一種具有超疏水表面的耐久纖維素纖維織物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紡織品功能整理領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有超疏水表面的耐久纖維素 纖維織物的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人們制造超疏水表面的想法最初來源于表現(xiàn)出自清潔性的荷葉表面、昆蟲翅膀等 自然現(xiàn)象的啟發(fā)，通過對(duì)荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)的研宄，發(fā)現(xiàn)微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì) 的存在是產(chǎn)生超疏水表面的兩個(gè)必要條件，缺一不可。一般來說，超疏水表面可以通過在疏 水性表面構(gòu)建粗糙的結(jié)構(gòu)或者在粗糙表面用低表面能化合物進(jìn)行修飾或改性而制備得到， 當(dāng)固體表面與水的接觸角大于150°且不易被潤(rùn)濕時(shí)，我們就稱其為超疏水表面。然而，通 常制備的超疏水表面耐久性能較差，因而制備出耐久性超疏水表面，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效應(yīng)。耐久性超疏水表面是指在使用過程中受到各種外界物理化學(xué)作用條件下仍保 持一定的超疏水性能的界面?，F(xiàn)有研宄表明，提尚超疏水表面耐久性主要有兩種途徑：一是 提高表面的機(jī)械穩(wěn)定性和抗油污性，即在使用前提高其抵御外界物理化學(xué)作用的能力，降 低摩擦或污染對(duì)其超疏水性能的影響；二是制備具有自修復(fù)性的超疏水界面，即表面的超 疏水能力因外界作用而遭到破壞的情況下，能夠自我修復(fù)或經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后表面就能逐步 恢復(fù)超疏水性能。隨著納米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用，具有優(yōu)異的特性和優(yōu)良化學(xué)穩(wěn)定性的 納米Si0 2成為構(gòu)造表面粗糙結(jié)構(gòu)的不二選擇，通過無機(jī)納米Si02和有機(jī)物質(zhì)的協(xié)同作用是 制備超疏水表面的一個(gè)重要途徑和方法。
[0003] 納米Si02因其優(yōu)異的性能在構(gòu)筑織物表面粗糙結(jié)構(gòu)上獲得了廣泛的應(yīng)用，但納米 Si〇2本身容易團(tuán)聚，分散穩(wěn)定性差，對(duì)纖維親和力不足，難以固著在纖維表面。將納米SiO 2 處理到織物上，經(jīng)浸軋烘干后通過物理吸附固著在織物表面，與織物的結(jié)合牢度差，經(jīng)過多 次水洗后，由于微觀納米粒子粗糙結(jié)構(gòu)的破壞和低表面能物質(zhì)的損耗，織物的疏水性能會(huì) 大幅降低，織物也因此喪失了超疏水能力。因此，對(duì)納米Si0 2粒子進(jìn)行表面改性，解決納米 粒子的團(tuán)聚問題，改善分散穩(wěn)定性，適當(dāng)引入某些特殊官能團(tuán)，并對(duì)織物進(jìn)行改性，使納米 粒子與織物間以共價(jià)鍵牢固結(jié)合，提高無機(jī)納米Si0 2與織物間的結(jié)合牢度，探索工藝簡(jiǎn)單、 成本低廉、綠色環(huán)保安全的方法，制備出具有較高耐洗牢度的超疏水紡織品，對(duì)于提高紡織 產(chǎn)品的附加值具有重要意義。
[0004] 近年來制備耐久性超疏水表面取得了一些進(jìn)展。莊偉采用溶膠-凝膠法，以水 為溶劑，氨水為催化劑，甲基三甲氧基硅烷為前驅(qū)體，三甲氧基硅烷為添加劑，在表面活性 劑存在的條件下制備了改性納米Si0 2水溶膠，并將其整理到棉織物上，獲得了接觸角達(dá)到 152. r，滾動(dòng)角為8°，沾水等級(jí)為100的超疏水棉織物，但多次皂洗后，織物的沾水等級(jí) 明顯降低，疏水效果不持久。公開號(hào)為CN102409527A的中國(guó)專利中，將預(yù)先清洗好的滌綸 織物浸漬在準(zhǔn)備好的單體溶液中2-5min，然后將浸漬后的附有單體的滌綸置于外電極式常 壓等離子體反應(yīng)室中，通入1. 2-2. OL/min流量的Ar，控制電壓于95-115V之間；處理時(shí)間 60s-240s。獲得具有一定耐久的超疏水織物，該方法需要對(duì)織物進(jìn)行等離子體處理，不利 于構(gòu)建均勻的粗糙表面，多次皂洗后粗糙表面容易被破壞，疏水效果不夠持久，且設(shè)備要求 高，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 綜上所述，盡管目前已有報(bào)導(dǎo)耐久性超疏水表面的制備方法，但從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性 和環(huán)保性角度來看，仍然存在著很多的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種突破了以往超 疏水紡織品耐久性差的方法，制備得到具有超疏水表面的耐久纖維素纖維織物；分別對(duì)溶 膠和纖維素纖維織物進(jìn)行改性，將活性基團(tuán)（氨基、環(huán)氧基、羧基等）引入納米Si0 2和纖維 表面，采用簡(jiǎn)單的一步法整理，通過纖維表面活性基團(tuán)與改性3102表面的交聯(lián)作用，增強(qiáng)織 物與無機(jī)納米Si0 2間的結(jié)合力，提高改性溶膠與改性纖維素纖維織物表面的共價(jià)鍵結(jié)合牢 度，最終獲得具有一定耐洗性的無氟纖維素纖維織物超疏水界面。且這種耐久性纖維素纖 維織物超疏水表面的制備方法經(jīng)濟(jì)環(huán)保，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] 一種具有超疏水表面的耐久纖維素纖維織物的制備方法，采用以下步驟：
[0009] a.改性5102復(fù)合溶膠的制備
[0010] ⑴將硅源與硅烷偶聯(lián)劑混合，充分?jǐn)嚢杈矗玫骄嗟耐该魅芤海?br>[0011] ⑵將去離子水和無水乙醇充分混合均勾，得到混合透明溶劑；
[0012] (3)在劇烈攪拌狀態(tài)下，控制反應(yīng)溫度為20°C?60°C，將步驟⑴得到的溶液緩 慢滴入到步驟（2)得到的溶液中，滴加完畢后，每隔半小時(shí)緩慢加入第一催化劑，穩(wěn)定pH值 8?10,控制滴加速度，繼續(xù)劇烈攪拌2?4h，得到透明的帶有藍(lán)光的改性納米Si0 2溶膠； 再加入低表面能物質(zhì)，繼續(xù)劇烈攪拌1?2h，得到改性Si02復(fù)合溶膠；
[0013] b.改性織物的制備
[0014] (1)將改性劑和第二催化劑溶于去離子水中，得到織物改性溶液；
[0015] (2)將纖維素纖維織物浸入到織物改性溶液中，經(jīng)浸漬、干燥、焙烘、清洗、干燥，得 到改性織物；
[0016] c.織物的超疏水整理
[0017] 將改性織物浸漬于改性Si02復(fù)合溶膠中，經(jīng)二浸二軋、預(yù)烘、焙烘，得到具有超疏 水表面的耐久纖維素纖維織物。
[0018] 步驟（1)中，所述的硅源、硅烷偶聯(lián)劑、去離子水、無水乙醇、第一催化劑、低表面 能物質(zhì)的摩爾比為1 : (1?10) : (10?50) : (10?100) : (1?10) : (1?10)。
[0019] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，硅源為正硅酸四乙酯或硅酸鈉，硅烷偶聯(lián)劑選自Y -氨基 丙基三甲氧基硅烷、y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧 基娃燒中的一種，第一催化劑選自氨水、碳酸鈉或碳酸氫鈉中的一種。
[0020] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的低表面能物質(zhì)選自十六烷基三甲氧基硅烷、硬脂酸 或全氟辛基乙基三乙氧基硅烷中的一種。低表面能物質(zhì)的水解產(chǎn)物能與改性納米3102表 面的羥基和織物上的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，降低織物表面張力，從而增加整理后織物的疏水 性能。
[0021] 步驟⑵中，所述的改性劑、第二催化劑、去離子水的摩爾比為1:(1?10) :(1〇? 100) 〇
[0022] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，改性劑選自檸檬酸、酒石酸或丁烷四羧酸中的一種，所述的 第二催化劑選自次亞磷酸鈉、酒石酸鈉或三乙醇胺中的一種。
[0023] 步驟⑵中的干燥溫度為50°C?80°C，焙烘溫度為100°C?180°C，焙烘的時(shí)間為 lmin ?10min〇
[0024] 步驟（3)中的二浸二軋的軋液率為50% -80%，預(yù)烘溫度為50°C?80°C，預(yù)烘的 時(shí)間為lmin?lOmin。
[0025] 所述的纖維素纖維織物選自棉、粘膠、麻或竹纖維中的一種。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用改性納米SiO#lj備得到耐久性超疏水纖維素纖維織 物，為納米Si0 2在紡織品超疏水功能整理領(lǐng)域的應(yīng)用帶來一個(gè)重大突破及商業(yè)價(jià)值，具有 以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1.本發(fā)明在醇水混合溶劑體系條件下，采用溶膠-凝膠法制備改性納米Si〇d§ 膠，通過對(duì)改性工藝和改性條件的控制，制備了單分散改性納米Si0 2溶膠，將活性官能團(tuán) 如-nh2引入到納米SiO 2表面，獲得特定功能的改性納米SiO 2，從而拓寬納米SiO^應(yīng)用范 圍。
[0028] 2.本發(fā)明賦予纖維素纖維織物優(yōu)異的耐久性超疏水性能，分別對(duì)溶膠和纖維素纖 維織物進(jìn)行改性將活性基團(tuán)引入到納米Si0 2和纖維表面，通過兩者間活性基團(tuán)的共價(jià)交聯(lián) 反應(yīng)結(jié)合在一起，制備出的織物初始靜態(tài)接觸角達(dá)到150°以上，標(biāo)準(zhǔn)皂洗20次后靜態(tài)接 觸角仍140°以上，達(dá)到預(yù)期效果，具有較好的耐久性能，能夠滿足人們對(duì)現(xiàn)代紡織品功能 性需求，比如可以制作具有超疏水性能戶外運(yùn)動(dòng)服、窗簾、地毯等。
【附圖說明】
[0029] 圖1為采用未改性硅溶膠對(duì)未改性棉織物超疏水整理后的掃描電鏡圖片；
[0030]圖2為采用改性硅溶膠對(duì)未改性棉織物超疏水整理后的掃描電鏡圖片；
[0031]圖3為采用改性硅溶膠對(duì)檸檬酸改性棉織物超疏水整理后的掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033] 一種具有超疏水表面的耐久纖維素纖維織物的制備方法，采用以下步驟：
[0034] a.改性5102復(fù)合溶膠的制備
[0035] (1)將硅源與硅烷偶聯(lián)劑混合，充分?jǐn)嚢杈?，得到均相的透明溶液，其中硅源?正硅酸四乙酯或硅酸鈉，硅烷偶聯(lián)劑選自Y -氨基丙基三甲氧基硅烷、Y -縮水甘油