论文部分内容阅读
【摘要】现阶段，在我国大力发展经济的同时，对自然生态环境造成了一定的破坏，针对这一情况，国家提出了低碳、节能、环保的口号，顺应这一趋势，功能性化工材料的研究逐步受到了学术界和工业界的关注。有关专家在对荷叶这种植物进行研究时发现，其具有超强的拒水、防污和自清洁功能，由此仿荷叶结构的化工材料便应运而生。基于此点，本文就仿荷叶结构化工材料的应用进行研究。
【关键词】仿荷叶 荷叶效应 化工材料
1 荷叶效应的机理分析
正常情况下，按照荷叶的成分它应该是很容易吸附水分或是污渍的，但实际情况却并非如此，这是因为荷叶的叶子表面具有极强的抗水性，当水洒落在叶子表面上时，会自动聚集成为水珠状，水珠在叶面上不停的滚动便会将灰尘全部吸附并带离叶面，从而使荷叶表面始终保持清洁干净，这种现象就是非常著名的荷叶自洁效应。
德国伯恩大学的两位生物学家经过长期的实验研究后，揭示了荷叶叶面的奥秘。借助电子显微镜能够清楚地观察到荷叶叶面存在着十分复杂的多重纳米和微米级结构，其上还布满了大量隆起的小包，每个小包都互相紧挨着而且里面还长满了绒毛，在小包顶上还有馒头状的凸起，整个荷叶表面全部都被微小的蜡晶所覆盖。由于这些小包间凹陷的部位上充满了大量的空气，在紧贴叶面上形成了一层非常薄且仅有纳米级厚度的空气层，这些空气层在实际尺寸上要比同等结构的雨水和和灰尘大很多，所以，当雨水和灰尘落到荷叶叶面上时，由于隔着这层非常薄的空气层，只能够同叶面上的山包凸起点形成直接接触，而在空气层、小包凸起和蜡质层的共同托持作用下，水滴便无法渗透到叶面当中，只会在叶面上自由滚动，水在自身表面张力的作用下会形成小水滴或是小水球状，在不断滚动的过程中则会吸附大量的灰尘，然后滚出叶面，这就是荷叶效应可以自动清洁叶面的原理。
2 仿荷叶结构化工材料的具体应用研究
经过业界专家学者的不断研究发现，可将荷叶的自洁效应用于化工材料的制作当中，仿荷叶结构的化工材料也相继出现，下面就此进行详细论述。
2.1 仿荷叶结构的乳胶漆
通过对荷叶与仿荷叶结构乳胶漆进行比较发现，两者在结构上极为近似。对于仿荷叶结构的乳胶漆而言，其应当具有以下几个方面的基本特性：低表面能的疏水性表面、低滑动角以及合适的表面粗糙度。想要使乳胶漆涂料具有仿荷叶结构主要有两种方法：其一，向乳胶漆涂料中加入适量的超强疏水剂，如氟硅类表面活性剂等，借此来使乳胶漆涂膜表面拥有超低表面能，这样便可以防止灰尘粘附；其二，模拟荷叶叶面的凹凸微观结构对乳胶漆来设计乳胶漆的涂膜表面，以此来降低污染物与涂膜之间的接触面积，进而使污染物无法黏附大涂膜表面上，只能松散地堆积在涂膜表面的凹凸处，当下雨时回灰尘便会被雨水带走，墙面可以始终保持清洁。
2.2 仿荷叶结构的织物
据有关文献资料显示，已经有成功利用各种不同的表面处理技术形成聚合物和无机物超拒水表面。将这种具有超拒水和自清洁的“荷叶纤维”应用于纺织工业当中，能够为其带来巨大的经济效益。当水在这样的表面上通过时，会自然而然地产生出一个自清洁的过程。荷叶纤维和仿荷叶结构的物质将会给大量基于纺织的应用带来根本上的转变，这不但能够使产品的能力有所延伸，而且还有利于新型产品的研制，最为重要的是它能够显著提高大部分标准纺织品的性能。例如，通过拒水纤维与仿荷叶结构相结合能够制造出快速去湿、迅速干燥的纺织品。由于荷叶效应的拒水自清洁原理可知，想要使织物具有高度的拒水自清洁效果，必须满足以下几个方面的条件：其一，要使纤维的表面具有基本的拒水性能；其二，必须使织物具有较为粗糙的表面。虽然大部分织物的表面原本就是粗造的，但是这种粗糙一般都是以纤维为最小单位，而拒水自清洁物表面的粗糙应当是纤维表面的粗糙，换言之，这种粗糙至少需要达到纳米级的水平。
2.3 仿荷叶结构的防水漆
在房屋住宅当中，卫生间是必不可少的组成部分之一，而它也是湿气最重的区域之一，正因如此，人们在对卫生间进行装修时都会将天花板、墙面以及地面的防水处理放在首位，大部分住宅的洗手间采用的都是瓷砖和铝扣板，这两种材料的价格都不是很便宜，尤其是铝扣板的价格要更贵一些。若是从美观的角度上看，瓷砖和铝扣板显然是比较好的选择，但要从经济、实用的角度上讲，也可以直接采用防水漆对洗手间进行涂刷。
2.4 仿荷叶结构的憎水性膜
德国的BASF公司在模拟荷叶拒斥灰尘和小水滴的基础上，研发出了喷涂增属性涂膜的方法。该公司用聚乙烯、聚丙烯和蜡纳米粒子制成的薄膜能够用于自清洗窗的研制，并且还能用于皮革、纸制品、纺织物以及砖砌石建筑等等。当薄膜干燥时，其表面会形成纳米结构化膜，这种膜可以模拟荷叶效应，而蜡纳米晶体的直径约为1nm，并排列在膜的凹凸处，当膜表面有水后，水会自然聚积成小水滴滚落，所以就算在大雨天气中，这种膜的表面也能够始终保持干燥。
2.5 仿荷叶结构的玻璃
“仿荷叶玻璃”这项技术主要是基于自组织软涂层，在工业生产中也被称之为涂层玻璃。此类玻璃最为显著的特点是具有超强的拒水性和自清洁能力，同时物理化学稳定性也非常好。涂层玻璃上的涂层应当是不透光、无色、透明的，自组织软涂层具有与荷叶叶面极为近似的成分，具体包括功能性涂料、微粒、粘合剂以及运输媒质等等。由于此类玻璃易于清洗而且干的速度较快，从而使其具有非常广泛的应用性，如可用于建筑玻璃屋顶、汽车的前玻璃窗等等，同时还能应用于环境工程和能量等领域当中。
3 结论
综上所述，仿荷叶结构的提出以及相关产品的开发应用，给化工、纺织等行业带来了新的发展机遇，不但提高了企业的核心竞争力，同时也给企业带来了巨大的经济效益。在科学技术水平不断发展的推动下，将会有更多仿荷叶结构的化工产品出现，这对于节能环保具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1] 王静.仿荷叶织物的创新整理工艺及其性能研究[J].产业用纺织品，2011（2）
[2] 刘雍.马敬安.防水透湿织物的研究现状及发展趋势[J].高科技纤维与应用，2008（10）
[3] 郑军，宋巍，陈红.仿荷叶图案的Pluronic聚氨酯表面对蛋白吸附的影响[A].2009年全国高分子学术论文报告会[C].2009（8）
[4] 尉霞，顾振亚，范立红，刘娜，刘尚楠.超细纤维仿荷叶织物的研究[J].西安工程科技学院学报，2010（6）
【关键词】仿荷叶 荷叶效应 化工材料
1 荷叶效应的机理分析
正常情况下，按照荷叶的成分它应该是很容易吸附水分或是污渍的，但实际情况却并非如此，这是因为荷叶的叶子表面具有极强的抗水性，当水洒落在叶子表面上时，会自动聚集成为水珠状，水珠在叶面上不停的滚动便会将灰尘全部吸附并带离叶面，从而使荷叶表面始终保持清洁干净，这种现象就是非常著名的荷叶自洁效应。
德国伯恩大学的两位生物学家经过长期的实验研究后，揭示了荷叶叶面的奥秘。借助电子显微镜能够清楚地观察到荷叶叶面存在着十分复杂的多重纳米和微米级结构，其上还布满了大量隆起的小包，每个小包都互相紧挨着而且里面还长满了绒毛，在小包顶上还有馒头状的凸起，整个荷叶表面全部都被微小的蜡晶所覆盖。由于这些小包间凹陷的部位上充满了大量的空气，在紧贴叶面上形成了一层非常薄且仅有纳米级厚度的空气层，这些空气层在实际尺寸上要比同等结构的雨水和和灰尘大很多，所以，当雨水和灰尘落到荷叶叶面上时，由于隔着这层非常薄的空气层，只能够同叶面上的山包凸起点形成直接接触，而在空气层、小包凸起和蜡质层的共同托持作用下，水滴便无法渗透到叶面当中，只会在叶面上自由滚动，水在自身表面张力的作用下会形成小水滴或是小水球状，在不断滚动的过程中则会吸附大量的灰尘，然后滚出叶面，这就是荷叶效应可以自动清洁叶面的原理。
2 仿荷叶结构化工材料的具体应用研究
经过业界专家学者的不断研究发现，可将荷叶的自洁效应用于化工材料的制作当中，仿荷叶结构的化工材料也相继出现，下面就此进行详细论述。
2.1 仿荷叶结构的乳胶漆
通过对荷叶与仿荷叶结构乳胶漆进行比较发现，两者在结构上极为近似。对于仿荷叶结构的乳胶漆而言，其应当具有以下几个方面的基本特性：低表面能的疏水性表面、低滑动角以及合适的表面粗糙度。想要使乳胶漆涂料具有仿荷叶结构主要有两种方法：其一，向乳胶漆涂料中加入适量的超强疏水剂，如氟硅类表面活性剂等，借此来使乳胶漆涂膜表面拥有超低表面能，这样便可以防止灰尘粘附；其二，模拟荷叶叶面的凹凸微观结构对乳胶漆来设计乳胶漆的涂膜表面，以此来降低污染物与涂膜之间的接触面积，进而使污染物无法黏附大涂膜表面上，只能松散地堆积在涂膜表面的凹凸处，当下雨时回灰尘便会被雨水带走，墙面可以始终保持清洁。
2.2 仿荷叶结构的织物
据有关文献资料显示，已经有成功利用各种不同的表面处理技术形成聚合物和无机物超拒水表面。将这种具有超拒水和自清洁的“荷叶纤维”应用于纺织工业当中，能够为其带来巨大的经济效益。当水在这样的表面上通过时，会自然而然地产生出一个自清洁的过程。荷叶纤维和仿荷叶结构的物质将会给大量基于纺织的应用带来根本上的转变，这不但能够使产品的能力有所延伸，而且还有利于新型产品的研制，最为重要的是它能够显著提高大部分标准纺织品的性能。例如，通过拒水纤维与仿荷叶结构相结合能够制造出快速去湿、迅速干燥的纺织品。由于荷叶效应的拒水自清洁原理可知，想要使织物具有高度的拒水自清洁效果，必须满足以下几个方面的条件：其一，要使纤维的表面具有基本的拒水性能；其二，必须使织物具有较为粗糙的表面。虽然大部分织物的表面原本就是粗造的，但是这种粗糙一般都是以纤维为最小单位，而拒水自清洁物表面的粗糙应当是纤维表面的粗糙，换言之，这种粗糙至少需要达到纳米级的水平。
2.3 仿荷叶结构的防水漆
在房屋住宅当中，卫生间是必不可少的组成部分之一，而它也是湿气最重的区域之一，正因如此，人们在对卫生间进行装修时都会将天花板、墙面以及地面的防水处理放在首位，大部分住宅的洗手间采用的都是瓷砖和铝扣板，这两种材料的价格都不是很便宜，尤其是铝扣板的价格要更贵一些。若是从美观的角度上看，瓷砖和铝扣板显然是比较好的选择，但要从经济、实用的角度上讲，也可以直接采用防水漆对洗手间进行涂刷。
2.4 仿荷叶结构的憎水性膜
德国的BASF公司在模拟荷叶拒斥灰尘和小水滴的基础上，研发出了喷涂增属性涂膜的方法。该公司用聚乙烯、聚丙烯和蜡纳米粒子制成的薄膜能够用于自清洗窗的研制，并且还能用于皮革、纸制品、纺织物以及砖砌石建筑等等。当薄膜干燥时，其表面会形成纳米结构化膜，这种膜可以模拟荷叶效应，而蜡纳米晶体的直径约为1nm，并排列在膜的凹凸处，当膜表面有水后，水会自然聚积成小水滴滚落，所以就算在大雨天气中，这种膜的表面也能够始终保持干燥。
2.5 仿荷叶结构的玻璃
“仿荷叶玻璃”这项技术主要是基于自组织软涂层，在工业生产中也被称之为涂层玻璃。此类玻璃最为显著的特点是具有超强的拒水性和自清洁能力，同时物理化学稳定性也非常好。涂层玻璃上的涂层应当是不透光、无色、透明的，自组织软涂层具有与荷叶叶面极为近似的成分，具体包括功能性涂料、微粒、粘合剂以及运输媒质等等。由于此类玻璃易于清洗而且干的速度较快，从而使其具有非常广泛的应用性，如可用于建筑玻璃屋顶、汽车的前玻璃窗等等，同时还能应用于环境工程和能量等领域当中。
3 结论
综上所述，仿荷叶结构的提出以及相关产品的开发应用，给化工、纺织等行业带来了新的发展机遇，不但提高了企业的核心竞争力，同时也给企业带来了巨大的经济效益。在科学技术水平不断发展的推动下，将会有更多仿荷叶结构的化工产品出现，这对于节能环保具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1] 王静.仿荷叶织物的创新整理工艺及其性能研究[J].产业用纺织品，2011（2）
[2] 刘雍.马敬安.防水透湿织物的研究现状及发展趋势[J].高科技纤维与应用，2008（10）
[3] 郑军，宋巍，陈红.仿荷叶图案的Pluronic聚氨酯表面对蛋白吸附的影响[A].2009年全国高分子学术论文报告会[C].2009（8）
[4] 尉霞，顾振亚，范立红，刘娜，刘尚楠.超细纤维仿荷叶织物的研究[J].西安工程科技学院学报，2010（6）