[发明专利]一种水性无氟稳定超疏水织物的制备方法

说明书

本发明公开了一种水性无氟稳定超疏水织物的制备方法，是先以水为溶剂，无机酸为催化剂，烷基硅烷和硅烷偶联剂共水解缩合反应，制得具有Janus分子结构的有机硅烷聚合物悬浮液；再将有机硅烷聚合物悬浮液稀释浸泡清洗过的织物，压滤去除多余液体后在120~180℃下固化处理，即得水性无氟稳定超疏水织物。本发明利用烷基硅烷和硅烷偶联剂协同效应制得具有Janus分子结构的有机硅烷聚合物水性，该有机硅烷聚合物同时含有疏水链和偶联链，疏水链可赋予织物超疏水性，偶联链可将有机硅烷聚合物牢固键合于织物表面，从而赋予超疏水织物优异的超疏热水性、防水性和稳定性，且制备工艺绿色环保、简单、成本低廉，可进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种超疏水织物的制备方法，尤其是涉及一种水性无氟稳定超疏水织物的制备方法，属于仿生表界面材料和功能纺织品交叉技术领域。

背景技术

超疏水表面具有非常高的水接触角和极低的水滚动角，在近年来受到了极大关注，其在自清洁、防腐、防结冰等方面有巨大应用前景。一般认为，超疏水表面的制备得益于低表面能物质与微-纳米粗糙结构的协同作用。对于织物而言，由于其本身具有一定程度的粗糙度，这有利于其形成超疏水表面。超疏水织物的制备方法很多，但绝大多数方法都是采用含氟材料或采用涉及有机溶剂的制备工艺。中国发明专利CN102965910A采用全氟长链硅烷配合由碱性溶液刻蚀产生的粗糙度，得到接触角大于150^o的涤纶织物。CN04911918B采用含氟聚醚制备得到了接触角为165^o的超疏水织物。尽管采用这些方法制备的超疏水织物具有较好的超疏水性能，但采用了全氟长链硅烷、含氟聚醚等含氟材料。由于较长碳链的含氟化合物稳定性好，但难以自然降解，具有一定的生物累积性，因此对人类的健康和自然环境产生了潜在的严重威胁，这也使得全氟辛酸（PFOA）和全氟辛基磺酰类化合物（PFOS）在世界范围内禁用。因此，一些研究工作者开发了无氟超疏水织物制备技术。ZL201710388112.2将织物浸入正硅酸乙酯和含端羟基的聚二甲基硅氧烷的混合溶液中，取出后置于盐酸液面上，在一定温度下放置一定时间，制得了耐用的超疏水织物。CN107435247A将织物浸渍在含有聚二甲基硅氧烷预聚体及其固化剂的甲苯溶液中，然后通过热处理的方式进行固化处理，得到了无氟超疏水织物。ZL201210561344.0以醇为溶剂，通过硅烷水解制备了超疏水织物整理剂。但是，这些方法还存在一些不足之处：（1）在制备过程中使用了大量的乙醇、甲苯等易挥发性有机溶剂，这些有机溶剂对人体有害、污染环境，增加了生产时的不安全因素和生产成本，更重要的是与染厂的实际加工工艺严重不符，无法进行规模化实际应用。染厂织物整理的过程都是在敞开体系下进行的，因此所使用的助剂均为水性。（2）只对常温下的水表现出超疏水效果，热水则易粘附。这是由于热水极易破坏超疏水织物的微纳米结构或部分溶解其表面的低表面物质涂层。（3）织物稳定性不足，且没有进行超疏水织物耐洗程度及防水能力的评定。

目前，虽然有一些水性无氟超疏水涂层的报道，但是应用于织物的报道极少，也还存在一些问题。如CN108517154A报道了一种水性、无氟超疏水涂料及制备方法，通过加入水性乳液、无机纳米粒子、低表面能偶联剂、有机溶剂和水，制备了水性无氟的超疏水涂料。这种方法依然需要加入1~10%的有机溶剂和一定量的乳化剂，以防止反应体系发生相分离。另外，该专利未对所得涂层的稳定性进行评价，且加入2~30%的纳米粒子会改变织物本身的色泽、柔韧性和手感。CN105970610A通过混合二氧化硅水溶胶与二甲基硅氧烷和长链烷基硅烷偶联剂，复配蜡乳进行乳化分散，最后通过热处理，羟基硅油和硅烷偶联剂与二氧化硅进行水解缩合制备得到超疏水溶液，从而得到了稳定的超疏水织物。但是该反应在进行乳化时需要进行80~95℃的加热，不利于生产的进行。CN109518468A虽然通过将有机硅和有机硅烷加入到碱性醇-水溶液中，得到了稳定的超疏水织物。但是体系中依然使用了乙醇溶剂，由于安全性的原因在染厂无法使用。目前，采用水性无氟的方法制备具有优异超疏水性、超疏热水性、防水性和和稳定性的超疏水织物尚无相关报道和应用先例。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术制备稳定的超疏水织物存在的问题，提供一种水性无氟稳定超疏水织物的制备方法。