一种超疏水织物的制备方法

技术领域

本发明属于超疏水材料技术领域，具体涉及一种超疏水织物的制备方法。

背景技术

基于自然界荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀以及蚊子复眼等超疏水表面的启示，仿生构建超疏水表面成为了近年来表界面领域的一个重要研究方向。虽然仿生超疏水表面在自清洁、防污、减阻、防雾、防覆冰、耐腐蚀、油水分离等领域有着广泛的应用前景。但是，大部分人工超疏水表面的构建过程比较复杂，而且，其表面微结构和低表面能化学物质的稳定性差，寿命短，受到外力作用时很容易失去其超疏水性能，这限制了超疏水材料的制备和应用。因此，发展简便易行的构建超疏水表面的方法，提高超疏水表面的耐用性是超疏水材料实用化的迫切需求，也是表界面领域亟待解决的重要问题。

其中，具有“荷叶效应”的超疏水织物以其耐脏、免洗等优点可广泛用作防水、防油、防污等服装及装饰材料，具有广阔的开发及应用前景。目前的超疏水织物都是借助仿生的概念，以织物表面纤维形成的粗糙结构为基础，在其微米级结构表面构建纳米级粗糙结构，获得微米-纳米双级结构，并通过低表面能物质修饰而获得具有超疏水性能的织物。专利CN201811364381.6公开了一种温度响应型自修复超疏水织物的制备方法，属于超疏水织物领域。该发明采用盐酸多巴胺和三(羟甲基)氨基甲烷，制备得到仿生聚多巴胺溶液，借助聚多巴胺的高黏附性，即充当双面胶的角色，将聚碳酸酯牢固地粘附在织物表面，由于聚碳酸酯在对二甲苯中能够发生溶胀，从而在织物棉布构筑较好的粗糙结构，之后采用低表面能物质十八胺和十二硫醇对织物表面进行修饰，制备得到温度响应型自修复超疏水织物。虽然该疏水织物经过100次摩擦和30次水洗后，仍能够达到超疏水的要求，且当织物被水润湿时则不具备超疏水特性，但在60℃的温度下干燥80min后，能够恢复其超疏水特性，从而实现超疏水和非超疏水织物之间的转换，但是该超疏水织物的制备方法中，原料种类多，操作步骤复杂，任何一步出现问题均可能导致超疏水织物的不可实现，因而限制了超疏水织物的实际应用。因此，如何通过简单的操作步骤，利用尽可能少的原料制备得到一种长效耐久性能的织物是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有超疏水织物制备方法相对复杂，且其超疏水性能容易受到机械力、化学作用、紫外光、高温等作用的破坏而失效的问题，提供一种具有耐久性的超疏水织物的简易制备方法。具体技术方案如下：

一种超疏水织物的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

(1)以十八胺为原料，利用超声分散法制备纳米十八胺整理剂；

(2)利用真空抽滤法将步骤(1)所得纳米十八胺整理剂抽滤沉积至织物表面；

(3)将步骤(2)所得织物加热，即得超疏水织物。

优选地，步骤(1)中所述纳米十八胺整理剂由十八胺在水中乳化而成，其中所述十八胺与水的乳化比例为1-5g：100mL。

优选地，步骤(2)中所述织物为市售棉织物、涤纶织物、尼龙织物、毛织物、丝织物、涤粘织物、涤腈织物和涤棉织物中的一种或几种。

优选地，步骤(2)中所述纳米十八胺整理剂与织物的质量比为10-50：1。

优选地，步骤(2)中所述纳米十八胺整理剂与织物的质量比为30-50：1。

优选地，步骤(2)中真空抽滤时，真空度为0.098MPa，真空泵抽速为60L/min，抽滤时间为30-60min。

优选地，步骤(3)中织物加热干燥的加热温度为50-80℃，加热时间为30-60min。

通过所述的制备方法制备得到的超疏水织物。

包含所述的制备方法制备得到的超疏水织物的衣物。

本发明的有益效果是：本发明所述的超疏水织物的制备方法，真空抽滤沉积于织物表面的纳米十八胺整理剂的表面烷基链的低表面能与化学特性产生协同作用，赋予织物表面微纳双级结构和低表面自由能，实现了织物表面的超疏水性能，制备的超疏水织物表面静态接触角可以达到152°，具有良好的耐摩擦、耐洗涤和耐紫外线性能，且具有良好的自我修复功能。同时，本发明提供的超疏水织物的制备方法，所用仪器设备少，步骤简洁，时间短，不改变织物原本色彩，操作简单方便，制备过程在水系中进行，是一种简洁、环保的绿色制备方法。

附图说明

图1为空白涤纶织物与超疏水涤纶织物的全反射红外图谱

图2为空白涤纶织物与超疏水涤纶织物的扫描电镜图片

(a)空白涤纶织物放大倍数1000倍；(b)空白涤纶织物放大倍数10000倍；(c)超疏水涤纶织物放大倍数1000倍；(d)超疏水涤纶织物放大倍数10000倍。

图3为空白涤纶织物和超疏水涤纶织物表面的液滴润湿照片

(a)空白样品表面的液滴完全浸润棉织物；(b)超疏水涤纶织物表面的液滴在织物表面呈现球状。

图4超疏水涤纶织物接触角与摩擦距离的关系图

图5超疏水涤纶织物接触角与洗涤次数的关系图

图6超疏水涤纶织物置于紫外光下照射，接触角与放置时间的关系图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

本发明所述的织物是由细小柔长物通过交叉，绕结，连接构成的平软片块物。

本发明所述的超声分散是将需处理的颗粒悬浮液直接置于超声场中，用大功率的超声波加以“照射”处理，是一种强度很高，效果最好的分散手段。

本发明所述的乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用。乳化是液-液界面现象，两种不相溶的液体，如油与水，在容器中分成两层，密度小的油在上层，密度大的水在下层。若加入适当的表面活性剂在强烈的搅拌下，油被分散在水中，形成乳状液，该过程叫乳化。

本发明所述的十八胺是白色蜡状结晶，极易溶于氯仿，溶于醇、醚、苯，微溶于丙酮，不溶于水，具有胺的通性，由硬脂酸氨化、加氢而得。主要用于制十八烷季铵盐及多种助剂，如阳离子润滑脂稠化剂、矿物浮选剂、沥青乳化剂、抗静电剂、水处理用缓蚀剂、表面活性剂、杀菌剂、彩色胶片的成色剂等。

实施例1一种超疏水棉织物的制备方法1

(1)将1g十八胺超声分散于100ml去离子水中，形成纳米十八胺整理剂；

(2)将砂芯漏斗抽滤瓶和真空泵组合成真空抽滤装置，将Φ50mm的棉织物，放在砂芯漏斗的砂芯之上，用去离子水浸湿，按照纳米十八胺整理剂与棉织物的质量比为50：1，称取纳米十八胺整理剂倒入砂芯漏斗上面，进行真空抽滤，其中，真空度为0.098MPa，真空泵抽速为60L/min，抽滤时间为60min。

(3)将步骤(2)得到的织物加热干燥，其中，加热温度为50℃，加热时间为60min，即可得到超疏水织物。

实施例2一种超疏水棉织物的制备方法2

(1)将1g十八胺超声分散于100ml去离子水中，形成纳米十八胺整理剂；

(2)将砂芯漏斗抽滤瓶和真空泵组合成真空抽滤装置，将Φ50mm的棉织物，放在砂芯漏斗的砂芯之上，用去离子水浸湿，按照纳米十八胺整理剂与棉织物的质量比为30：1，称取纳米十八胺整理剂倒入砂芯漏斗上面，进行真空抽滤，其中，真空度为0.098MPa，真空泵抽速为60L/min，抽滤时间为30min；

(3)将步骤(2)得到的织物加热干燥，其中，加热温度为80℃，加热时间为30min，即可得到超疏水织物。

实施例3一种超疏水涤纶织物的制备方法3

(1)将1g十八胺超声分散于100ml去离子水中，形成纳米十八胺整理剂；

(2)将砂芯漏斗抽滤瓶和真空泵组合成真空抽滤装置，将Φ50mm的涤纶织物，放在砂芯漏斗的砂芯之上，用去离子水浸湿，按照纳米十八胺整理剂与棉织物的质量比为50：1，称取纳米十八胺整理剂倒入砂芯漏斗上面，进行真空抽滤，其中，真空度为0.098MPa，真空泵抽速为60L/min，抽滤时间为60min；

(3)将步骤(2)得到得织物加热干燥，其中，加热温度为50℃，加热时间为60min，即可得到超疏水织物。并对其进行全反射红外测试如图1、扫描电镜测试如图2、接触角的测量如图3。

由图1可以看出空白涤纶织物在2800cm

由图2可以看出，空白涤纶织物的纤维表面比较光滑，本实施例中的超疏水涤纶织物纤维表面有一层纳米附着物，这种微米级涤纶纤维和纳米级附着物协同的双级结构为实现超疏水提供了结构基础。

由图3可以看出，空白样品表面的液滴完全浸润棉织物，表现出亲水状态；本实施例制备的超疏水涤纶织物表面的液滴呈现球状，表现出疏水状态。

实施例4超疏水织物性能检测

1.接触角测量

超疏水技术是将物理与化学方法相结合，既构成微纳米级粗糙表面，又降低织物的表面能。通常用接触角来表征静止状态下固体表面是否能被液体润湿，当接触角小于90°时，该固体表面为亲水表面；当接触角大于90°时，则为疏水表面。而超疏水表面是指固体表面对水的静态接触角在150°以上并且滚动角小于10°的表面。

本发明实施例1-3制备所得的超疏水织物与空白对照组的接触角对比见表1。

表1超疏水织物与空白对照组的接触角

由表1可以看出，本发明实施例1-3制备得到的超疏水织物的接触角均大于150°，具有优异的超疏水性能。

2.耐摩擦性能测试

以实施例3制备的超疏水涤纶织物为样品，将其固定在玻璃皿上，再将固定在玻璃皿上的实施例3制备的超疏水涤纶织物样品放在干净的涤纶织物上，再放一块质量为100g的砝码，用镊子拉动样品在干净的织物上摩擦，顺一个方向每摩擦20cm后观察水滴在实施例3制备的涤纶织物样品表面的接触角变化，拍摄其光学照片，进行多次循环记录数据。

由图4可以看出，经过180cm的摩擦，水滴接触角在150°以上浮动，超过180cm之后，接触角略微下降，但保持在145°左右，仍具有良好的疏水性能。

3.耐洗涤性能测试

将实施例3制备的超疏水涤纶织物放入洗衣机中，进行20min的清水洗涤，自然晾干后观察其接触角变化并拍摄其光学照片，之后放入80℃烘箱中干燥0.5-1h后观察其接触角变化并拍摄其光学照片，进行多次循环记录数据。

由图5可以看出，经过20min机洗后，超疏水涤纶织物表面的接触角下降到130°左右，由超疏水状态变为疏水状态，但是经过加热自修复后，其接触角到了150°以上，连续洗涤三次后接触角变为亲水，但加热自修复后，仍旧恢复150°以上，恢复为超疏水状态，说明本发明制备的超疏水涤纶织物耐洗涤功能良好，可以多次洗涤，使用寿命长。

4.耐紫外性能测试

将实施例3制备的超疏水涤纶织物放入紫外分析仪中，在254nm的紫外光下照射，每隔24h观察其接触角变化，拍摄其光学照片，进行多次循环记录数据。

由图6看出经紫外光连续照射24h、48h、72h、96h、120h后，织物表面的接触角皆为150°以上，保持其超疏水状态，说明本发明制备的超疏水涤纶织物耐紫外线效果好，可以长期使用。

综上所述，本发明所请求保护的超疏水织物的制备方法，实现了织物表面的超疏水性能，制备的超疏水织物表面静态接触角可以达到152°，具有良好的耐摩擦、耐洗涤和耐紫外线性能，且自我修复功能良好。同时，本发明所用仪器设备少，步骤简洁，时间短，不改变织物原本色彩，操作简单方便，制备过程在水系中进行，是一种简洁、环保的绿色制备方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。