[发明专利]一种超疏水海藻纤维织物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超疏水海藻纤维织物及其制备方法和应用，将长链烷基硅烷水解缩聚后的溶胶浸涂到海藻纤维织物上，一次性建构低表面能粗糙度从而实现简便、高效的超疏水表面处理，使表面处理周期最快可缩短至30分钟以内，使织物表面水接触角大于150°，织物纤维表面覆盖有烷基硅烷水解缩合产物、织物在水中浸泡48小时以上无变形。本发明制备的超疏水海藻纤维织物材料在功能纺织品、装饰品、口罩、医用材料等领域中应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及一种高分子纤维材料，尤其是涉及一种功能性海藻纤维织物的处理方法。

背景技术

近年来，以电磁屏蔽、超疏水、抗紫外线、抗菌、除螨、防霉、可穿戴传感器为主要特点的功能性纺织品受到了广泛的关注。功能性纺织品通常以传统纤维或纺织品为基材通过改性制得。然而，传统纺织物高度易燃，存在极大的安全隐患。制备具有阻燃特性的现代功能性纤维和纺织品是纺织服装行业研究热点。制备阻燃纤维或织物的传统方法通常有三种：采用阻燃涂层处理传统纤维表面、纤维内部添加阻燃剂，以及通过共聚将阻燃化合物分子引入聚合物纤维骨架。目前，阻燃剂和阻燃化合物种类繁多，已开发的含卤、含磷和含氮阻燃剂极大提升了纤维和纺织品的阻燃特性，但这些阻燃剂的使用带来了诸多问题，如：环境污染、对人体的化学毒性、高成本等。

以海藻酸钙纤维为代表的海藻纤维是一类天然自阻燃纤维(中国发明专利CN107137834A)，据文献报道(Chinese Journal of P olymer Science，2009，27(6)，807-812)，海藻酸钙纤维的极限氧指数高达34％，远远高于传统的纤维和织物，是阻燃功能性纺织品的优秀候选材料。它以海洋中含量巨大的海藻为原料，经精制提炼出海藻多糖(海藻酸钠)以后，再通过湿法纺丝制得。海藻酸钠是由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古罗糖醛酸(G)组成的无规线性共聚物，其水溶液遇到二价(如：钙离子)或三价金属阳离子时，发生快速的离子交换，形成不溶性的海藻酸盐凝胶，此过程为海藻酸盐纤维制备的技术基础。海藻纤维具有阻燃、环保、无毒、可降解、生物相容性好、原料来源丰富等特点，近年来受到市场消费者和科研工作者的关注，已广泛应用于防护类和装饰类纺织品、高档服装和内衣面料、电磁屏蔽织物、运动衣、家纺产品等领域。然而，由于海藻酸钙纤维上带有大量的羧酸根负离子和羟基，导致其极易吸水溶胀变形。尤其在遇到含盐(如Na⁺、K⁺等)水溶液时，海藻纤维中的钙离子与金属离子发生离子交换，纤维中的络合交联结构瓦解，海藻纤维丧失纤维原有形貌，甚至溶解到盐溶液中。这些问题极大限制了海藻纤维和相关纺织品更大范围的使用。因此，针对其本征缺陷，对海藻纤维或织物进行超疏水(水接触角大于150°)或拒水改性显得尤为必要。

梳理海藻纤维和超疏水表面改性的相关技术，发现：1.关于对海藻纤维织物进行超疏水表面处理的报道极少。中国发明专利CN102251407B公开了一种海藻纤维织物的处理方法，包括预处理工艺、纳米整理工艺和后处理工艺三个大步骤，约十个小步骤，按照该明生产的海藻纤维织物具有良好的拒水效果，但其处理工艺复杂，仅纳米整理工艺就需进行三次浸渍、浸轧、预烘和一次焙烘，耗时较长，生产成本太高；2.目前的超疏水表面构建技术，如：化学蚀刻、湿化学沉积、静电纺丝、化学气相沉积、等离子体刻蚀、聚合物接枝等，存在如下存在四个缺点：(i)使用氟代烷基硅烷等有毒含氟化合物降低表面能，成本高且对人体健康和环境构成潜在危害；(ii)很多技术的疏水处理效果较差，水接触角小于150°；(iii)电纺、等离子体刻蚀、化学气相沉积等技术需要专门的设备，具有局限性；(iv)多步制备工艺增加了制备难度和复杂度，制备周期长。这些缺点和问题阻碍了超疏水海藻纤维织物的实际工业生产和应用。