CN106702718A - 一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，该方法包括如下步骤：纳米TiO2前驱体溶液配制；热压法制备超疏水抗紫外织物。该方法不但工艺简单，能源成本，原料成本低廉，而且能够适用于各种原料基底，所得产品具有很好的耐磨性能、耐皂洗、耐酸碱、抗紫外性能，可以直接应用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法。
背景技术
疏水现象作为一种常见的浸润现象早已得到人们的关注与研究，早在1805年托马斯-杨便提出了关于界面张力与浸润性能的杨氏方程。而后1997年荷叶效应的发现使人们对超疏水表面的研究进入新纪元。所谓的超疏水表面是指水滴与界面的接触角大于150°且滚动角小于10°的表面。目前，制备超疏水表面主要通过以下两种途径：(1)在表面构建粗糙结构(2)在表面修饰低表面能物质。但是单纯修饰低表面能物质并不能实现超疏水的效果，因此如何构造表面的粗糙结构成为构造超疏水表面的重点。据报道，常见的构造方法主要有水热法，静电纺丝法，等离子体刻蚀法，激光飞秒刻蚀法，这些方法要么需要复杂的工艺要么需要昂贵的仪器，很难应用于大规模工业化生产，更重要的是利用这些方法构造的粗糙结构很容易在外力作用下坍塌失去超疏水性能。因此如何以低成本构造超疏水表面，使其具有耐摩擦，耐皂洗，耐酸碱性能，以及抗紫外等特殊防护性能，并使其适用于大规模工业化生产，是一个重要的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，采用一步热压法直接构造超疏水涂层抗紫外织物，解决上述问题。
本发明的技术方案是：
一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，该方法包括如下步骤：
(1)纳米TiO2前驱体溶液配制：将酸溶解在溶剂中，所述酸与溶剂的体积比为1:100～1:10，并在磁力搅拌的作用下滴加钛酸正四丁酯，并加入硅烷偶联剂，持续搅拌后，将清洗干净的织物浸入所制溶液，搅动后取出；
(2)热压法制备超疏水抗紫外织物：将上述步骤所得的织物置于压强大小为0～3Kg/cm2的压力下，并在温度为20℃～200℃的条件下反应3min～1day，反应结束后取出，即得具有超耐磨特殊浸润性抗紫外功能的织物。
进一步的，步骤(1)中所述酸为盐酸或醋酸中的任意一种。
进一步的，步骤(1)中所述溶剂为极性或非极性溶剂。
进一步的，步骤(1)中所述溶剂为水、DMF、乙醇或甲苯中的任意一种。
进一步的，步骤(1)中所述硅烷偶联剂为十八烷基硅氧烷、OTES、PDES、PTES、氯硅烷、硅氮烷以及硅氧烷类化合物中的任意一种或多种。
进一步的，步骤(1)中所述织物为天然或人造纤维机织物、非织造织物、针织物或无机材料织物中的任意一种。
进一步的，所述天然或人造纤维机织物为棉、麻、丝、毛、涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶或黏胶中的任意一种，所述无机材料织物为玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维。
进一步的，步骤(1)中所述清洗干净的织物为依次经过去离子水、乙醇、丙酮超声清洗并烘干备用的织物。
进一步的，步骤(2)中所述压力由重物、热辊或轧车提供。
进一步的，步骤(2)中所述温度由加热台、烘箱或热辊提供。
本发明的优点是：
(1)采用一步热压法直接构造了织物超疏抗紫外表面。生产所需的工艺、设备极其简单，成本低，同时产品具有优异的耐磨性能，耐皂洗，耐酸碱，抗紫外性能并能直接应用于大规模工业化生产。
(2)使用该方法可以在各类织物基底上构造超疏水表面，原料适用性广，可应用于不同用途。
(3)使用该方法处理过的织物可以获得很好的疏水及油水分离性能，必将在资源回收，环境净化领域获得广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的元素分布以及EDS能谱图；
图2为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的形貌及接触角；
图3为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的各个阶段XPS谱图；
图4为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例一所制备的粗糙结构表面的SEM图；
图5为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例二所制备的粗糙结构表面的SEM图；
图6为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例三所制备的粗糙结构表面的SEM图；
图7为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面经外界摩擦800次的接触角图；
图8为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面分别皂洗10次的接触角图；
图9为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面分别经酸、碱浸泡24小时后的接触角图；
图10为利用织物UPF测试仪，对经构筑方法整理的织物进行紫外防护性能测试得到的紫外透过图。
具体实施方式
本发明提供一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，包括以下步骤：
一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，该方法包括如下步骤：
(1)纳米TiO2前驱体溶液配制；和
(2)热压法制备超疏水抗紫外织物。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，包括：
步骤一：纳米TiO2前驱体溶液配制：将酸溶解在溶剂中，所述酸与溶剂的体积比为1:100～1:10，并在磁力搅拌的作用下滴加钛酸正四丁酯，并加入硅烷偶联剂，持续搅拌后，将清洗干净的织物浸入所制溶液，搅动后取出；
在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。用量筒量取20mlDMF溶液，置于50ml离心管中，在磁力转子的搅拌作用下滴加0.2～2ml醋酸，然后滴加1～4ml钛酸正四丁酯，1～6ml硅烷偶联剂。将清洗干净的棉布浸入所配制溶液，搅动，取出；
步骤二：热压法制备超疏水抗紫外织物。
在一个实施例中，该步骤可以具体如下执行：将浸好的织物置于0～3Kg/cm2压强下，并在20-200℃温度中反应3min～1天时间，反应结束后取出，即得到具有超耐磨特殊浸润性能的抗紫外功能织物。
上述步骤所得实验结果请参阅图1-图3，请参阅图1，图1为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的元素分布以及EDS能谱图。如图1所示，制备的微纳结构TiO2棉织物表面EDS能谱及元素Ti的分布。
请参阅图2，图2为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的形貌及接触角。如图2所示，经该方法整理后表面呈现不规则粗糙结构，并获得超疏水表面，接触角达到150°以上。
请参阅图3，图3为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的各个阶段XPS谱图。如图3所示，经该方法整理后的织物表面出现了明显的Ti及Si信号，说明已成功制备了超疏水表面。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：OTES：正辛基三乙氧基硅烷；PDES：1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷；PTES：1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷；DMF：N-N二甲基甲酰胺；SEM图：电子扫描显像图；EDS图：能谱图；XPS谱图：X射线光电子能谱分析谱图。
实施例一
本实施方式按照如下步骤制备具有超耐磨特殊浸润性的抗紫外功能织物表面：
步骤一：纳米TiO2前驱体溶液配制
先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。用量筒量取20mlDMF溶液，置于50ml离心管中，在磁力转子的搅拌作用下滴加0.4ml醋酸，然后滴加2ml钛酸正四丁酯，4ml十八烷基硅氧烷。将清洗干净的棉布浸入所配制溶液，搅动，取出。
步骤二：热压法制备超疏水抗紫外织物
将通过步骤一浸好的织物置于重物提供的0.5Kg/cm2压强下，并在200℃温度烘箱中反应10min时间，反应结束后取出，即得到具有超耐磨特殊浸润性能的抗紫外功能织物。
本实施例制备的超耐磨特殊浸润性的抗紫外功能织物的形貌结构请参阅图4，图4为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例一所制备的粗糙结构表面的SEM图。
实施例二
本实施方式按照如下步骤制备具有超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物表面：
步骤一：纳米TiO2前驱体溶液配制
先将棉布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。用量筒量取20mlDMF溶液，置于50ml离心管中，在磁力转子的搅拌作用下滴加0.2ml醋酸，然后滴加4ml钛酸正四丁酯，2ml十八烷基硅氧烷。将清洗干净的棉布浸入所配制溶液，搅动，取出。
步骤二：热压法制备超疏水抗紫外织物
将浸好的织物置于热辊中压强0.5Kg/cm2，温度200℃，反应10min时间，反应结束后取出，即得到具有超耐磨特殊浸润性能的抗紫外功能织物。
本实施例制备的超耐磨特殊浸润性的抗紫外功能织物的形貌结构请参阅图5，图5为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例二所制备的粗糙结构表面的SEM图。
实施例三
本实施方式按照如下步骤制备具有超耐磨特殊浸润性的抗紫外功能织物表面：
步骤一：纳米TiO2前驱体溶液配制
先将蚕丝布按照3×3cm规格裁剪5块，并置于烧杯中依次经过去离子水、无水乙醇，丙酮超声5min，超声完毕后放入烘箱80℃干燥，冷却备用。用量筒量取20mlDMF溶液，置于50ml离心管中，在磁力转子的搅拌作用下滴加0.4ml醋酸，然后滴加2ml钛酸正四丁酯，4ml十八烷基硅氧烷。将清洗干净的蚕丝布浸入所配制溶液，搅动，取出。
步骤二：热压法制备超疏水抗紫外织物
将浸好的织物置于重物提供的0.5Kg/cm2压强下，并在180℃温度烘箱中反应25min时间，反应结束后取出，即得到具有超耐磨特殊浸润性能的抗紫外功能织物。
本实施例制备的超耐磨特殊浸润性的抗紫外功能织物的形貌结构请参阅图6，图6为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的实施例三所制备的粗糙结构表面的SEM图。
在以上三个实施例中，通过超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法构筑的织物表面在外界摩擦作用下具有持久的疏水性，请参阅图7，图7为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面经外界摩擦800次的接触角图。如图7所示，用棉布摩擦制备的特殊浸润性抗紫外功能织物表面，经过800次循环织物表面与水的接触角都达到150°以上，保持了较好的疏水性。
通过超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法构筑的织物表面具有耐皂洗性能，请参阅图8，图8为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面分别皂洗10次的接触角图。图8中，按照AATCC标准的2A方法水洗织物表面，在经过10次加强循环织物表面与水的接触角变化趋势后，五次加强水洗后样品保持了较好的疏水性。
通过超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法构筑的织物表面具有耐酸碱性能，请参阅图9，图9为本发明所述的一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法的织物表面分别经酸、碱浸泡24小时后的接触角图，其中盐酸的pH＝1，氢氧化钠的pH＝13，从图9可以看出，经该方法整理的织物所获得的超疏水性能在极端酸碱环境下具有很好的保持能力。
通过超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法构筑的织物表面具有抗紫外，请参阅图10，图10为利用织物UPF测试仪，对经构筑方法整理的织物进行紫外防护性能测试得到的紫外透过图。如图10所示，经该方法整理的织物对紫外UVA及UVB波段具有很好的隔离效果，其UPF值可达到50+。
除此之外，通过超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法构筑的织物表面还具有油水分离性能，若将制备好的功能织物表面固定在两个玻璃管之间，体积比为1:1的水和油的混合溶液从上端开口的玻璃管处倒入，片刻之后油通过织物流进下面的锥形瓶收集器里，染成蓝色的水溶液留在上面的玻璃器中，因此所述织物具有油水分离性能。
综上所述，纳米TiO2稳定无毒，近些年来在纺织，化工，能源领域受到广泛的关注，本发明公开了一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，用一步热压法直接构造纳米TiO2超疏水表面，不但工艺简单，能源成本，原料成本低廉，而且能够适用于各种原料基底，所得产品具有很好的耐磨性能、耐皂洗、耐酸碱、抗紫外性能，可以直接应用于大规模工业化生产。另外，以该方法构建的织物表面疏水性能十分稳定，具有优异的机械性能及化学稳定性，有望在户外服装，工业防水，资源回收等领域得到应用。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)纳米TiO2前驱体溶液配制：将酸溶解在溶剂中，所述酸与溶剂的体积比为1:100～1:10，并在磁力搅拌的作用下滴加钛酸正四丁酯，并加入硅烷偶联剂，持续搅拌后，将清洗干净的织物浸入所制溶液，搅动后取出；
(2)热压法制备超疏水抗紫外织物：将上述步骤所得的织物置于压强大小为0～3Kg/cm2的压力下，并在温度为20℃～200℃的条件下反应3min～1day，反应结束后取出，即得具有超耐磨特殊浸润性抗紫外功能的织物。
2.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于：步骤(1)中所述酸为盐酸或醋酸中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于：步骤(1)中所述溶剂为极性或非极性溶剂。
4.根据权利要求3所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于：所述溶剂为水、DMF、乙醇或甲苯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于：步骤(1)中所述硅烷偶联剂为十八烷基硅氧烷、OTES、PDES、PTES、氯硅烷、硅氮烷以及硅氧烷类化合物中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于：步骤(1)中所述织物为天然或人造纤维机织物、非织造织物、针织物或无机材料织物中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于:所述天然或人造纤维机织物为棉、麻、丝、毛、涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶或黏胶中的任意一种，所述无机材料织物为玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维。
8.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于:步骤(1)中所述清洗干净的织物为依次经过去离子水、乙醇、丙酮超声清洗并烘干备用的织物。
9.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于，步骤(2)中所述压力由重物、热辊或轧车提供。
10.根据权利要求1所述的超耐磨特殊浸润性抗紫外功能织物构筑方法，其特征在于，步骤(2)中所述温度由加热台、烘箱或热辊提供。
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