棉织物超疏水表面的仿生制备与表征

论文摘要

随着微纳米技术的快速发展,人们对自然界材料的微观结构有了更深的认识,同时人们也正试图寻求方法来仿生制备这些材料。对于功能表面的不断需求,例如超疏水表面,也正促使着人们研究自然界超疏水的物理、化学机理。超疏水表面已经引起了人们在基础研究和实际应用方面的巨大兴趣。近年来,随着休闲和运动服饰的市场需求不断扩大,对超疏水纺织物的需要也不断增加。棉织物由于柔软、舒适、温暖、生物降解和低成本等特点已经成为人们的主要服饰布料,然而棉织物带有的大量-OH基团使织物易被润湿和污染,因此要求对绵织物进行额外的处理赋予棉织物超疏水和自清洁的性质。本文我们以无机-有机杂化材料为原料,通过溶胶-凝胶法和自组装制备了超疏水的棉织物。具体研究内容为：（1）本文采用先浸轧二氧化硅溶胶,再将含氟硅氧烷自组装到棉织物上,成功制备了具有超疏水性能的棉织物。通过控制催化剂的用量和反应时间制备了不同粒径的二氧化硅溶胶。实验结果表明：整理的棉织物显示超疏水性,与水的接触角最高达155°。利用扫描电子显微镜观察了二氧化硅溶胶整理前后棉织物的表面形态。（2）本章利用湿化学方法以及随后的脂肪酸（C8～C18）改性处理在棉织物基底上构筑了超疏水的ZnO纳米棒的薄膜。最终得到的棉织物分别用扫描电镜、EDS光谱、X射线衍射、红外光谱进行表征,并用接触角测试仪研究了棉织物的润湿性能。考察了ZnO形貌、不同碳链长度的脂肪酸以及预润湿时间对静态接触角的影响,结果得出：用硬脂酸改性处理的棉织物的疏水性最好,6μL水珠的接触角可达163°,可见合适的表面粗糙度和较低的表面能在制备超疏水表面时都起到重要的作用。（3）拒水性和抗紫外是纺织物的重要特性。本章中的棉织物先用CeO2溶胶处理再用十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷（G502B）疏水改性,得到的最终棉织物分别用扫描电子显微镜、EDS光谱、X射线衍射、红外光谱、接触角测定仪以及紫外可见光谱进行测试。实验获得的改性棉织物不仅有牢固的疏水性,水滴的静态接触角达到158°,滚动角为14°,而且由于Ce02纳米粒子的引入赋予了织物很好的抗紫外作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 超疏水表面概述
• 1.1.1 自然界的超疏水现象
• 1.1.2 超疏水的相关理论
• 1.1.2.1 Wenzel模型
• 1.1.2.2 Cassie模型
• 1.2 超疏水表面的制备方法
• 1.2.1 刻蚀法
• 1.2.2 气相沉积法
• 1.2.3 电纺法
• 1.2.4 层层自组装法
• 1.2.5 溶胶-凝胶法
• 1.2.6 其他方法
• 1.3 仿生超疏水的材料
• 1.3.1 氟硅材料
• 1.3.2 聚合物材料
• 1.3.3 无机-有机杂化材料
• 1.4 超疏水纺织物及研究进展
• 1.5 本论文的选题依据及思路设计
• 参考文献
• 第二章 二氧化硅溶胶的制备及对棉织物的超疏水整理
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.2.1 二氧化硅溶胶的制备
• 2.2.2.2 疏水溶液的配制
• 2.2.2.3 棉织物的超疏水整理及表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 二氧化硅纳米颗粒的形成机理
• 2.3.2 反应条件的确定
• 2.3.2.1 乙醇的加入量
• 2.3.2.2 水的加入量
• 2.3.2.3 催化剂的加入时间、顺序
• 2的影响因素'>2.3.3 制备SiO₂的影响因素
• 2的影响'>2.3.3.1 NH3量对SiO₂的影响
• 2.3.3.2 反应时间对二氧化硅颗粒的影响
• 2.3.4 棉织物及其硅溶胶整理后的SEM分析
• 2.3.5 棉织物及其硅溶胶整理后的IR分析
• 2.3.6 改性后棉织物的润湿性能
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 构造氧化锌微细结构制备超疏水棉织物表面
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 ZnO纳米晶种的制备
• 3.2.3 涂层过程
• 3.2.4 ZnO纳米棒的生长
• 3.2.5 ZnO纳米棒的疏水改性
• 3.2.6 仪器表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 ZnO晶体结构的形成机理
• 3.3.2 构造超疏水棉织物的过程
• 3.3.3 形貌观察及EDS分析
• 3.3.4 ZnO纳米棒的物相分析
• 3.3.5 红外分析
• 3.3.6 接触角测试
• 3.3.6.1 不同ZnO形貌对接触角的影响
• 3.3.6.2 不同碳链脂肪酸修饰ZnO纳米棒后的接触角变化
• 3.3.6.3 不同预润湿时间对接触角的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 二氧化铈溶胶的制备及其在棉织物上的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 2溶胶的制备'>4.2.2 CeO₂溶胶的制备
• 4.2.3 疏水溶液的配制
• 4.2.4 棉织物的整理及表征
• 4.3 结果与讨论
• 2溶胶整理前后棉织物的表面形貌及元素分析'>4.3.1 CeO₂溶胶整理前后棉织物的表面形貌及元素分析
• 4.3.2 棉织物的物相分析
• 4.3.3 棉织物的红外分析
• 4.3.4 棉织物的润湿性能
• 4.3.5 棉织物的抗紫外作用
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢