随着物质生活水平的逐步提高,人们对纺织品的要求相应的也越来越高。纺织品已不再仅仅是为了防寒保暖,装饰人体,而且还需要具有多种功能,例如拒水拒油、抗静电、洗可穿、抗菌、阻燃等等。功能织物已经广泛应用于家用纺织品、环境与健康纺织品、装饰与产业用纺织品、国防建设和尖端科学领域。将普通纺织品进行功能整理是开发功能纺织品的途径之一。但是,非环境友好的功能整理剂如用于拒水拒油整理的氟碳化合物、用于阻燃整理的含卤整理剂正受到环境保护条例的严重挑战。因此,寻找安全环保的整理方法来赋予纺织品的功能性已是大势所趋。基于无机或有机金属化合物为前驱体的溶胶-凝胶技术可以在纺织品上形成透明的金属或非金属氧化物薄膜。不论是在溶胶形成阶段还是在织物表面形成氧化物薄层后,都能方便的进行物理或化学改性,从而赋予织物特殊的性能。金属氧化物溶胶体系不存在毒害问题。因此,溶胶-凝胶技术具有安全性,多面性,为纺织品的功能整理提供广阔的空间。自组装单层膜技术是自20世纪80年代以来快速发展起来的一种新型有机成膜技术。它是通过表面活性剂的头基与基底之间产生化学吸附,在界面上自发形成有序的单分子层。膜的性质可通过改变成膜分子尾基活性基团灵活控制。自组装单层膜技术为织物表面凝胶涂层的改性提供了一种新的途径。超拒水性表面(表面对水的接触角在150°以上)因其潜在的应用价值近年来成为人们研究的热点。本论文以廉价普遍的工业品水玻璃为基本原料,以不同烷基碳链的硅氧烷为疏水改性剂,从溶胶-凝胶方法的基本原理出发并结合自组装单层膜技术,研究了棉织物的超拒水整理。论文首先研究了基于水玻璃的纳米二氧化硅水溶胶的制备。研究表明,以水玻璃为前驱体,以盐酸为催化剂能够制备稳定、可控、均一的纳米二氧化硅水溶胶。在形成溶胶的有效pH范围(10-11)内,水玻璃浓度越低,体系的pH越高,溶胶稳定性越好。同时,溶胶的平均粒径随pH的降低、水玻璃浓度增大而增大。放置时间越长,溶胶的平均粒径和粘度变得越大,凝胶化趋势越高。通过SEM、AFM、XRD、XPS、BET、FTIR-ATR等方法,研究了水玻璃二氧化硅溶胶处理对棉纤维的形态结构和表面性能的影响。研究结果表明:溶胶处理改变了棉纤维的表面形貌,使纤维表面变得粗糙。除了棉织物结晶度稍微降低,这种处理并没有引起纤维素化学结构和纤维内部晶体基本结构的变化。溶胶处理使织物的比表面增大,润湿性能也增大。溶胶与纤维之间没有产生化学键结合,主要是通过物理作用吸附。另外,处理的织物基本能够保持其原有的白度、强力、和手感等性能。基于水玻璃二氧化硅水溶胶和不同碳链的硅氧烷对棉织物超拒水整理的研究表明,二氧化硅水溶胶和水解的硅氧烷联合处理棉织物可赋予织物良好的拒水效果。整理织物的接触角随硅氧烷浓度的增大和烷基碳链的增长而增大。硅氧烷浓度为3%时拒水效果最佳,而长碳链的硅氧烷C16、C18处理可使织物获得超拒水效果。拒水整理的织物具有较好的环境稳定性,拒水整理对织物的物理机械性能并无太大的负面影响。通过对整理织物超拒水机制的研究,低表面自由能和适当的粗糙表面是制备超拒水表面的两个不可缺少的因素。二氧化硅水溶胶通过溶胶-凝胶过程在织物表面形成了纳米微孔的粗糙表面。水解成为硅醇的反应性硅氧烷,其硅醇羟基与二氧化硅的表面羟基有序组装,与此同时硅醇彼此之间在水平方向聚合脱水,通过自组装过程最终形成了二维有序的薄膜。纳米微孔的粗糙表面与低表面能的疏水基团协同作用,使棉织物由亲水转变为超拒水。良好的耐久性是对功能纺织品的基本要求。本论文从改变常规的溶胶-凝胶工艺(本研究中称之为“喷雾法”)和在水玻璃二氧化硅溶胶中加入具有反应性基团的硅烷偶联剂3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)这两种途径来提高二氧化硅涂层与织物的结合,以及优化疏水改性剂与二氧化硅母体的自组装反应来提高超拒水织物的耐久性。与用二氧化硅水溶胶直接浸轧棉织物的处理方式相比,采用先用水玻璃溶液浸轧棉织物,烘干后再向织物表面喷催化剂pH为8.0-9.4范围的Atkins-Pantin缓冲液,让水玻璃的溶胶反应在织物上完成,这样的处理方式可以提高织物的耐洗性,30次皂洗后拒水级数由原来的50分提高到70分。通过GPTMS加入到水玻璃中,在酸催化下共同水解对溶胶进行改性,研究表明,GPTMS在改性二氧化硅水溶胶的用量达到2%(体积百分比)时可以显著提高超拒水织物的耐久性。即使经过50次皂洗拒水织物的拒水级数依然还有70分。进一步的研究表明,长烷基碳链硅氧烷在二氧化硅表面自组装形成超拒水性表面的过程中,自组装时间比温度对耐久性的影响更加明显。自组装时间240min比较合适,而温度在室温条件即可。总体而言,本研究采用基于水玻璃的二氧化硅水溶胶和长碳链硅氧烷联合处理的纺织品,其拒水效果超过目前普遍使用的基于正硅酸乙酯(TEOS)疏水改性二氧化硅醇溶胶处理织物的效果,基本上能够达到一般含氟整理剂整理后相似的拒水效果。然而,将普通廉价、来源广泛的工业产品水玻璃代替普遍使用的TOES,以纯水为溶剂取代常规的乙醇为溶剂来制备二氧化硅水溶胶,前驱物的选择范围大,同时节约了能源,大大降低了生产成本,这样必将扩大溶胶-凝胶技术在纺织品上的应用,工业化生产也有可能实现。另外,用非氟化的长碳链硅氧烷修饰无机溶胶处理纺织品,既经济、安全又对环境友好,并且符合绿色化学的要求。