【摘要】潤(rùn)濕性(wettability)是固體界面由固-氣界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣?液界面的現(xiàn)象，它是決定材料應(yīng)用的一個(gè)重要性質(zhì)。通過(guò)改變固體表面潤(rùn)濕性并制備超疏水性的高功能紡織品引起了各方面的高度關(guān)注，本文從固體表面潤(rùn)濕性的基本原理出發(fā)，重點(diǎn)介紹超拒水纖維制品制備新技術(shù)及其最新的研究成果。
伴隨著社會(huì)的發(fā)展、人類的進(jìn)步，多功能性紡織品的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，防水、拒水等功能性織物越來(lái)越受到消費(fèi)者青睞，尤其是高檔服裝、運(yùn)動(dòng)裝、風(fēng)衣、雨衣以及醫(yī)護(hù)人員等專用防護(hù)服裝。近年來(lái)，功能性紡織品的開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)如防水、拒水紡織品加工新技術(shù)進(jìn)展較快，新的生產(chǎn)工藝不斷涌現(xiàn)。潤(rùn)濕性(wettability)是固體界面由固-氣界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣?液界面的現(xiàn)象，固體表面的浸潤(rùn)性由兩個(gè)因素共同決定：一是固體表面的化學(xué)組成，二是固體表面的粗糙度。依據(jù)粗糙結(jié)構(gòu)-荷葉效應(yīng)、絨毛結(jié)構(gòu)-彈性效應(yīng)對(duì)粗糙結(jié)構(gòu)表面的浸潤(rùn)性研究結(jié)果，超疏水性表面可以通過(guò)兩種方法制備：一種方法是利用疏水材料來(lái)構(gòu)建表面粗糙結(jié)構(gòu)，另一種方法是在粗糙表面上修飾低表面能的物質(zhì)。
l 固體界面疏水浸潤(rùn)性基本理論
1.1 Young’s方程
Young[1]通過(guò)對(duì)物質(zhì)表面親、疏水性的開創(chuàng)性研究，揭示了在理想光滑表面上，當(dāng)液滴達(dá)到平衡時(shí)各相關(guān)表面張力與接觸角之間的函數(shù)關(guān)系，提出了著名的Young’s方程：cosθ=(γsv-γsl)／γlv式中：γsv 為固體表面在飽和蒸汽下的表面張力，γlv為液體在它自身飽和蒸汽壓下的表面張力，γsv，為固、液間的界面張力，θ為氣、液、固三相平衡時(shí)的接觸角。
1.2 Wenzel方程
Wenzel[2]就膜表面的粗糙狀況對(duì)疏水性的影響進(jìn)行深入研究，對(duì)楊氏方程進(jìn)行修正，提出著名的Wenzel方程：cosθ=r(γsv-γsl)／γlv，且cosθr='rcosθ。式中：r為粗糙度。粗糙度指實(shí)際的固-液界面接觸面積與表觀固-液界面接觸面積之比(r≥1)。Wenzel方程揭示了均相粗糙表面的表觀接觸角與本征接觸角之間關(guān)系，當(dāng)固體表面由不同種類的化學(xué)物質(zhì)組成時(shí)，不適用此方程。
1.3 Cassie-Baxter方程
Cassie和Baxter[3]提出可以將粗糙不均勻的固體表面設(shè)想為一個(gè)復(fù)合表面的Cassie-Baxter方程：cosθr='?1cosθ1+ ?2cosθ2。式中：θl、θ2為液體在成分1和成分2表面的本征接觸角，?1、?2分別表示成分1和成分2所占的單位表觀面積分?jǐn)?shù)(?1+?2='1)。
1.4 親水，疏水劃界的標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)于親水、疏水劃界的標(biāo)準(zhǔn)，較為普遍的說(shuō)法是以90°為界限，即：當(dāng)θ＞90°時(shí)，固體表面表現(xiàn)為疏水性質(zhì)：當(dāng)θ＜90°時(shí)，表現(xiàn)為親水性質(zhì)。但最近的研究表明[4]，親水和疏水的實(shí)際界限應(yīng)定義在約65°，按照此定義，疏水界面的范圍被擴(kuò)大了。嚴(yán)格地說(shuō)，超疏水性是指液滴在固體表面的接觸角大于150°時(shí)固體表面所具有的浸潤(rùn)性。
2 織物仿生的超拒水表面制備技術(shù)
2.1 溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法作為低溫或溫和條件下合成無(wú)機(jī)化合物或無(wú)機(jī)材料的重要方法，金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物經(jīng)過(guò)溶膠-凝膠化和熱處理形成氧化物或其他固體化合物，其過(guò)程是：用液體化學(xué)試劑(或粉狀試劑溶于溶劑)或溶膠為原料，在液相中均勻混合并進(jìn)行反應(yīng)，生成穩(wěn)定且無(wú)沉淀的溶膠體系，放置一定時(shí)間后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，經(jīng)脫水處理，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型為制品，在略低于傳統(tǒng)的溫度下燒結(jié)[5]。
溶膠-凝膠技術(shù)在織物表面構(gòu)造適宜的粗糙結(jié)構(gòu)，通過(guò)分子價(jià)鍵接上低表面能質(zhì)，從而制備超疏水表面。例如，Mihami[6]小組利用溶膠-凝膠(solgel)法在玻璃片上制備了A1203凝膠薄膜，然后在沸水中浸泡進(jìn)行粗糙化處理，在很短的30s時(shí)間內(nèi)得到了具有類花狀結(jié)構(gòu)的多孔A1203薄膜，最后用氟硅烷修飾薄膜，得到與水的接觸角為165°的超疏水性透明薄膜;于明華等人用液氨做催化劑，在棉織物表面制得接觸角達(dá)到145°的超疏水表面[7]。另一種方法是添加能與氧化物基體發(fā)生共聚反應(yīng)形成共價(jià)鍵的添加劑來(lái)實(shí)現(xiàn)超疏水性，例如，Cho等以一種具有四重氫鍵的有機(jī)硅超分子為原料，在制備過(guò)程中添加少量低分子量聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用溶膠-凝膠過(guò)程，得到了超疏水性表面[4]。
溶膠-凝膠法具有的特殊優(yōu)勢(shì)：可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性;可以實(shí)現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜;能夠在大氣中進(jìn)行操作，為低溫化學(xué)過(guò)程，成分容易控制;工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低、適合大面積制膜;可以制備各種新型材料，該方法不僅容易制備各種功能性有機(jī)-無(wú)機(jī)薄膜，而且可以制備表面粗糙、多孔等特殊結(jié)構(gòu)表面。
[1][2]下一頁(yè)>>
相關(guān)信息 
推薦企業(yè) 推薦企業(yè)
推薦企業(yè)
源經(jīng)編.gif)
您所在的位置：
