CN111494987B - 一种无氟的超疏水织物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无氟的超疏水织物及其制备方法。这种超疏水织物包括基体，以及设于基体表面的涂层；其中，基体为碱化的聚酯织物；涂层为水性有机硅聚氨酯涂层。这种超疏水织物的制备方法，是将水性有机硅聚氨酯溶液喷涂在碱化的聚酯织物上，固化，热处理得到的。本发明通过分子设计合成一种水性有机硅聚氨酯，为超疏水织物的制备提供低表面能，再巧妙地利用碱处理，在聚酯织物上制备出超疏水织物所需的微纳米结构。本发明制备超疏水织物的方法简便、高效、经济、环保，能有效实现油水分离，无氟无颗粒，更易工业化。

Description

一种无氟的超疏水织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及织物技术领域，特别是涉及一种无氟的超疏水织物及其制备方法。

背景技术

近年来，由于工业含油废水的不断增加和溢油事故的频繁发生，含油废水对环境的潜在污染和对人类健康的影响引起了世界各国的关注。然而，目前的含油污水处理技术由于分离效率低、可重复利用性差、运行成本高、操作程序复杂等原因，在油水分离的通用性、可用性和适应性等方面还存在不足。因此，高效分离含油污水处理已成为一项紧迫的全球性挑战。近年来的研究表明，超疏水表面(SFS)被认为是一种简便、有效的油水分离方法。

超疏水表面可以定义为水接触角(WCA)大于150°，水滑动角(WSA)小于10°的表面。通常，分层粗糙度(包括微结构和纳米结构)和低表面能成分是实现超疏水表面的关键。

目前创建所需的微纳米形貌的一般策略是添加微或纳米颗粒。然而，与高成本的纳米颗粒相结合可能会增加成本，有时纳米颗粒可能会对基板的原始物理性能产生不良影响。此外，这些粒子很容易被剥离，导致弱的超疏水性和潜在的毒性。含氟化合物由于其表面能低，被广泛应用于微/纳米级粒子表面改性或分子氟化。通过采用含氟聚合物和物理掺杂无机物制备SFS是目前常规的制备方法，但是这些方法存在着反应时间长、工艺繁琐复杂、环保性差差等缺点。而氟化合物因为它有害生物和环境而一直受限制，因此，目前有很多无硅无颗粒的研究。

到目前为止，电纺丝技术，光刻过程，化学汽相淀积，相分离，模板方法，逐层组装、水热合成，电化学沉积，浸渍涂料、喷涂和溶胶-凝胶过程等方法用来制备超疏水表面在不同的底物，包括金属网、纺织品、过滤器、水凝胶、聚合物薄膜和多孔海绵、可获得油水分离的超润湿性表面。在所有这些技术中，浸渍涂层和喷涂涂层由于其简单、高效和成本效益得到了广泛的应用。织物是一种广泛应用于日常生活的材料，具有成本低、柔韧性好、化学稳定性好、吸收能力强等明显优点，被认为是一种理想的油水分离膜。

目前也有一些无氟无颗粒的超疏水织物的制备方法，但一般工艺复杂，难以工业化。

发明内容

为了克服现有技术制备无氟无颗粒超疏水织物存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种简便、高效、经济、环保，能有效实现油水分离的无氟无颗粒的超疏水织物，本发明的目的之二在于提供这种超疏水织物的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种无氟的超疏水织物，该超疏水织物包括基体，以及设于基体表面的涂层；其中，基体为碱化的聚酯织物；涂层为水性有机硅聚氨酯涂层。

优选的，这种超疏水织物中，碱化的聚酯织物是将涤纶纤维浸泡在碱液中处理后得到的织物。

优选的，这种碱化处理中，碱液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种；进一步优选的，碱液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。在本发明一些优选的具体实施方式中，碱液选用氢氧化钠溶液。氢氧化钠溶液的浓度优选为1mol/L～5mol/L。

优选的，这种碱化处理中，处理的温度为50℃～90℃；处理的时间为30min～90min。

优选的，这种超疏水织物中，水性有机硅聚氨酯的制备组分包括：双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丁酸和三羟基丙烷。

本发明水性有机硅聚氨酯的制备组分中，双羟基聚二甲基硅氧烷是作为扩链剂使用。

优选的，双羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，m、n分别为任意正整数。

进一步优选的，如式(Ⅰ)所示结构的双羟基聚二甲基硅氧烷中，m＝1～13，n＝1～54。

优选的，水性有机硅聚氨酯的制备组分还包括封端剂；进一步优选的，封端剂选用单羟基聚二甲基硅氧烷；再进一步优选的，单羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，x为任意正整数。

进一步优选的，如式(Ⅱ)所示结构的单羟基聚二甲基硅氧烷中，x＝3～4。

本发明还提供了上述超疏水织物的制备方法。

一种上述无氟的超疏水织物的制备方法，包括如下步骤：将水性有机硅聚氨酯溶液喷涂在碱化的聚酯织物上，固化，热处理，得到超疏水织物。

优选的，这种超疏水织物的制备方法中，每平方米碱化的聚酯织物喷涂的水性有机硅聚氨酯溶液体积≥100mL；进一步优选的，每平方米碱化的聚酯织物喷涂的水性有机硅聚氨酯溶液体积为100mL～250mL。

优选的，这种超疏水织物的制备方法中，水性有机硅聚氨酯的制备方法包括以下步骤：

1)将双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和溶剂混合；

2)向步骤1)得到的混合液与二羟甲基丁酸、三羟基丙烷混合；

3)向步骤2)得到的溶液中加入催化剂，加热反应，加入胺中和，得到水性有机硅聚氨酯。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤1)中，双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为10：(0.3～8)：(42.5～52.5)。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤1)中，溶剂选自N,N’-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、丙酮中的至少一种。溶剂的用量可以根据实际需要进行调整，以使物料完全溶解为宜。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤2)中，按双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯的总质量计，二羟甲基丁酸的加入量占3.5％～5.5％。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤2)中，按双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯的总质量计，三羟基丙烷的加入量占0.25％～1.25％。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，催化剂为有机锡类催化剂，可选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，加热反应是在40℃～90℃下反应4h～10h。

这种水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，加热反应后得到的产物结构式如式(III)所示：

式(III)中，x为任意正整数，R₂表示为：

R₁表示为：

m、n分别为任意正整数。M的取值优选为1～13，n的取值优选为1～54。

优选的，式(III)所示结构的化合物中，x＝3～4。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，加热反应后还包括加入封端剂封端的步骤；进一步具体来说，加热反应结束后，测定体系剩余NCO基团的量，加入封端剂进行封端，然后再加入胺中和。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，封端剂为单羟基的聚二甲基硅氧烷，其结构式如式(Ⅱ)所示。封端剂与反应体系剩余NCO基团的摩尔比优选为1:1。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，加入胺进行中和成盐，反应的时间优选为20min～40min。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，胺选自三乙胺、乙二胺、二甲基乙醇胺中的至少一种。

优选的，水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)具体是：在45℃～55℃下，加入催化剂混合均匀，然后升温至75℃～85℃反应5h～7h，测量反应体系中剩余的NCO基团含量，加入与NCO基团等摩尔量的单羟基聚二甲基硅氧烷，最后加入胺中和，结束反应，自然降温。

优选的，这种超疏水织物的制备方法中，水性有机硅聚氨酯溶液的水性有机硅聚氨酯质量浓度为8％～15％。

优选的，这种超疏水织物的制备方法中，固化是在70℃～90℃下固化1h～3h；进一步优选的，固化是在75℃～85℃下固化1.5h～2.5h。

优选的，这种超疏水织物的制备方法中，热处理是在160℃～180℃下处理10min～60min；进一步优选的，热处理是在165℃～175℃下处理20min～40min。

本发明的有益效果是：

本发明通过分子设计合成一种水性有机硅聚氨酯，为超疏水织物的制备提供低表面能，再巧妙地利用碱处理，在聚酯织物上制备出超疏水织物所需的微纳米结构。本发明制备超疏水织物的方法简便、高效、经济、环保，能有效实现油水分离，无氟无颗粒，更易工业化。

附图说明

图1是水性有机硅聚氨酯的合成线路示意图；

图2是原始涤纶织物(RT)、经过碱处理的涤纶织物(AT)和喷涂有机硅聚氨酯的涤纶织物(SiPuT)的红外光谱图；

图3是原始涤纶织物的XPS光谱图；

图4是碱处理涤纶织物的XPS光谱图；

图5是喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物的XPS光谱图；

图6是原始涤纶织物在C1s信号段的XPS光谱图；

图7是碱处理涤纶织物在C1s信号段的XPS光谱图；

图8是喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物在C1s信号段的XPS光谱图；

图9是喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物在Si 2p信号段的XPS光谱图；

图10是AFM图；(a)原始涤纶织物的二维AFM图，(b)经过碱处理涤纶织物的二维AFM图，(c)喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物的二维AFM图，(d)原始涤纶织物的三维AFM图，(e)经过碱处理涤纶织物的三维AFM图，(f)喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物的三维AFM图；

图11是原始涤纶织物(a)、经过碱处理的涤纶织物(b)和喷涂有机硅聚氨酯的涤纶织物(c)的扫描电镜图；

图12是油水分离测试示意图；

图13是超疏水织物对不同类型油水混合物的分离效率图；

图14是超疏水织物对不同类型油水混合物的渗透通量图；

图15是超疏水织物循环50次油水分离测试的分离效率图；

图16是超疏水织物循环50次油水分离测试的接触角变化图；

图17是超疏水织物在不同溶剂的化学耐久性效果图；

图18是织物水下吸油测试示意图；

图19是织物疏水性能对比图；(a)原始织物和超疏水织物疏水性能测试示意图，(b)原始织物疏水性能测试效果图，(c)超疏水织物疏水性能测试效果图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

实施例中所用的双羟基聚二甲基硅氧烷和单羟基聚二甲基硅氧烷的结构式可分别参见上述式(Ⅰ)和式(Ⅱ)所示的结构式。

实施例1

一、制备水性有机硅聚氨酯

参照附图1的合成线路示意图，说明有机硅聚氨酯水分散液的制备方法如下：

(1)将摩尔比为10:0.3:42.5的双羟基的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)混合后，加入足量的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂。

(2)向步骤(1)的体系中加入二羟甲基丁酸(DMBA)和三羟基丙烷(TMP)，二羟甲基丁酸(DMBA)的加入量为3.5％，三羟基丙烷(TMP)的加入量为0.25％。

(3)在50℃搅拌过程下，将足量二月桂酸二丁基锡(DBTDL)滴加到上述体系当中，混合均匀后，将反应体系的温度升至80℃，恒温反应6h后测量反应体系中剩余的NCO含量，加入等摩尔量的单羟基聚二甲基硅氧烷。反应结束后自然降温，待反应体系的温度降至50℃，加入三乙胺(TEA)到反应体系中反应30min，进行中和成盐。最后，在常温高速搅拌下，加入适量的蒸馏水乳化分散得到有机硅聚氨酯(SiWPu)水分散液。

二、超疏水织物的制备方法

将洗涤干净的涤纶织物放入构建超疏水聚酯织物的微纳米粗糙度的条件为：NaOH浓度为5mol/L，处理温度为70℃，处理时间为60min。然后，使用去离子水冲洗干净，直至织物表面pH值约为7，在80℃下烘干。最后待烘干后，再将水性有机硅聚氨酯配成质量浓度为10％的有机硅聚氨酯水溶液，取一定量聚氨酯水溶液放入干净的喷枪中，调整喷枪速度，随后喷涂在经过碱处理的涤纶织物上，每平方米碱处理的涤纶织物喷涂的聚氨酯水溶液体积为100mL，并在80℃下固化2h。最后将固化好的涤纶织物在170℃下热处理0.5h得到环保型超疏水织物。

实施例2

一、制备水性有机硅聚氨酯

参照附图1的合成线路示意图，说明有机硅聚氨酯水分散液的制备方法如下：

(1)将摩尔比为10：8：52.5的双羟基的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)混合后，加入足量的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂。

(2)向步骤(1)的体系中加入二羟甲基丁酸(DMBA)和三羟基丙烷(TMP)，二羟甲基丁酸(DMBA)的加入量为5.5％，三羟基丙烷(TMP)的加入量为1.25％。

(3)在50℃搅拌过程下，将足量二月桂酸二丁基锡(DBTDL)滴加到上述体系当中，混合均匀后，将反应体系的温度升至80℃，恒温反应6h后测量反应体系中剩余的NCO含量，加入等摩尔量的单羟基聚二甲基硅氧烷。反应结束后自然降温，待反应体系的温度降至50℃，加入三乙胺(TEA)到反应体系中反应30min，进行中和成盐。最后，在常温高速搅拌下，加入适量的蒸馏水乳化分散得到有机硅聚氨酯(SiWPu)水分散液。

二、超疏水织物的制备方法

将洗涤干净的涤纶织物放入构建超疏水聚酯织物的微纳米粗糙度的条件为：NaOH浓度为1mol/L，处理温度为90℃，处理时间为90min。然后，使用去离子水冲洗干净，直至织物表面pH值约为7，在80℃下烘干。最后待烘干后，再将水性有机硅聚氨酯配成质量浓度为10％的有机硅聚氨酯水溶液，取一定量聚氨酯水溶液放入干净的喷枪中，调整喷枪速度，随后喷涂在经过碱处理的涤纶织物上，每平方米碱处理的涤纶织物喷涂的聚氨酯水溶液体积为150mL，并在80℃下固化2h。最后将固化好的涤纶织物在170℃下热处理0.5h得到环保型超疏水织物。

实施例3

一、制备水性有机硅聚氨酯

参照附图1的合成线路示意图，说明有机硅聚氨酯水分散液的制备方法如下：

(1)将摩尔比为10：4：47.5的双羟基的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)混合后，加入足量的N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂。

(2)向步骤(1)的体系中加入二羟甲基丁酸(DMBA)和三羟基丙烷(TMP)，二羟甲基丁酸(DMBA)的加入量为4％，三羟基丙烷(TMP)的加入量为0.75％。

(3)在50℃搅拌过程下，将足量二月桂酸二丁基锡(DBTDL)滴加到上述体系当中，混合均匀后，将反应体系的温度升至80℃，恒温反应6h后测量反应体系中剩余的NCO含量，加入等摩尔量的单羟基聚二甲基硅氧烷。反应结束后自然降温，待反应体系的温度降至50℃，加入三乙胺(TEA)到反应体系中反应30min，进行中和成盐。最后，在常温高速搅拌下，加入适量的蒸馏水乳化分散得到有机硅聚氨酯(SiWPu)水分散液。

二、超疏水织物的制备方法

将洗涤干净的涤纶织物放入构建超疏水聚酯织物的微纳米粗糙度的条件为：NaOH浓度为3mol/L，处理温度为60℃，处理时间为60min。然后，使用去离子水冲洗干净，直至织物表面pH值约为7，在80℃下烘干。最后待烘干后，再将水性有机硅聚氨酯配成质量浓度为10％的有机硅聚氨酯水溶液，取一定量聚氨酯水溶液放入干净的喷枪中，调整喷枪速度，随后喷涂在经过碱处理的涤纶织物上，每平方米碱处理的涤纶织物喷涂的聚氨酯水溶液体积为250mL，并在80℃下固化2h。最后将固化好的涤纶织物在170℃下热处理0.5h得到环保型超疏水织物。

性能测试

一、结构表征

对实施例3制得的材料进行红外、元素组成、AFM和SEM测试。

1、傅立叶红外光谱图分析

附图2显示了RT(原始涤纶织物)、AT(经过碱处理的涤纶织物)和SiPuT(喷涂有机硅聚氨酯的涤纶织物)的红外光谱图。从RT和AT的红外图对比可看出，经过碱处理的涤纶织物的化学键没有过多的改变。而从AT和SiPuT的红外图对比可看出，从1240cm^-1和1713cm^-1处分别是C-O键的伸缩振动吸收峰和C＝O键的伸缩振动吸收峰，但喷涂了水性有机硅聚氨酯后，上述峰的强度降低，证明了有机硅聚氨酯成功的附在AT的纤维表面上。在SiPuT的红外光谱图中，在1086cm^-1和786cm^-1处新出现了分别属于Si-O-Si的伸缩振动吸收峰和Si-C的伸缩振动吸收峰。此外2960cm^-1属于-CH₃的对称伸缩振动峰，这说明了水性有机硅聚氨酯成功的喷涂在AT的纤维表面上。经测试，实施例1～2制得的材料红外图谱与实施例3的相同。

2、元素组成分析

附图3、4、5依次是原始涤纶织物(RT)、碱处理的涤纶织物(AT)和喷涂有机硅聚氨酯涤纶织物(SiPuT)的XPS光谱图。表1所示为XPS元素分析结果。

表1 XPS元素分析结果

测试结果表示，原始涤纶织物由C、O两种元素组成，其中含59.57％C、40.43％O。经过碱性水解处理后，涤纶织物的组成仍是由C、O两种元素组成，且其中含56.03％C、43.97％O。这由于氢氧化钠水溶液中的羟基阴离子攻击了涤纶织物上的羰基基团，因此经过碱处理后的涤纶织物含有的C元素会比原始织物少，含有的O元素会比原始织物高。同时也说明了在碱性水解过程中并没有改变织物的元素组成，仅仅是改变了涤纶织物表面的微观结构。而当织物表面喷涂了水性有机硅聚氨酯后，在153.2eV和102.2eV处分别检测了Si 2p和Si2s的新Si信号，表明了涤纶纤维表面存在已固化的水性有机硅聚氨酯。

为了进一步探究，对RT的C1s、AT的C1s、SiPuT的C1s和Si 2p进行高分辨图谱分析。附图6、7、8、9分别是RT在C1s信号段、AT在C1s信号段、SiPuT在C1s信号段、SiPuT在Si 2p信号段的XPS光谱图。AT的C1s可以曲线拟合C＝O、C-O和C-C的典型特征峰，其结合能为291eV、287.2eV、284.6eV。当水性有机硅聚氨酯固化在涤纶纤维表面上时，C-O、C＝O、C-C的特征峰强度均降低，这与FT-IR光谱所一致。SiPuT的Si 2p可以拟合成Si-O-Si、Si-C典型特征峰，这说明了水性有机硅聚氨酯已经成功地固化在涤纶纤维表面上。

3、AFM(原子力显微镜)分析

利用原子力显微镜进一步探究RT、AT和SiPuT的微观表面结构。附图10的AFM图中，(a)、(d)分别为RT的二维图像、三维图像；(b)、(e)分别为AT的二维图像、三维图像；(c)、(f)分别为SiPuT的二维图像、三维图像。从AFM图可以看出，原始涤纶织物的表面相对光滑，其平均粗糙度为4.125nm，其根平均粗糙度(RMS)为5.755。经过碱处理后涤纶织物的表面微观结构与原始织物完全不一样，其原因是经过碱性溶液处理，织物表面上形成了许多“陨石坑”，导致其平均粗糙度从原先的4.125nm提高到37.967，其根平均粗糙度增加到50.6nm。这说明了碱处理技术成功地在涤纶织物表面上构建处微纳米粗糙度。而SiPuT的表面微观结构与AT相比，少了许多“陨石坑”。那是由于水性有机硅聚氨酯附着在织物表面上，经过热处理后，有机硅聚氨酯收缩，形成微球状黏附在织物表面上，从而保证了织物的表面粗糙度足够满足超疏水的条件，所以SiPuT的平均粗糙度仅从37.967nm下降至31.167nm，根平均粗糙度下降至47.167nm。

4、SEM分析

对RT、AT和SiPuT进行扫描电镜分析，如附图11所示。图11中，(a)为RT的SEM图，(b)为AT的SEM图，(c)为SiPuT的SEM图。从图11的SEM图可以看出，原始涤纶织物的表面非常光滑，只有一些固有的褶皱，而经过碱处理的涤纶织物由于经历了氢氧化钠水溶液的刻蚀，因此，织物表面出现了许多“陨石坑”。然而涂附有机硅聚氨酯的涤纶织物表面可以看到经过碱处理而留下的“陨石坑”，同时能观察到有机硅聚氨酯均匀地覆盖在纤维表面上，且观察到有机硅聚氨酯经过热处理后收缩所形成的微球。经测试，实施例1～2制得的材料SEM图谱与实施例3的相同。

二、超疏水织物性能测试

对实施例制备的超疏水织物进行接触角、油水分离、化学耐久性和机械耐久性测试，测试方法说明如下：

1、接触角测试

采用东莞晟鼎精密仪器有限公司的JC200A型静态接触角测试仪对样品的润湿性进行测试。测试时所取水滴的体积为5μL，并在同一待测样品的表面上选取5个不同位置进行测量，平行测试5次。

2、油水分离测试

采用自制的油水分离装置进行油水分离实验。将所制备的有机硅聚氨酯涤纶织物作为滤膜。参照附图12的示意图(图12中从左至右依次为测试前、测试中和测试后的示意图)，用金属夹将其固定在两个玻璃管间，选用不同的种类的油/水混合物，如二碘甲烷(Diiodomethane)/水、二氯甲烷(DCM)/水、氯仿(Chloroform)/水、正己烷(N-hexane)/水、石油醚(PE)/水，分别使用亚甲基蓝染色水相，油红O染色油相。然后量取24mL的油/水混合物(油相：水相＝1：1)，倒入上述自制的油水分离装置中，并用相机记录油水分离过程。超疏水织物的油水分离效率计算公式如下所示。

式中：m₀为分离前的油的质量，g；m₁为分离后的油的质量，g。

3、化学耐久性测试

分别将样品分别浸泡在盐酸(pH＝1～2)、氢氧化钠溶液(pH＝12～13)、水、正己烷、乙醇中24h，随后用去离子水清洗干净并用吹风机吹干。最后测量样品的静态接触角，以评估超疏水织物的化学耐久性。

4、机械耐久性测试

以240目砂纸为磨损材料，以质量为200g的砝码为磨损压力，朝同一方向以相同速度移动样品，以移动10cm为一个周期，重复进行多次磨损循环后，测量磨损样品的静态接触角，以评估超疏水织物的机械耐久性。

附图13、14分别是超疏水织物对不同类型油水混合物的分离效率图和渗透通量图。从图13和图14可见，本发明所制备超疏水织物对不同类型的油水混合物的分离效率均在90％以上，且渗透通量均在15000L·m²·h^-1以上，这表明了超疏水织物具有良好的分离效率。其中二碘甲烷(Diiodomethane)/水混合的分离效率最高达到95％且渗透通量达到20000L·m²·h^-1。

附图15是超疏水织物循环50次油水分离测试的分离效率图，附图16是超疏水织物循环50次油水分离测试的接触角变化图。通过试验发现，即使分离了50个周期后，所制备的超疏水织物仍保持较高的分离效率，且超疏水织物的WCA基本没有明显变化，仍在150°上。这说明了本发明制备的超疏水织物具有良好的油水分离性能和循环使用性。

超疏水织物在不同溶剂的化学耐久性效果可见附图17。试验发现，超疏水织物浸泡在正己烷(N-hexane)、乙醇(Ethanol)、盐酸(HCl)、去离子水(Water)、氢氧化钠(NaOH)溶液中24h后，接触角值分别为156.3°、152.1°、156.6°、150.4°、156.9°，均保持在150°以上。

通过磨损试验对超疏水织物的机械稳定性进行评估，经过400次循环后，接触角还保持在150°以上。

附图18是织物水下吸油测试示意图。结合图18说明如下，超疏水织物由于其疏水性能，因此可以吸取水(被甲基蓝染色)下的油(被油红O染色)而不沾留一点痕迹。因此，超疏水织物仅有吸取了油的部分出现颜色改变。而原始织物由于其亲水性能，因此在吸取油的同时，也吸收水。因此，原始织物呈现“一半红，一半蓝”的现象。附图19是织物疏水性能对比图。图19a为原始织物和超疏水织物疏水性能测试示意图，图19b为原始织物疏水性能测试效果图，图19c为超疏水织物疏水性能测试效果图。通过图19可见，原始织物因为本身的亲水性能，所以很快的沉入水底。但本发明所制备的超疏水织物，因本身的疏水性能，超疏水织物可以漂浮在水面上。当超疏水织物浸入水中时，由于其疏水性能，织物表面形成一层固体-液-气体界面，导致可以观察银镜现象。通过试验发现，相对于原始织物，本发明的超疏水织物对水(Water)、染色水(Dyed water)、油墨(Ink)、咖啡(Coffee)、茶(Tea)、牛奶(Milk)等体现出很好的疏水性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无氟的超疏水织物，其特征在于：所述超疏水织物包括基体，以及设于基体表面的涂层；所述基体为碱化的聚酯织物；所述涂层为水性有机硅聚氨酯涂层；

所述水性有机硅聚氨酯的制备组分包括：双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丁酸、三羟基丙烷和封端剂；

所述双羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，m、n分别为任意正整数；

所述封端剂选用单羟基聚二甲基硅氧烷，所述单羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，x为任意正整数。

2.根据权利要求1所述的超疏水织物，其特征在于：所述碱化的聚酯织物是将涤纶纤维浸泡在碱液中处理后得到的织物。

3.根据权利要求2所述的超疏水织物，其特征在于：所述碱液中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种；所述处理的温度为50℃～90℃；所述处理的时间为30min～90min。

4.一种权利要求1至3任一项所述无氟的超疏水织物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将水性有机硅聚氨酯溶液喷涂在碱化的聚酯织物上，固化，热处理，得到超疏水织物。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅聚氨酯的制备方法包括以下步骤：

1)将双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和溶剂混合；

2)向步骤1)得到的混合液与二羟甲基丁酸、三羟基丙烷混合；

3)向步骤2)得到的溶液中加入催化剂，加热反应，加入胺中和，得到水性有机硅聚氨酯。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤1)中，所述双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为10：(0.3～8)：(42.5～52.5)。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤2)中，按双羟基聚二甲基硅氧烷、3-甲氧基-1,2-丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯的总质量计，二羟甲基丁酸的加入量占3.5％～5.5％；三羟基丙烷的加入量占0.25％～1.25％。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述水性有机硅聚氨酯制备方法的步骤3)中，加热反应是在40℃～90℃下反应4h～10h；加热反应后还包括加入封端剂封端的步骤。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述固化是在70℃～90℃下固化1h～3h；所述热处理是在160℃～180℃下处理10min～60min。

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