超疏水材质真有想象中的那么厉害吗？

文章出处：纳米防水网责任编辑：德科纳米整理编辑人气：-发表时间：2018-07-14 16:44【大中小】

超疏水织物是指织物与水的接触角大于150°的织物，因其有特殊的润湿性能，同时还有防水、防污、抗腐蚀、抗结冰、抗油污等性能而逐渐受到人们的青睐。研究表明，微米纳米复合粗糙结构和低表面能是超疏水表面形成的关键因素。棉纤维作为超疏水领域中应用较为广泛的一种材料，近年来得到大力的发展。棉纤维本身具有微米级粗糙结构，因此为制备超疏水织物提供了有利条件。含氟聚合物不仅具有良好的疏水疏油性，而且经其整理后的织物仍能保持柔软的手感及良好的透气性，但却存在价格昂贵、成膜性和附着性差等问题，故通常引入其他单体（多元共聚的含氟聚合物）来加以改善。

江南大学张丹教授课题组采用三元乳液聚合法，以丙烯酸十三氟辛酯作为含氟单体，以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯作为辅助共聚单体制备了含氟共聚物乳液( FP) 。在对其结构和微观形貌进行研究的基础上，利用微米级粗糙结构的多孔纯棉薄布为基材，将FP 固定在硅溶胶处理后的纤维织物表面，获得了令人满意的超疏水效果。

使用德国KRüSS DSA100液滴形状分析仪对水的静态接触角进行测试，水量为5 μL，当水滴与织物接触10 s时读数。在同一样品的不同位置测量5次，取平均值。

接触角测定结果显示，在未处理棉纤维表面，水滴在3~6s内被织物完全吸收，经含氟乳液整理后的棉织物表面的接触角照片如所示。图1 ( a) 和1( b) 分别为5 μL的水滴在FP 整理织物表面和SiO2 /FP 整理织物表面的光学照片，水滴在涂层表面呈现球状。图1( c) 为10~30 μL的水滴在FP整理棉织物表面的照片。随着水滴体积的增大，重力因素的影响增加，接触角会有所降低。尽管如此，图中的水滴仍然为球状，说明FP涂层具有优异的超疏水性能。

二、水洗对织物疏水性能的影响

将FP整理的棉织物及SiO2 /FP整理的棉织物使用AATCC1993 WOB102标准洗衣液，分别洗涤5、10、15、20、25 和30 次，测试皂洗后织物的静态水接触角，结果如图2所示

图2. 接触角和水洗次数的关系

图3. 接触角摩擦次数的关系

由图可以看出，在未水洗前，SiO2 /FP 和FP整理后的棉织物均具备超疏水能力，且SiO2 /FP 整理的棉织物( CA =157°) 比FP 整理的棉织物( CA = 153°) 疏水性好，说明硅溶胶先对棉纤维表面进行适度粗糙化处理提高了其疏水性能。经5次水洗后，SiO2 /FP 和FP整理的棉织物接触角均迅速减小，但仍能达到130°，且FP比SiO2 /FP 的疏水效果好，主要原因是SiO2粒子在织物上的附着力较小，水洗时容易脱落。随着皂洗次数的增加，二者的接触角下降较为缓慢; 完成30次皂洗后，二者的接触角仍达到115°以上，呈现出较好的疏水效果，但若作为日常的服用面料，其耐久性不够理想，仍需进一步研究。

三、摩擦对织物疏水性能的影响

将FP整理的棉织物及SiO2 /FP 整理的棉织物经50、100、200、500 和1000 次摩擦后，测试织物的静态水接触角，结果如图3所示。

从图中可以看出，随着摩擦次数的增加，整理后棉织物的疏水性逐渐减小。经50次摩擦后，二者的接触角仍达到148°，具有良好的疏水效果。在最初的200次摩擦过程中，二者的接触角下降较为明显，这是因为经含氟丙烯酸酯高聚物整理的棉织物，其表面有部分聚合物的吸附不够牢固，经过机械摩擦后这些粒子容易逐渐脱落，故而接触角出现明显的下降。随着摩擦次数的进一步增加，此时的接触角减小趋势趋于平缓。完成1000次摩擦后，二者的接触角仍达到123°以上，表现出较好的疏水效果。

四、结论

采用乳液聚合法将单体PFOA、St 及MMA 进行共聚反应，合成了含氟丙烯酸酯乳液( FP) ; 以TEOS为原料，通过溶胶凝胶法制备了单分散性良好的SiO2粒子。通过浸渍法将FP 涂覆在棉织物上，使织物表面的静态水接触角达到153°。用硅溶胶对棉纤维表面先进行粗糙化处理再附载FP，能够提高棉织物的超疏水效果，接触角达到157°。经多次水洗或摩擦后，棉织物仍保持较好的疏水效果，而且整理前后棉织物的物理力学性能变化不大，不会影响其服用性能。

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