仿生超疏水织物课件

,*,*,仿生超疏水织物,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,超疏水纺织材料具有防水、防污和自清洁等特性，可广泛应用于工业防水布、医用材料、防护服和自清洁材料等领域，成为当前功能性纺织材料的研究热点之一。,表面能是影响材料表面润湿性能的内在因素，它主要取决于材料表面的组成元素。单独的只在表面修饰低表面能的物质，只能在一定程度上提高材料的疏水性，但很难达到超疏水的要求。,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,自然界中存在着许多超疏水现象，比如荷叶是由纤维素、叶绿素和淀粉等多糖类碳水化合物组成的，含有大量的羟基和亚氨基，本应极易吸附水分和污垢，但荷叶却能一直保持清洁状态，具有“自清洁效应”。通过对荷叶的微观结构和表面元素分析，研究者发现荷叶表面具有一层低表面能的长链烯烃类物质，且表面由具有微纳米复合结构的乳突规整排列而成，这是促使荷叶达到超疏水性能的主要原因。与荷叶相似却又有所不同的玫瑰花瓣也具有疏水性能，它的凸起较荷叶略大些，在,20 m,左右，但玫瑰上的水滴会被牢固地粘附在表面，凸起的排列形状和密度也有所不同。学者认为，正是表面微纳米结构的差异使得它们和水之间的接触状态改变，从而造成粘滞力不同。,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,超疏水技术是将物理与化学方法相结合，既构成微纳米级粗糙表面，又降低织物的表面能。通常用接触角来表征静止状态下固体表面是否能被液体润湿，当接触角小于,90,时，该固体表面为亲水表面；当接触角大于,90,时，则为疏水表面。而超疏水表面是指固体表面对水的静态接触角在,150,以上并且滚动角小于,10,的表面。,超疏水机理,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,1,溶胶,-,凝胶法,溶胶凝胶法是在织物表面构造合适的粗糙结构，然后通过分子价键连接上低表面能的物质，从而获得超,疏水的表面。溶胶凝胶法可以在大气中进行，成分容易控制，工艺简单，可以实现分子水平上的均匀掺杂。,RAO,等以甲基三甲氧基硅烷为前体，制备了具有微结构的二氧化硅超疏水涂层，测得的接触角高达,155,。时银龙以,FSiPA,乳液为成膜剂，采用碱催化溶胶凝胶法制备了具有微纳米粗糙结构的,SiO,2,/FSiPA,超疏水杂化涂层，所制涂层表面具有良好的成膜性，其表面的水接触角为,154,。,仿生超疏水表面的构筑方法,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,2,刻蚀法 刻蚀法是有选择地去除表面材料、赋予表面粗糙结构的方法，可分为等离子体刻蚀、激光刻蚀和化学刻蚀。,李立名在常压条件下，以空气和少量氩气为气氛，四甲基四乙烯基环四硅氧烷（,D4V,）和三氟丙基甲基环三硅氧烷（,D3F,）为单体，利用常压等离子体在涤纶表,面成功构建性能优良的超疏水表面。张平对涤纶进行碱刻蚀，使其表面产生“坑穴状”纳米结构，提高织物表面微观粗糙度，然后采用烷基硅烷对涤纶织物进行无溶剂法改性，制备的超疏水纺织品与水的接触角大于,150,，且稳定性良好。,仿生超疏水表面的构筑方法,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,3.,表面沉积法 沉积法是将原材料通过物理或化学的方法沉积在织物表面，从而形成粗糙结构。该方法可通过气相沉积、电化学沉积、水热法、层层组装等方式来实现。,卢永华将蔗糖脂肪酸酯在涤纶表面进行纳米半镶嵌，使得涤纶表面变得粗糙，醋酸酐对涤纶表面的蔗糖环羟基的乙酰化，降低了涤纶表面的表面能，获得的改性涤纶织物接触角从,105.1,提高到了,163.4,水滴滚落角从,41.5,降至,7.0,。同时，织物具有良好的耐洗、耐磨性能。,仿生超疏水表面的构筑方法,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,4.,溶剂,-,非溶剂法 溶剂非溶剂法是一种简单的构筑粗糙结构的超疏水表面的方法，它根据溶解度原理，将液相沉积技术与表面包覆技术相结合。在制备超疏水织物时，将聚合物溶解在按一定比例混合的溶剂与非溶剂的混合溶液中，然后在基体上滴加非溶剂，在一定温度下使溶剂蒸发，获得类似凝胶状的多孔表面，从而使得织物获得超疏水性能。 杨艳丽等以对二甲苯为溶剂、,2,丁酮为非溶剂，制备了具有超疏水性的聚丙烯（,PP,）微孔膜；通过探讨工艺条件对微孔膜疏水性能的影响规律，在该超疏水微孔膜成功制备的基础上，设定两种不同的整理方案，对棉织物进行整理，经过整理后的棉织物与水的接触角可达到,155,。,仿生超疏水表面的构筑方法,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,1.,超疏水棉织物 姚盼盼等以,Al,（,NO,3,）,3,和,NaAlO,2,为原料，用微波加热反应生成,Al,2,O,3,，并处理到棉织物上使其产生粗糙表面，再用硬脂酸整理织物，赋予织物超疏水性能。,2.,超疏水涤纶织物 李倩等利用,NaOH,对涤纶织物进行化学刻蚀形成粗糙表面，再采用十六烷基三甲氧基硅烷进行低表面能修饰，获得接触角为,151.62,、滚动角为,10,的超疏水涤纶织物。,仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,3.,超疏水羊毛织物 刘军将制备的粒径为,100 nm,左右的,SiO,2,溶胶整理到织物上，之后用含长链烷烃的硅烷整理，再在毛涤织物上构造疏水涂层，获得的毛织物水接触角为,138.44.72,，测试表明,SiO,2,颗粒均匀整理到织物表面，且织物物理机械性能保持良好，但透气性略有下降。,4.,超疏水蚕丝织物 卢欣旸等采用甲基丙烯酸十四烷基酯（,TMA,）对蚕丝进行疏水自修复处理，利用其疏水长链烷基酯在高温下可向表面迁移的性质，制备出具有自修复疏水功能的蚕丝织物。实验获得的织物接触角可达,135,，接枝真丝在分别经历,8230,次摩擦、,50,次洗涤和,10,次自修复后仍然具有良好的疏水性能。,仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状,01,WHERE,02,WHEN,03,WHAT,04,HOW,纺织品功能化是发展主流，而超疏水改性是功能性纺织品研究的重要方向之一。如何利用各种技术制备仿生超疏水表面在研究和工业生产中都具有重大意义。构造微纳米粗糙表面、修饰低表面能物质是超疏水改性的主要方法之一。近年来，学者们在基于仿生技术制备超疏水纺织材料方面取得了重大突破，但还是存在着工艺复杂、能耗大等问题，且改性后的纺织品耐久性和使用性都不尽人意，并且对环境造成一定危害，这些问题都亟待解决。,Thank You,