2.2 溶劑-非溶劑法
溶劑-非溶劑法是一種簡單的構筑具有粗糙結構的超疏水表面的方法,它是根據溶解度原理,將液相沉積技術與表面包覆技術結合的一種方法[8]。在聚合物溶液中加入一種對該聚合物不溶的液體(稱非溶劑),因引起相分離而將聚合物包成微囊或形成微球。若把聚合物溶解在按一定比例混合的溶劑與非溶劑的混合溶液中,在一種基體上滴加“非溶劑”,然后在一定溫度下使溶劑蒸發,即可形成類凝膠狀的具有多孔結構的超疏水性表面。
Erbil等[9]以聚丙烯為原料,以對二甲苯為溶劑,并分別以甲乙酮、環己酮、異丙醇為非溶劑,通過真空加熱,在聚四氟乙烯、高密度聚乙烯等不同基底上得到了具有類凝膠狀的多孔結構薄膜。其研究結果表明,使用的非溶劑對形成的超疏水性表面的影響是:非溶劑在聚合物相分離過程中發揮了聚合物沉淀劑作用,減少了結晶時間,產生了較小的聚集,在這一過程完成時,形成了大量的晶核,晶核進一步發展成了球粒、原纖維及其他晶形;非溶劑的存在提高了成核速度,產生了較小的球粒;由于非溶劑較溶劑更易揮發,因此蒸發速度增大,結晶時間減少;通過添加非溶劑,增強了聚合物在基體上的浸潤性,能夠形成均勻的網狀涂層。
2.3 等離子體表面處理技術
等離子體是一種處于高度激發狀態的不穩定氣體,這種氣體由離子、電子、自由基、激發分子組成電中性狀態,被稱為與固體、液體、氣體并列的“第四狀態”。等離子體分高溫等離子體和低溫等離子體,低溫等離子體是依靠電能激發氣體直接與纖維材料作用,僅在纖維材料的極表面層進行,其作用方式主要有等離子體表面處理改性法、等離子體接枝聚合法和等離子體沉積聚合法。
超疏水表面的制備主要是利用等離子體對材料表面進行處理以獲得粗糙結構表面。Mc carthy等[10]利用等離子體聚合方法,在光滑的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面上,制備出了與水的接觸角(前進角/后退角)為174°/173°的七氟丙烯酸酯(HFBA)超疏水薄膜,此外,還采用射頻等離子體刻蝕技術,在聚四氟乙烯(PTFE)存在下制備出了聚丙烯(PP)粗糙表面。Kang等[11]利用等離子體聚合烯丙基五氟化苯(APFB),并沉積在氬等離子體預處理的聚酰亞胺(PI)表面上,形成了接觸角為(前進角/后退角)174°/135°的超疏水薄膜。
等離子體表面處理技術具有以下優點:等離子體處理只改變織物的表面性能,而不會改變其固有的特性:等離子體處理屬于物理處理,化學試劑消耗很低:等離子體處理材料(織物)的范圍廣:等離子處理有利于環境保護。但是,等離子體技術在應用中也面臨許多困難,如等離子的產生通常采用電暈放電和輝光放電兩種方式,輝光放電等離子體具有處理穩定、分布均勻、直接耗電低、無腐蝕等優點。然而,放電只能在低壓環境中產生,封閉的等離子體處理腔不能滿足連續化生產,工作效率低,操作不便。電暈放電處理不夠穩定,特殊形狀無法處理。再者,等離子體改性處理結果是多功能的,處理過程中實驗參數控制不當,很可能會產生許多負面效應。
2.4 氣相沉積法
化學氣相沉積法(Chemical‘vapor deposition,CVD)是將含有構成薄膜成分的一種或幾種化合物和單質氣體供給基片,在基片表面形成不揮發的固態膜層和材料的方法[12]。Y.Wang等[13]采用化學氣相沉積法,在硅表面上沉積氨丙基三甲氧基硅烷,得到了接觸角為153°的超疏水表面。此外,用等離子體增強化學氣相沉積法可以制備碳納米管森林,并利用熱絲化學氣相沉積過程在表面修飾聚四氟乙烯,可以得到穩定的超疏水性表面[14]。在用化學氣相沉積法制備超疏水表面過程中,可以通過控制催化劑的成分及顆粒大小來控制所得材料表面的性質及形貌。氣相沉積法具有成本低、產量大、實驗條件易于控制等優點。
2.5 其他技術
Chen等[15]利用納米球刻蝕方法,首先得到了排列整齊的單層聚苯乙烯納米球陣列,然后用氧離子體處理,以進一步減少納米珠的尺寸,從而得到粗糙表面,最終形成超疏水性表面。清華大學張希教授研究小組[16]用交替沉積方法在ITO電極上形成聚電解質多層膜,然后利用電化學沉積制得超疏水性薄膜。Miller等[17]利用離子電鍍的方法,通過改變電壓來控制基底表面的粗糙度,從而得到與水的接觸角為153°~160°的超疏水表面。他們還利用真空沉積的方法制備了具有納米級粗糙度的與水接觸角為150°的超疏水PTFE薄膜[18]。
3 總結
本文從固體表面潤濕性基本原理出發,介紹了近幾年來制備超疏水織物的新技術。表明織物表面幾何結構對制備具有高接觸角的超疏水表面起著重要作用,制備具有超疏水、自清潔功能的織物具有廣泛的應用前景。因此,如何利用各種技術制備仿荷葉效應的超疏水表面在基礎研究及工業生產都有極其重要的意義。
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