏水表面的必需原料，而目前使用的含氟化合物或者有机硅烷的价格昂贵，同时存在严重的环境问题，成为阻碍功能化织物发展的主要因素。持久耐用的疏水纺织品还未能实现，这也使得超疏水纺织品在许多场合的应用受到了限制。

近年来发现酚类化合物与金属离子改性用于制备疏水改性织物是一种效果良好的绿色途径，能够开发得到具有理想油水分离性能的疏水改性织物，并且制备过程简单、稳定性良好，展现出较好的自清洁性能和油水分离效果。然而，酚类化合物的结构千差万别，分子量、官能团含量和种类的差异都直接影响着其与金属离子的螯合效果，进而影响改性织物表面粗糙结构的构筑与形成。目前研究主要集中于含邻苯二酚的酚酸类化合物与亚铁离子的螯合研究，还需要借助漆酶实现自聚合，或是在加入烷基胺的碱性体系下进行自聚合。发明一种不需要借助其他物质，丰富酚类化合物与金属离子螯合的超疏水体系构建对于织物的疏水改性领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种亲油疏水改性织物材料及其制备方法和应用，本发明工艺流程简单，参数易于控制，且不需要借助其他物质来进行自聚合，制备得到的亲油疏水织物具有很好的油水分离功能，在极端环境下还能保持良好的稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种亲油疏水改性织物材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：将没食子酸月桂酯溶液与含有亚铁离子的溶液混合，得到共溶液体系；

(2)静置：将织物置于步骤(1)所得共溶液体系中静置；

(3)干燥：将步骤(2)处理过的织物恒温干燥，得到亲油疏水改性织物材料。

采用上述技术方案的有益效果为：

没食子酸月桂酯中的酚羟基与亚铁离子螯合，能增加织物表面的粗糙程度从而增加其疏水性能。

进一步地，步骤(1)中含有亚铁离子的溶液为硫酸亚铁溶液，共溶液体系中没食子酸月桂酯浓度为0.1～4g/L，亚铁离子浓度为0.1～12g/L，优选为没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

配置最适浓度的共溶液体系，使得没食子酸月桂酯中的酚羟基与亚铁离子尽可能螯合，最大限度增加织物的亲油疏水性能。

进一步地，步骤(2)中静置温度为35～42℃，优选为40℃，时间为22～26h，优选为24h。

进一步地，步骤(2)中每静置3.5～4.5h对织物进行翻面，优选为4h。

采用上述进一步技术方案的有益效果为：

将织物在共溶液体系中一定温度下静置，且过程中进行翻面，充分均匀沉积，使织物表面能够均匀的获得亲油疏水性能。

进一步地，步骤(3)中干燥温度为38～45℃，优选为45℃，时间为4～7h，优选为6h。

采用上述制备方法制得的亲油疏水改性织物材料。

上述亲油疏水改性织物材料在制备医疗或户外服装方面的应用。

上述亲油疏水改性织物材料在油水分离方面的应用。

综上所述，采用本发明技术方案的有益效果为：

本发明中，没食子酸月桂酯中的酚羟基与亚铁离子螯合，可以增加织物表面的粗糙程度，另外没食子酸月桂酯还含有一个十二碳的长链，是一种疏水结构，在增加织物表面粗糙程度的基础上还引入长链疏水基团，可以降低织物表面能。将预处理后的织物浸渍于没食子酸月桂酯溶液与含有亚铁离子的溶液混合得到的共溶液体系中，充分均匀沉积，制备得到亲油疏水改性织物材料，织物的疏水性能得到显著提高，可以达到自清洁和油水分离能力，另外制备得到的亲油疏水棉织物材料在极端环境下也可以保持很强的稳定性，制备过程简单，不需要借助漆酶或烷基胺且不使用含氟和污染环境的物质，具有很好的实用性，并且最终采用恒温干燥，相对于真空干燥降低了运行成本，本发明可应用于多种领域且所采用的没食子酸月桂酯是一种不含羧基结构的酚类化合物，拓宽了酚类化合物的应用范围和应用领域。

附图说明

图1为油水分离操作装置图。

图2为分离次数对亲油疏水改性织物材料分离效率影响图。

图3为刚果红水溶液处理(a)亲油疏水改性织物材料和(b)原织物的自清洁性能图。

图4为刚果红粉末处理(a)亲油疏水改性织物材料和(b)原织物的自清洁性能图。

图5为亲油疏水改性织物材料对水、牛奶、咖啡和醋的憎水效果图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

(1)洗涤：将直径为7cm的圆形涤纶依次用去离子水、无水乙醇、丙酮和去离子水清洗5min，取出后在45℃下烘干备用；

(2)混合：称取0.1g没食子酸月桂酯溶于20mL无水乙醇中制备没食子酸月桂酯乙醇溶液；称取0g、0.15g、0.30g、0.45g和0.60g的七水合硫酸亚铁分别溶于10mL去离子水中制备硫酸亚铁水溶液；将5组相同浓度的没食子酸月桂酯乙醇溶液分别与不同浓度的硫酸亚铁水溶液充分混合，然后用去离子水定容至50mL，得到5组没食子酸月桂酯浓度均为2g/L，亚铁离子浓度分别为0/L、3g/L、6g/L、9g/L和12g/L的共溶液体系；

(3)静置：将步骤(1)中处理的涤纶放入培养皿中，分别倒入步骤(2)中制备的共溶液体系，放置在磁力搅拌器上40℃静置24h，并且每隔4h对织物进行翻面；

(4)干燥：将步骤(3)处理过的织物放置于45℃烘箱烘干6h；

(5)使用光学接触角测量仪测试亲油疏水改性织物材料表面水接触角，控制注射器在测试样品表面滴落5μL水，在滴加后0s、10min、20min和30min分别测量其相应的接触角，以三次测试的平均值作为测试结果。结果如表1所示。

表1Fe

注：原始织物接触角为：71.6°，且水滴在编织物停留时间小于2s。没食子酸月桂酯浓度为2g/L，“”表示接触角数值太小，测不出数值。

由表1可知，固定没食子酸月桂酯的浓度为2g/L，原始织物改性处理后，疏水性效果较好，接触角最大可达150.4°，并且液滴可以停留一定的时间，动态接触角显著增大。当Fe

实施例2

(1)洗涤：将直径为7cm的圆形涤纶依次用去离子水、无水乙醇、丙酮和去离子水清洗5min，取出后在45℃下烘干备用；

(2)混合：称取0.15g七水合硫酸亚铁溶于10mL的去离子水中制备硫酸亚铁水溶液；称取0、0.05g、0.10g、0.15g和0.20g的没食子酸月桂酯分别溶于20mL无水乙醇中制备没食子酸月桂酯乙醇溶液。分别将不同浓度没食子酸月桂酯乙醇溶液与5组相同浓度的硫酸亚铁水溶液充分混合，然后用去离子水定容至50mL，得到5组没食子酸月桂酯浓度分别为0g/L、1g/L、2g/L、3g/L和4g/L，亚铁离子浓度均为3g/L的共溶液体系；

(3)静置：将步骤(1)中处理的涤纶放入培养皿中，倒入步骤(2)中制备的共溶液体系，放置在磁力搅拌器上40℃静置24h，并且每隔4h对织物进行翻面；

(4)干燥：将步骤(3)水处理过的织物放置于45℃烘箱烘干6h；

(5)使用光学接触角测量仪测试改性织物表面水接触角，控制注射器在测试样品表面滴落5μL水，在滴加后0s、10min、20min和30min分别测量其相应的接触角，以三次测试的平均值作为测试结果。结果如表2所示。

表2没食子酸月桂酯浓度对亲油疏水改性织物材料的水接触角CA(°)

注：原始织物接触角为：71.6°，且水滴在编织物停留时间小于2s。Fe

由2表可知，固定Fe

实验例1

实施例1中采用没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L所制备的亲油疏水改性织物材料进行油水分离实验。

(1)使用20mL的油和20mL刚果红染色的水组成油水混合物，如下图1所示，采用连续快速分离法，以三氯甲烷、二氯甲烷和四氯化碳为重油进行油水分离实验。

(2)为了除去密度比水小的甲苯、正己烷和石油醚，采用真空泵作为驱动力。

(3)计算油水分离效率η，计算公式如下：

式中，M

重复上述操作4次，测试所得改性织物的重复性。结果如图2所示，其中Trichloromethane：三氯甲烷；Dichloromethane：二氯甲烷；Tetrachloromethane：四氯甲烷；Hexane：正已烷；Methylbenzene：甲苯；Petroleum ether：石油醚；图中每一组柱状图由左向右分别代表分离1次、2次、3次和4次。

如图2所示，油在重力的作用下被迅速分离，而水则被截留在织物表面，分离效率分别为99.3％、96.7％和98.9％。正己烷、甲苯和石油醚等轻油的分离效率分别为99.1％、96.9％和95.9％。重复四次油水分离后的织物的油水分离效率仍在95％以上，以上结果表明了本发明所得亲油疏水改性织物材料具有良好的油水分离能力。

实验例2

用两种方法观察亲油疏水改性织物材料的自清洁性能。

(1)将实施例1中采用没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L所制备的亲油疏水改性织物材料与未处理过的原织物分别固定在倾斜的载玻片上，将其倾斜放入刚果红水溶液中，取出后观察改性织物的表面，结果如图3所示。

由图3可知，将亲油疏水改性织物材料置于刚果红液中，然后再将其拿出时，亲油疏水改性织物材料(a)的表面不会发生任何的改变，依然保持干净整洁，未受到染料的污染；而未处理的原始织物(b)表面则明显地沾有红色的刚果红印记，这表明改性织物具有良好的自清洁性能。

(2)将实施例1中采用没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L所制备的亲油疏水改性织物材料和未处理过的原织物分别固定在倾斜的载玻片一同放在大号培养皿中，并保持表面平整，利用刚果红模拟污垢杂质将其撒在织物表面，用滴管滴加水滴经过织物的表面，观察织物表面上的杂质是否会随着水滴的滴落而带走。结果如图4所示。

由图4可知，将刚果红粉末撒在织物的表面上，通过滴管滴下几滴水滴后，最终可以看见亲油疏水改性织物材料(图a)上的粉末随着水珠一起滑落，而原织物(图b)上留有较多的粉末而且被染色；刚果红粉末未在亲油疏水改性织物材料上留下任何灰尘，织物表面干净如初，表明亲油疏水改性织物材料具有很好的自清洁性能。

实验例3

观察亲油疏水改性织物材料的疏水性能。

将实施例1中采用没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L所制备的亲油疏水改性织物材料固定粘附在载玻片上，分别将30μL的水、牛奶、咖啡和醋分别滴在疏水织物表面，观察亲油疏水改性织物材料表面。结果如图5所示。

由图5可知，将水、牛奶、咖啡和醋依次滴在亲油疏水改性织物材料的表面，发现液滴稳定在纤维表面保持完好的球形形状，织物未被浸湿，表明亲油疏水改性织物材料具有很好的疏水性能，液滴停留在织物表面，形状保持良好。

实验例4

测试亲油疏水改性织物材料在极端环境下的稳定性。

将实施例1中采用没食子酸月桂酯浓度为2g/L，亚铁离子浓度为3g/L所制备的亲油疏水改性织物材料分别放置于几种不同的腐蚀性液体、有机溶剂、氯化钠盐溶液和极端温度条件下处理6h，结束后测定亲油疏水改性织物材料的水接触角数值，结果如表3所示。

表3亲油疏水改性织物材料以不同条件处理后的水接触角

由表3可知，将所得亲油疏水改性织物材料放置于不同条件处理6h，亲油疏水改性织物材料的接触角均有有所下降，但接触角依然在135°以上，表明本发明所制得的亲油疏水改性织物材料在极端环境下仍能保持较好的稳定性。