一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法转让专利
申请号 : CN202110651757.7
文献号 : CN113249972B
文献日 : 2022-02-01
发明人 : 张俊平 , 田宁 , 李步成 , 魏晋飞
申请人 : 中国科学院兰州化学物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,包括以下步骤:(1)烷基硅烷聚合物悬浮液的制备:以水为溶剂,无机酸为催化剂,烷基硅烷与硅烷偶联剂在室温下水解缩合反应1 18小时,得烷基硅烷聚合物悬浮液;所述烷基硅烷采用正辛~
基三甲氧基硅烷,十六烷基三甲氧基硅烷,十八烷基三甲氧基硅烷,十八烷基三乙氧基硅烷中的一种;硅烷偶联剂为γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、γ‑(2,3‑环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷中的至少一种;
(2)氟硅烷聚合物悬浮液的制备:以水为溶剂,无机酸为催化剂,氟硅烷和硅烷偶联剂在室温下水解缩合反应4 18小时,得氟硅烷聚合物悬浮液;所述氟硅烷为全氟辛基三甲氧~
基硅烷,全氟癸基三乙氧基硅烷中的一种,硅烷偶联剂为γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、γ‑(2,
3‑环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷中的至少一种;
(3)高耐压易清洁超疏水织物的制备:先将清洗过的织物浸泡于上述所得烷基硅烷聚合物悬浮液中5秒 10分钟,取出、压滤去除液体后经固化处理;再在上述氟硅烷聚合物悬浮~
液中浸泡5秒 10分钟,压滤去除液体经固化处理,即得高耐压易清洁超疏水织物。
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2.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,烷基硅烷与硅烷偶联剂的质量比为1:0.04 1:2。
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3.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述催化剂为盐酸和醋酸中的至少一种,其浓度为10 12mol/L,其用量为烷基硅烷与硅~
烷偶联剂总质量的0.01 5倍。
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4.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,氟硅烷和硅烷偶联剂的质量比为1:0.08 1:4。
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5.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述催化剂为盐酸或醋酸中的至少一种,其浓度为10 12mol/L,用量为氟硅烷与硅烷偶~
联剂总质量的0.01 2.5倍。
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6.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,在烷基硅烷聚合物悬浮液中浸泡后的固化处理,是在120 180℃下固化处理2 8分钟。
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7.如权利要求1所述一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,在氟硅烷聚合物悬浮液中浸泡后的固化处理,是在120 180℃下固化处理2 30分钟。
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说明书 :
一种高耐压易清洁超疏水织物的制备方法
技术领域
背景技术
富营养化,致使水体中藻类繁殖旺盛,造成鱼类及其他水生生物缺氧死亡,直至水质变坏甚
至变质发臭。另外洗涤剂对皮肤有直接的刺激作用,可引发多种皮肤病。因此,具有超疏水
功能的织物在防水、抗污染、自清洁方面具有重要的应用价值。目前,超疏水织物的制备包
括构造粗糙结构并用低表面能物质修饰,或者直接用低表面能物质修饰织物纤维,利用织
物纤维之间堆积产生的粗糙结构,实现超疏水功能。然而,超疏水织物的自清洁性能的缺点
在于污染物去除能力不足,主要体现在1)仅能去除表面附着的颗粒物,而对溶解于水中并
粘附于其表面的污染物难以去除,例如墨水、酱油、咖啡等生活中常见的污渍。2)一般来说,
自清洁性能只对于大于一定尺寸的颗粒具有显著效果,而对于进入粗糙结构内部的颗粒则
不具有自清洁能力;3)通常自清洁性能测试只是将模拟污染物放置于超疏水织物表面,水
流经过时将其带走,这与实际实验情况相差甚远。另外,目前对具有良好超疏水性能的织物
的制备已有很多报道,但对于超疏水织物的耐压能力(耐液滴冲击、耐静水压力)的报道却
比较少。CN111501352A利用烷基硅烷和硅烷偶联剂共水解缩合反应,制得了具有Janus分子
结构的有机硅烷聚合物悬浮液,通过浸涂、固化的方法制备得到了具有5级防水能力的超疏
水织物。这些超疏水织物虽然有一定的耐压能力,但只是对于液滴或者小水量的冲击具有
一定的承受能力,却无法承受大水量、高强度的冲击。其次,耐静水压力是织物耐压能力的
另一种测试方式,但是目前较少在超疏水织物上进行测试。
于超疏水织物的开发和应用及减少洗涤剂的使用具有重要意义。
发明内容
18小时,得烷基硅烷聚合物悬浮液。
(2,3‑环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷中的至少一种,烷基硅烷与硅烷偶联剂的质量比为1:
0.04 1:2。
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烷与硅烷偶联剂总质量的0.01 5倍。
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小时,得氟硅烷聚合物悬浮液。
硅烷和硅烷偶联剂的质量比为1:0.08 1:4。
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硅烷偶联剂总质量的0.01 2.5倍。
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除液体后在120 180℃下固化处理2 8分钟;再在上述氟硅烷聚合物悬浮液中浸泡5秒 10分
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钟,压滤去除液体后在120 180℃下固化处理2 30分钟,即得高耐压易清洁超疏水织物。
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的一刻起,其动能开始转变为液滴的形变能,5ms后,形变能达到了最大,随后形变能开始转
变为动能,液滴开始向上弹跳,并于17ms时全部完全离开织物表面,随后在28.25ms时达到
弹跳的最高高度。图1的结果表明,液滴在织物表面可以轻松弹跳,说明该织物表面具有良
好的超疏水能力。
的清洁。
在超疏水织物表面分布不均匀导致了颜色的差别。经过在加速洗仪器中9分钟的机洗(相当
于家用洗衣机45分钟机洗),原布的L*增加到54.9,b*增加到了‑8.9,相比之下,该超疏水织
物的L*增加到了82.2,b*增加到了‑0.75。表明相较于普通织物,对于喷雾造成的水性污渍,
该易清洁织物仅通过蒸馏水清洗即可达到接近于原始织物的洁净程度,而普通织物通过蒸
馏水清洗并不能明显去除其表面的污渍。
物的L*和b*。原布的L*为59.7,b*为‑9.6,易清洁织物的L*为81.9,b*为‑0.9。表明对于冲击
造成的水性污渍,普通织物并不能通过蒸馏水明显清洗干净,而对于该易清洁织物,仅仅通
过蒸馏水清洗即可达到接近于原始织物的洁净程度。
另一方面印证了原布西红柿酱未被完全洗干净,易清洁织物将污染的织物清洗至接近未污
染原布水平。表明对于生活中常见的具有一定的黏度的小颗粒水性污渍,由于压力作用而
进入织物表面后,普通织物利用蒸馏水很难清洗干净,而该易清洁织物仅使用蒸馏水即可
清洗到接近于原始织物的洁净程度。
o
并且WSA为18左右(图2)。说明该织物具有良好的耐静水压力的能力。
清洁织物进行加速洗涤2小时,发现该织物依然保持干燥(不会被水润湿),并且其WSA为17
左右(图3)。说明该易清洁织物具有良好的耐动态水压的能力。
氟硅烷聚合物,其良好的耐压能力与易清洁能力来源于水滴在该易清洁织物表面极低的粘
附力,9μL的水滴在该易清洁织物表面的粘附力为23.6μN;而此表面粘附力又是源自于该易
清洁织物极低表面能,其表面能为0.52mN/m;而这种极低的表面能又是烷基硅烷聚合物与
氟硅烷聚合物双重修饰的结果。
水等;3)对于不同污染方式形成的污渍具有良好的易清洁能力,如墨水冲击,墨水喷雾,挤
压的西红柿酱等方式形成的污渍;
附图说明
具体实施方式
中,在25℃下磁力搅拌1 小时,得到均匀的烷基硅烷聚合物悬浮液;
中,在25℃下磁力搅拌4小时,得到均匀的氟硅烷聚合物悬浮液;
聚合物悬浮液中浸泡10分钟,取出,压滤去除多余残液后,在140C下固化10分钟,然后在氟
o
硅烷聚合物悬浮液中浸泡5分钟,取出,压滤去除多余残液,在150 C下固化30分钟,即得高
耐压易清洁超疏水织物;
中,在30℃下磁力搅拌6 小时,得到均匀的烷基硅烷聚合物悬浮液;
中,在25℃下磁力搅拌4小时,得到均匀的氟硅烷聚合物悬浮液;
物悬浮液中浸泡5分钟,取出,压滤去除多余残液,在170 C下固化3 分钟,然后在氟硅烷聚
o
合物悬浮液中浸泡10分钟,取出,压滤去除多余残液,在140C下固化30分钟,即得高耐压易
清洁超疏水织物;
馏水加入到100 mL的烧杯中,在30℃下磁力搅拌6小时,得到均匀的烷基硅烷聚合物悬浮
液;
中,在25℃下磁力搅拌反应8小时,得到均匀的氟硅烷聚合物悬浮液;
物悬浮液中浸泡2分钟,取出,压滤去除多余残液,在170 C下固化3 分钟,然后在氟硅烷聚
o
合物悬浮液中浸泡10分钟,取出,压滤去除多余残液,在140C下固化30分钟,即得高耐压易
清洁超疏水织物;
力搅拌8小时,得到均匀的烷基硅烷聚合物悬浮液;
搅拌反应8小时,得到均匀的氟硅烷聚合物悬浮液;
烷基硅烷聚合物悬浮液中浸泡9分钟,取出,压滤去除多余残液,在170C下固化4 分钟,然
o
后在氟硅烷聚合物悬浮液中浸泡10分钟,取出,压滤去除多余残液,在140 C下固化25分钟,
即得高耐压易清洁超疏水织物;
℃下磁力搅拌2小时,得到均匀的烷基硅烷聚合物悬浮液;
下磁力搅拌反应12小时,得到均匀的氟硅烷聚合物悬浮液;
烷基硅烷聚合物悬浮液中浸泡9分钟,取出,压滤去除多余残液,在170C下固化4 分钟,然
o
后在氟硅烷聚合物悬浮液中浸泡10分钟,取出,压滤去除多余残液,在140 C下固化30分钟,
即得高耐压易清洁超疏水织物;