基于相分离法的棉织物超疏水整理研究

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超疏水织物因具有自清洁、防雨雪、防沾污、抗氧化等功能,常应用在特殊作业的防雨雪服、帐篷、军用作战服等方面,具有巨大的潜在市场和经济效益。目前超疏水织物的整理方法中,大多采用的原料或者设备比较昂贵,或者制备条件苛刻、繁琐,费时费力,再则较难实现大面积超疏水表面的制备,这些无疑都限制了它们的广泛实际应用。因此研究开发简单有效的超疏水织物整理方法显得很有必要。相分离法与其他方法相比具有工序简单、节约时间与成本等优点,目前相分离技术只应用于微孔膜的制备,所以本文针对现有研究的不足,以价廉的聚丙烯为原料,基于相分离相关原理,创新性地将此方法引入织物的功能整理,在保证织物服用性能的基础上赋予其超疏水性。首先基于相分离法以对二甲苯为溶剂,2-丁酮为非溶剂制备出了具有超疏水性的聚丙烯(PP)微孔膜。接触角数据表明通过改变聚丙烯初始浓度、2-丁酮体积比、处理温度等工艺条件,可以得到具有不同疏水性能的微孔膜,制得的微孔膜的最高接触角为159.1°。SEM分析表明超疏水微孔膜表面是由亚微米级别的PP微球组成,不同工艺条件下制得的微孔膜具有不同的微观形貌,不同的微观形貌对应着不同的疏水性能,结果表明,表面形成的微球直径越小、分散越均匀,其相应的疏水性越好。在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,探讨棉织物的整理工艺。方案A为将棉织物直接浸入PP对二甲苯与2-丁酮的混合溶液中,一定时间后取出放入烘箱内,使其发生相分离,而方案B是先将棉织物浸入PP对二甲苯的混合溶液内,使其表面附着更多的聚丙烯,然后放入2-丁酮溶液中,取出后放入烘箱内使其发生相分离。对比两种整理方案对棉织物表面形貌及疏水性能的影响规律,确定出方案B的整理效果更好。选用方案B的整理工艺路线对棉织物进行超疏水整理,以接触角、滚动角为评价指标,研究了聚丙烯初始浓度、2-丁酮温度、处理温度等条件对整理后棉织物疏水性能及表面微观形貌的影响规律,结果表明,随着PP初始浓度的增加,整理后织物表面疏水性能先提高再降低,2-丁酮温度越高、处理温度越低,织物的疏水性能越好。为确定出棉织物整理的最佳工艺条件,采用正交设计试验,得出棉织物整理过程中的最佳工艺参数为:聚丙烯初始浓度:30mg/ml,2-丁酮温度:130℃,处理温度:20℃,而且三个因素影响棉织物整理效果的主次顺序为2-丁酮温度→处理温度→聚丙烯初始浓度(主→次)。采用最佳工艺整理后棉织物与水的接触角高达156.4°,滚动角为8.6°。为研究织物自身因素对整理效果的影响规律,选用最佳工艺条件对不同织物密度的棉织物进行超疏水整理,结果表明,不论是接触角还是滚动角,低密度的棉织物都优于高密度棉织物,同时对与棉织物具有相同结构的涤纶织物进行整理,棉织物的整理效果优于涤纶织物,这可能是因为与涤纶织物表面相比,棉织物表面更粗糙,粗糙表面存在更多的成核点,有利于相分离过程中PP微粒的附着。除了织物的润湿性,对整理前后棉织物的服用性能进行测试,结果表明,整理后织物的断裂强力有所增加,透湿透汽性、弯曲性能与抗皱性几乎不变,整理后织物的白度略微上升,在具有不同PH值的溶液中浸渍1个月后,其超疏水性能变化不大,可见,该整理方法不影响棉织物的物理机械性能与服用性能。综上所述,基于相分离法,以聚丙烯为低表面能物质,在保证棉织物服用性能的基础上,成功赋予其超疏水性能。
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