1、2012年第6期 产业用纺织品 功能性整理技术与助剂 化学气相沉积制备自清洁涤纶织物米 符开伟 郑振荣 李岳 王少楠 闫欢 吴涛林 (1天津工业大学纺织学院，天津，300160； 2天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津，300387) 摘要：为制备自清洁涤纶织物，采用碱液对涤纶织物进行碱减量处理，再利用烷基氯硅烷对处理后的涤纶织 物进行化学气相沉积。结果表明，采用2030 gL的NaOH溶液对涤纶织物进行碱减量处理，可提 高化学气相沉积反应后织物表面的接触角；当烷基氯硅烷混合溶液总体积分数为30，DDS与MTS 体积比为1：5，化学气相沉积120 min，可制得接触角高达1549
2、。的超疏水涤纶织物。集灰试验表明， 该涤纶织物表面具有良好的自清洁功能。 关键词：涤纶织物，自清洁，化学气相沉积，超疏水 中图分类号：TS19554 文献标志码：A 文章编号：10047093(2012)06003704 超疏水表面通常是指与水的接触角大于 150。，滚动角小于5。的表面 。J。自然界中有很多 具有超疏水表面的例子，最典型的就是荷叶。雨水 在荷叶表面自由滚动时，可将荷叶表面的灰尘、花 粉等污物粒子带走，使荷叶表面焕然一新，人们常 将荷叶的这种自清洁性能称为“荷叶效应”l3 。 研究发现，荷叶表面的微米一纳米双重结构是其具 有自清洁性能的根本原因。模仿荷叶的特殊生物 表面，以织物
3、表面纱线间交织形成的粗糙结构为基 础，通过化学方法在织物上构造具有一定微观尺寸 的低表面能物质，可获得具有超疏水自清洁功能的 纺织材料。该类纺织材料可广泛用于防水、防污及 防雪等服装及装饰材料，具有广阔的开发和应用前 景 J。本文基于“荷叶效应”原理，利用化学气相 沉积法制备自清洁涤纶织物，在理论上突破常规的 拒水织物研制思路，将降低材料的表面能和产生微 观结构的粗糙度结合起来，使织物具有良好的超疏 水和自清洁功能。 天津工业大学大学生创新性实验计划项目(10003)；天津工 业大学校内项目(029937) 收稿El期：201l10O8 作者简介：符开伟，男，1988生，在读本科生。研究方向为
4、功能 纺织品的制备。 通信作者：郑振荣，Email：tianjinzhengzr163corn 1 试验部分 11材料与仪器 普通涤纶平纹织物纱线12 tex12 tex，密度 450根(10 cm)270根(10 cm)；甲基三氯硅 烷(MTS，分析纯)，天津化学试剂一厂；二甲基二氯 硅烷(DDS，分析纯)，天津光复精细化工研究所；氢 氧化钠(NaOH，分析纯)，天津市风船化学试剂科 技有限公司；活性炭(粉状)，天津天大化工实验 厂。 试验所用主要仪器包括：JY一82型接触角测定 仪(河北承德试验机有限责任公司)，TM-1000型 台式扫描电镜(日本日立高新技术公司)，CTHI一 250B型
5、恒温箱(STIK施都凯仪器设备上海有限公 司)，HH$21-4型恒温水浴锅(北京长安科学仪 器厂)，DL101-2BS型电热鼓风干燥箱(天津市天 宇技术实业有限公司)。 12试验方法 (1)涤纶碱减量处理：将涤纶布样浸入一定浓 度的烧碱溶液中，在9O条件下浸泡60 min，然 后取出，分别用热水、温水和冷水冲洗布样，再将布 样在100 cC条件下烘干。 (2)化学气相沉积反应：分别取一定体积的 一37 功能性整理技术与助剂 产业用纺织品 总第261期 MTS和DDS，将两者溶于甲苯溶剂中，再将含有该 溶液的烧杯放置在相对湿度为80的密闭容器 中，待用。将经碱减量处理过的涤纶布样放在上述 密闭容
6、器中的烷基氯硅烷溶液上方气体中，在气相 条件下沉积处理一定时间，即可制得超疏水涤纶织 物。 13测试方法 (1)接触角：将涤纶试样固定在接触角测定仪 载物台上，吸取005 mL蒸馏水滴到织物表面，调 节焦距和水滴的位置并读数。在织物表面至少 5个不同位置测定接触角，求其平均值，即为织物 表面与水的接触角。 (2)滚动角：用注射器吸取03 mL的蒸馏水 滴到试样表面，然后打开转动开关转动载物台，记 下水滴刚开始滚动时试样倾斜的角度，每个试样测 定3次，所得结果的平均值即为水滴在织物表面的 滚动角。 (3)集灰试验：将炭粉均匀地撒到待测织物表 面，吸取01 mL蒸馏水滴到织物表面，将织物倾斜 一定
7、角度使水滴滚落，观察水滴带走污物的情况， 表征织物的自清洁能力。 2 结果与讨论 21涤纶碱减量处理中NaOH浓度的确定 由图1可见，涤纶布样经碱减量处理后再进行 气相沉积反应，所得布样表面接触角明显高于未经 碱减量处理(NaOH为0 gL)而直接进行气相沉积 反应的涤纶布样。碱处理可使涤纶表面腐蚀而产 生凹坑，增大布样表面的粗糙度，在气相沉积时 黉 图1 NaOH浓度对气相沉积后涤纶织物 表面接触角的影响 涤纶织物与烷基氯硅烷的反应更加充分。当 NaOH浓度从20 gL逐渐增加到40 gL时，涤纶 布样表面的接触角变化不大，为了节省碱的用量， NaOH浓度范围为2030 gL。 22 DDS
8、MTS总体积分数对涤纶织物表面接触 角的影响 由图2可见，随着DDS与MTS总体积分数的 提高，涤纶织物表面的接触角呈先增大后减小的趋 势；当DDSMTS总体积分数为30时，织物表面 的接触角达到最大，为152。这是因为当DDS MTS总体积分数增大时，DDSMTS共混液挥发出 的气体增加，与涤纶织物表面反应结键数增加，沉 积的疏水性聚硅氧烷物质 逐渐增多。但当 DDSMTS总体积分数超过30后，织物表面覆盖 的聚硅氧烷过多，可能会掩盖涤纶织物组织形成的 粗糙结构，使接触角有所下降。 墓 辎 图2 DDSMTS总体积分数对涤纶织物 表面接触角的影响 23 DDSMTS体积比对涤纶织物表面接触角
9、的 影响 由图3可见，涤纶织物表面的接触角随MTS 墓 辎 图3 DDSMTS体积比对涤纶织物表面 接触角的影响 功能性整理技术与助剂 产业用纺织品 总第261期 一一一 2 3 (a)原织物 (b)MTSDDS气相沉积后织物 4 图7涤纶织物的集灰试验 4 结语 (1)采用2030 L的NaOH溶液对涤纶织 物进行碱减量处理，可提高化学气相沉积反应后织 物表面的疏水性能。 (2)利用烷基氯硅烷混合溶液总体积分数 30，DDS与MTS体积比1：5，对涤纶织物进行化 学气相沉积120 rain，可制备得到接触角高达 154o的超疏水织物表面。集灰试验表明，该涤纶 织物具有良好的自清洁性能。 参考
10、文 献 1 江雷从自然到仿生的超疏水纳米界面材料J现 5 6 7 8 代科学仪器，2003(3)：6 10 李书宏，冯琳，李欢君，等柱状结构阵列碳纳米管膜 的超疏水性研究J高等学校化学学报，2003，24 (2)：340342 张美玲天然纳米结构：荷叶J云南大学学报：自 然科学版，2005，27(5A)：462-464 YU YZHAO Z HZHENG Q SMechanical and SH perhydrophobic stabilities of twoscale surfacial structure of lotus leavesJLangmuir，2007，23(15)：8212
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12、 Z Y，HUO R Tet a1Superhydro phobic poly(vinylidene fluoride)film fabricated by a1 kali treatment enhancing chemical bath depositionJ Applied Surface Science，2010，256(7)：2061-2065 Preparation of self-cleaning polyester fabrics by chemical vapor deposition Fu Kaiwei ，Zheng Zhenrong 一，Li Yue ，Wang Shao
13、nan ，Yah 0n ， n0f n (1School of Textiles，Tianjin Polytechnic University； 2-Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Ministry of Education，Tianjin Polytechnic University) Abstract：To obtain the self-cleaning polyester fabrics，polyester fabrics were firstly treated bv alkali s0luti0ns and then
14、 reacted with alkyl chlorosilanes by the method of chemical vapor depositionThe resuhs sh0w that contact angles of the polyester fabrics，treated with 2030 gL alkali solutionincreased after chemical vapor depositionWith DDS to MTS being 1：5，when the total volume concentration 0f alkyl chlorosilanes was 30，the contact angle of polyester fabric increased to 1549。after deposited for 120 rain；and this fabric has excellent superhydrophobic and self-cleaning properties Keywords：polyester fabric，self-cleaning，chemical vapor deposition，superhydrophobic
