[发明专利]超疏水纤维、织物的简易制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明属于功能材料的加工领域，具体的说是涉及一种具有高接触角和低滚动角的超疏水纤维和织物的简易制备方法，本发明还涉及该超疏水纤维和织物的用途。

背景技术

超疏水表面是指水接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。仿照自然界超疏水现象(如荷叶表面、昆虫翅膀、花瓣等)构筑超疏水表面的研究，在自清洁领域具有重要的实际应用价值。影响固体表面润湿性的因素主要有两个：一是表面自由能，二是表面微观结构。目前，制备超疏水表面的方法主要有溶胶-凝胶法、等离子体处理法、异相成核法、刻蚀法、气相沉积法、电化学法、自组装法等。这些方法都存在制备工艺流程长、反应设备复杂、原料不菲等缺点而难以实现工业化。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种超疏水纤维、织物的制备方法，克服传统方法所要求的实验条件苛刻、成本高、难以用于工业中大规模生产等许多缺点，以简单易行的制备方法解决了以上技术问题。

技术方案：

仿生超疏水性表面可以通过两种方法实现：一是在粗糙表面上修饰低表面能的物质；另一种方法是利用疏水材料来构建表面粗糙结构。纤维、织物本身具有很大的粗糙度和多层次的粗糙结构，为了得到超疏水的纤维、织物，无需在其表面组装或键合纳米粒子以进一步增加表面粗糙度，只需修饰有效的低表面能物质即可。通过这种方法可得到超疏水纤维、织物，水滴在其表面的接触角大于150度，滚动角小于5度。

具有超疏水性能的纤维、织物，这种超疏水性能是由羟基化的纤维、织物经异氰酸酯修饰，再用含活泼氢的低表面能物质进行表面修饰而得到的。

所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷-4，4’-二异氰酸酯(HMDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(TMDI)、氢化甲苯二异氰酸酯(HTDI)中的一种或多种。

所述的低表面能物质为羟基硅油、羟基封端的聚丁二烯、碳原子数在十以上的长链(硫)醇和长链胺以及含有活泼氢的含氟低表面能物质中的一种或多种；含活泼氢的含氟低表面能物质为对三氟甲氧基苯胺及其衍生物、4-(4-三氟甲氧基苯基偶氮)苯酚及其衍生物、氟代的长链(硫)醇或胺中的一种或多种。

所述的纤维、织物为天然、人造或合成的表面富含羟基或氨基的纤维、织物。

具有超疏水性能的纤维、织物的制备方法包含以下步骤：

(1)材料预处理：将纤维、织物用水或乙醇、丙酮清洗干净，干燥待用；

(2)异氰酸酯改性：将干净干燥的纤维、织物置于1wt％的异氰酸酯溶液中，N₂保护下，60～80℃水浴或油浴中浸渍反应1h，取出，用溶剂洗涤；

(3)低表面能改性：将异氰酸酯修饰的纤维、织物置于1wt％的低表面能物质溶液中，在N₂保护下，60～80℃水浴或油浴中反应1h，取出，用溶剂洗涤，干燥。

制备方法中所用的溶剂为沸点在80℃左右的无毒低毒类有机溶剂，如乙酸乙酯、石油醚、己烷、庚烷、轻质汽油、溶剂汽油、甲苯、丙酮中的一种；低表面能处理后可用含活泼氢的溶剂如醇类洗涤。

制备方法中的干燥条件可为：(1)常温常压干燥12～48h；(2)真空干燥箱中，25～100℃下干燥0.5～10h。

有益效果：本发明对超疏水纤维、织物的制备技术来说是一项创新，而且所得制品的超疏水性能非常好。本发明具有以下优势：

(1)本发明选用的异氰酸酯是生产聚氨酯的常用化工原料，廉价易得，选择范围相当广泛。

(2)本发明选用的低表面能物质是含活泼氢的长链疏水物质或含氟低表面能物质，选择范围相当广泛。

(3)本发明利用异氰酸酯活泼的化学性质，直接在异氰酸酯修饰的纤维、织物表面修饰低表面能物质，是制备超疏水纤维、织物非常有效的方法。无须在纤维、织物表面引入纳米粒子，不存在纳米粒子的脱落，从而提高其表面稳定性，使制备超疏水纤维、织物变得异常简单易行，克服了传统方法中的实验条件苛刻、制备过程繁琐的困难。

(4)本发明所得的表面材料具有良好的超疏水性能，10mg水的接触角达到156度，10mg水的滚动角小于5度。

(5)本发明应用难度小，只要是表面富含活泼氢的纤维及其制品，就能够通过异氰酸酯修饰后再修饰低表面能的物质得以实现。