基于溶胶-凝胶技术的织物表面改性与超疏水性能研究

摘要

超疏水织物因其具有良好的自清洁、抗污抑菌和防水等优良性能，在工农业生产、生物医学以及人们日常生活等领域具有极其广泛的应用前景，深受人们的关注。织物表面的超疏水性能是由表面粗糙度和表面自由能两者共同决定的，但是目前在织物表面构造微纳米多级复合结构的方法较为复杂且不易工业化生产，如何简单有效地在织物表面构造微纳米多级复合结构成为织物后整理领域的一个研究热点；同时目前大多使用含有长氟碳链的化合物整理织物表面以得到低表面自由能，但是含氟化学物难以生物降解，对环境和人体健康造成潜在的危害，因此，使用环境友好型的整理剂制备超疏水织物迫在眉睫。同时毛涤面料的超疏水改性的研究和报道还相对较少。
　　本课题是利用简单预处理手段对毛涤织物和棉织物进行活化，然后通过两种不同粒径的溶胶整理到织物表面，并使用含长链烷烃的硅烷修饰织物表面，制备得到了具有良好超疏水性的织物。本文研究内容为超疏水织物的工业化生产奠定一定的基础。课题的创新点在于通过两种不同粒径的溶胶整理获得有效的微纳米多级复合结构，同时利用简单有效的预处理手段活化织物表面提高了纳米颗粒覆盖率，使织物具有更加突出的疏水效果。
　　本文首先以正硅酸乙酯为前驱物，探索不同的组分和工艺条件对SiO2颗粒大小和分布的影响，并将制备的粒径为100nm左右的SiO2溶胶整理到织物上，之后用含长链烷烃的硅烷整理，最后在毛涤织物和棉织物上构造疏水涂层，并对相关性质进行了表征。研究结果表明棉织物的水接触达到151.42±1.38°，毛织物的水接触角为138.4±4.72°，且通过扫描电子显微镜可以观察到SiO2颗粒均匀整理到织物表面，整理后毛涤织物和棉织物的物理机械性能保持良好，但是透气性略有下降。
　　本文还探索制备了粒径为900nm左右的SiO2溶胶，然后将900nm和100nm两种溶胶两步整理到织物上，制备了超疏水织物。研究结果表明经过两种溶胶整理后织物的水接触角明显高于一种溶胶整理后的织物，其中棉织物接触角为157±1.8°，毛涤织物接触角为148±1.8°。通过 XPS、红外光谱和热重分析可以说明溶胶整理到织物上；通过环境扫描电子显微镜、发射电子显微镜和原子力显微镜观察到 SiO2颗粒均匀整理到织物表面，且在织物表面构造的微纳米多级复合结构。
　　此外，为了进一步改善羊毛织物的疏水性，本文也探索通过双氧水氧化和紫外照射活化毛涤织物的方法。通过正交试验得到最优织物预处理方案为：5％双氧水氧化，100W紫外光照射10min。经过最优预处理方案的织物的静态接触角为150.1±1.13°，达到超疏水效果。经过Allw?rden反应和 SEM证实，羊毛纤维经过氧化和紫外处理后暴露了更多的化学反应位点，提高了硅颗粒在纤维表面的覆盖率，在纤维表面构造了有效的粗糙结构，赋予羊毛织物超疏水特性。

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第一章 前言

1.1引言

1.2 固体表面超疏水基本理论

1.3 超疏水纺织品的制备方法

1.4 课题研究意义和内容

第二章 实验与测试方法

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验方法

2.3 测试方法

第三章 硅溶胶的制备与一步法织物整理

3.1 引言

3.2 实验原理

3.3 实验温度对溶胶及织物疏水性的影响

3.4 有机硅氧烷对织物疏水性的影响

3.5 氨水加入方式对溶胶及织物疏水性的影响

3.6 氨水用量对溶胶及织物疏水性的影响

3.7 本章小结

第四章 不同粒径溶胶的制备与两步法织物整理

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 氧化与紫外对毛涤织物疏水性的影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士研究生期间成果目录

致谢