超疏水導(dǎo)電聚酯織物的制備及其性能

周 存， 何雅僖

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津市紡織纖維界面處理技術(shù)工程中心， 天津 300270)

聚酯纖維是當(dāng)前合成纖維的一大品種，隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其產(chǎn)能過剩、同質(zhì)化、過度競爭等問題日趨嚴(yán)重，因此，采用新技術(shù)、新工藝，從高性能、新功能、特種結(jié)構(gòu)和用途等方面研究開發(fā)個性化、差異化和多功能的高附加值纖維與織物，滿足服裝、家紡以及產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域個性化和多樣化的需求越來越成為人們關(guān)注的重點(diǎn)[1-2]。導(dǎo)電纖維電阻率低，可有效消除靜電，在開發(fā)抗靜電紡織品、電磁屏蔽紡織品等方面應(yīng)用廣泛[3]。超疏水纖維具有防水、防塵、防污、自清潔的特點(diǎn)[4]，在國防、軍事、航空航天及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有著廣闊的應(yīng)用前景。

近年來，研究人員相繼使用具有共軛結(jié)構(gòu)的高分子材料摻雜、原位聚合、低溫等離子體輻射、電鍍、涂層、靜電紡絲等處理方法制備具有導(dǎo)電抗靜電功能的復(fù)合織物[5-7]。此外，研究者還采用刻蝕、溶膠-凝膠法、模板法、物理或化學(xué)氣相沉積法、層層組裝法、相分離法等制備具有疏水或超疏水功能的復(fù)合涂層材料[8-10]，而兼具疏水與導(dǎo)電2種功能且同時具有良好耐用性的織物研究卻少見報道。

為使聚酯織物兼具疏水與導(dǎo)電性能，本文從提高織物疏水導(dǎo)電性能的耐久性出發(fā)，先基于相轉(zhuǎn)化濕法成膜機(jī)制對聚酯織物添加納米導(dǎo)電碳黑且與待處理織物纖維同質(zhì)的聚酯漿料涂覆做增強(qiáng)和導(dǎo)電處理，再通過溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶(SINC)方法在上漿的聚酯織物表面構(gòu)造疏水性微納米粗糙結(jié)構(gòu)，然后以甲基三氯硅烷修飾，制備出兼具超疏水和導(dǎo)電功能的聚酯織物，研究了其最佳制備工藝，并對織物表面層微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性能及耐水洗性進(jìn)行了表征和分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

材料：聚酯(PET)織物，白色斜紋，經(jīng)、緯密均為315根/(10 cm)，經(jīng)、緯紗線密度均為33.3 tex，面密度為0.22 kg/m2，市售；導(dǎo)電碳黑(CCB)，VXC-72型，粒徑為30 nm，美國CABOT公司；六氟異丙醇，分析純，濟(jì)南匯豐達(dá)有限公司；甲基三氯硅烷(MTS)，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。無水乙醇、丙酮、苯酚、四氯乙烷、甲苯，均為分析純，購自天津光復(fù)精細(xì)化工研究所。

儀器：S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本Hitach公司；D8 DISCOVER型X射線衍射儀，德國Bruker AXS公司；DSC 200 F3型差式掃描量熱儀，德國Netsch公司；DSA100型接觸角測試儀，德國Kruss公司；VC9 801 A+型萬用表，中國VICTOR有限公司。

1.2 試樣制備

1.2.1導(dǎo)電層整理

采用上漿相轉(zhuǎn)化濕法成膜構(gòu)建導(dǎo)電層：以六氟異丙醇為溶劑溶解部分聚酯織物，置于磁力攪拌器中，400 r/min攪拌30 min后摻雜導(dǎo)電碳黑，超聲振蕩60 min后，制成不同聚酯與碳黑含量的導(dǎo)電漿料，采用涂覆法使?jié){料均勻附著在經(jīng)丙酮和去離子水超聲清洗及干燥處理的聚酯織物表面，經(jīng)室溫水浴充分固化成膜后置于80 ℃烘箱中，烘干2 h，再將織物經(jīng)超聲水洗干燥備用?？刂茲{料中PET與CCB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得到表面層具有不同CCB含量的導(dǎo)電織物。

1.2.2疏水層整理

采用溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶法構(gòu)造表面疏水層：將經(jīng)過導(dǎo)電整理的聚酯織物置于常溫苯酚-四氯乙烷(質(zhì)量比為1∶1)混合溶液中浸泡，控制浸泡時間，取出后立即置于不同溫度的丙酮中結(jié)晶，待結(jié)晶完全取出后用無水乙醇清洗，于80 ℃烘箱烘干,得到表面具有微觀粗糙結(jié)構(gòu)的疏水導(dǎo)電織物。

1.2.3表面層修飾

采用甲基三氯硅烷修飾構(gòu)造低能表面：將經(jīng)溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶疏水整理的聚酯織物置于盛有0.5 mol/L的甲基三氯硅烷-甲苯溶液的密封容器中反應(yīng)1 h后，再依次通過甲苯、無水乙醇、無水乙醇/蒸餾水(體積比為1∶1)、蒸餾水清洗干凈，以上操作均在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。最后將樣品于烘箱(120 ℃、60 min)中干燥，得到MTS修飾的超疏水導(dǎo)電織物。

1.3 測試與表征

1.3.1表面形貌表征

將樣品充分干燥后，真空噴鍍厚度約10 nm的金膜，采用掃描電子顯微鏡加載樣品后抽真空，選擇10 kV加速電壓，樣品臺工作距離為7.8 mm，調(diào)節(jié)電鏡光學(xué)系統(tǒng)至圖像清晰，掃描并保存圖像，觀察處理前后織物表面微觀形貌特征。

1.3.2表面電阻測試

參照AATCC TM 76—2011《織物的表面電阻率》,用萬用表測量織物表面電阻。每個樣品不同位置測試5次，取平均值。表面電阻率按下式計算：

Rs=RW/D

式中：Rs為表面電阻率，Ω；R為測量的織物2點(diǎn)間的電阻，Ω；W為試樣的寬度，cm；D為2電極之間的長度，cm。

1.3.3靜態(tài)水接觸角測試

在25 ℃條件下，用進(jìn)樣器取0.8 μL蒸餾水，旋轉(zhuǎn)進(jìn)樣器針頭使水滴垂直接觸樣品表面，滴落在樣品上，水滴與織物接觸10 s穩(wěn)定后按切線擬合模式測量讀數(shù)。每個樣品不同位置測量5次，取平均值。

1.3.4聚合物結(jié)晶性能測試

使用差式掃描量熱儀(DSC)和X射線衍射儀分析織物表層聚酯的結(jié)晶過程并計算結(jié)晶度。DSC分析：將織物剪成粉末狀，置于鋁制坩堝中，樣品為5.0 mg左右，N2氣氛保護(hù)，升溫范圍為20～300 ℃，升溫速率為10 ℃/min； X射線衍射分析：CuKα輻射源，波長為0.154 18 nm，掃描步長為0.05°，掃描范圍為10°～45°。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚酯和碳黑含量對織物導(dǎo)電性的影響

圖1示出漿料中不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚酯和碳黑對織物表面電阻率的影響?？梢?，漿料中碳黑含量一定時，聚酯的含量對織物導(dǎo)電性影響較小，其表面電阻率均在同一數(shù)量級上，但聚酯的含量直接影響漿膜的成膜均勻性。研究發(fā)現(xiàn)：漿料中聚酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時成膜均勻性較好；隨碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，改性聚酯織物表面電阻率顯著降低。碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，織物表面電阻率數(shù)量級超過 106kΩ，近乎絕緣；當(dāng)碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到4%時，織物表面電阻率明顯降低，此時聚酯織物具備導(dǎo)電性；碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，織物的表面電阻率也隨之減小，但單位變化量逐漸減小。當(dāng)漿料中碳黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 8%～10%時，織物表面電阻率數(shù)量級可達(dá)到102～103Ω，具有良好的導(dǎo)電性，可用作抗靜電導(dǎo)電材料。

注：1#、2#、3#、4#織物樣品所涂覆的漿料中PET的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9%、12%、6%、15%。圖1 不同PET和CCB含量對上漿織物表面電阻率的影響Fig.1 Influence of different PET and CCB contents on surface resistivity of fabrics treated by sizing

導(dǎo)電整理過程中，織物表面的聚酯漿膜在水浴中的固化實(shí)質(zhì)是以六氟異丙醇溶劑為連續(xù)相的聚酯高分子溶液在水浴中的相轉(zhuǎn)化成膜過程。漿料中的聚酯大分子與包覆的碳黑粒子隨六氟異丙醇分子與凝固浴中水分子發(fā)生雙擴(kuò)散運(yùn)動，產(chǎn)生相分離而固化成多孔聚酯漿膜覆蓋在織物表面。由于溶劑對聚酯大分子的溶解和溶脹作用，使得PET大分子與其鏈段之間相互纏結(jié)，形成物理交聯(lián)點(diǎn)，同時與包覆或分散在聚酯大分子鏈段間的納米碳黑粒子構(gòu)成復(fù)雜的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于同種物質(zhì)大分子之間范德華力的作用和良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，固化后聚酯漿膜界面與基體聚酯纖維的相容性較好，成為織物的組成部分，渾然一體不易脫落，漿料中的聚酯對織物表面層起到了增強(qiáng)作用；分布在織物表面的碳黑粒子在聚酯織物表層通過隧道效應(yīng)或電子遷移形成了連續(xù)的導(dǎo)電通路或?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)；因此，CCB質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定織物的導(dǎo)電性，而PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)與織物的耐用性相關(guān)。

2.2 聚酯和碳黑含量對織物疏水性的影響

為實(shí)現(xiàn)織物的高疏水性能，以苯酚-四氯乙烷(質(zhì)量比為1∶1)的混合溶液為溶劑，以丙酮為不良溶劑，采用溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶法在經(jīng)導(dǎo)電處理的織物表面構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)的粗糙表面。漿料中PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定為9%，經(jīng)不同CCB含量漿料處理的織物在不同誘導(dǎo)時間下接觸角變化情況如圖2所示。

注：11#、22#、33#、44#、55#織物樣品所涂覆的漿料中，PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為9%，CCB質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%、8%、10%。圖2 PET和CCB含量及誘導(dǎo)時間對織物疏水性的影響Fig.2 Effect of PET and CCB contents and induced time on hydrophobicity of fabrics

由圖2可見：僅經(jīng)漿料處理而未經(jīng)溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶的織物其平均接觸角為75°～85°(圖2坐標(biāo)軸時間為零處)，織物有一定的親水性；而在溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶處理后，織物與水接觸角顯著增加，平均在140°左右，其表面潤濕性由親水變?yōu)閺?qiáng)疏水。

此外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)漿料中PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時，接觸角隨溶劑處理時間的變化相對平穩(wěn)，在誘導(dǎo)時間為60～90 s區(qū)間且碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～10%時，水接觸角高達(dá)140°以上，織物表面呈高疏水特性。分析可能的原因是，溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶的成核過程幾乎是在瞬間完成，誘導(dǎo)結(jié)晶后PET織物表面出現(xiàn)一層由大量的晶粒、空隙和微孔構(gòu)成的表面粗糙物。此時，在良溶劑中結(jié)晶和消結(jié)晶(溶解與溶脹)是同時進(jìn)行的，結(jié)晶表面的粗糙層處于不斷構(gòu)建和消解的動態(tài)過程中，而在不良溶劑中結(jié)晶占優(yōu)勢，最終在聚酯織物表面形成一層穩(wěn)定的微納米尺度的晶粒與空穴形成的粗糙結(jié)構(gòu)；所以涂層漿料溶液中聚酯含量較高或較低都會影響漿膜的厚度，導(dǎo)致漿膜鋪展均勻性以及與聚酯纖維表面相容性變差，無法實(shí)現(xiàn)同質(zhì)增強(qiáng)作用[11-12]，從而導(dǎo)致PET結(jié)晶在織物表面形成的微納米結(jié)構(gòu)層比表面積波動較大?？梢姡軇┱T導(dǎo)時間、PET及CCB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都會對結(jié)晶表面粗糙度產(chǎn)生影響，從而影響織物表面的潤濕性。

2.3 表面修飾對織物疏水性的影響

低表面能物質(zhì)的存在是疏水表面構(gòu)建的必要條件[13-14]。本文以MTS和甲苯的混合溶液對制備的疏水導(dǎo)電織物表面進(jìn)行修飾，MTS修飾前后織物表面與水接觸角的變化如圖3所示。

從圖3可以看出，經(jīng)不同溶劑誘導(dǎo)時間制備的疏水導(dǎo)電聚酯織物通過MTS修飾后表面接觸角均有明顯的提高，平均接觸角在150°以上，最高達(dá)154.1°，接觸角平均增幅約5%，織物表面的潤濕狀態(tài)由高疏水變?yōu)槌杷?。這是因?yàn)樾揎椞幚砗罂椢锉砻鍹TS分子中的Si—Cl鍵與聚酯雜化膜表面的殘留羥基結(jié)合，使Si—Cl鍵形成Si—OH鍵，形成疏水層[15]；此外，織物表面有微量水存在時MTS發(fā)生部分水解，Si—OH縮聚脫水，在聚酯涂層表面形成單分子層并發(fā)生定向排列，親水基團(tuán)向內(nèi)、疏水基團(tuán)向外的分子膜結(jié)構(gòu)[16-17]，表現(xiàn)為織物表面疏水性能增強(qiáng)。疏水層形成機(jī)制如圖4所示。

注：44#織物樣品所涂覆的漿料中，PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，CCB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%；66#樣品是44#樣品經(jīng)MTS修飾制得。圖3 甲基三氯硅烷修飾對織物表面接觸角的影響Fig.3 WCA of fabrics after modified by MTS

圖4 MTS修飾PET織物表面疏水層形成機(jī)制示意圖Fig.4 Schematic of hydrophobic surface formation of PET fabric modified by MTS

2.4 處理工藝對織物表面疏水性能的影響

圖5示出不同工藝條件下所制備織物的微觀形貌及織物表面的水接觸角圖片。圖5(a)所示織物以六氟異丙醇為溶劑，同時采用PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，導(dǎo)電碳黑CCB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的導(dǎo)電漿料直接處理；圖5(b)是圖5(a)工藝處理后在室溫下，采用苯酚-四氯乙烷溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶90 s的織物照片；圖5(c)是在圖5(b)工藝基礎(chǔ)上，用甲基三氯硅烷甲苯溶液修飾的織物照片；圖5(d)～(f)為在圖5(a)基礎(chǔ)上不同溫度條件下溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶90 s，沒有使用MTS修飾的織物照片。圖5顯示，除圖5(a)中織物表面較為平整，接觸角小于90°，表現(xiàn)為親水性外，其他圖中織物表面都分布著高低不平、疏松多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其平均接觸角約150°，表現(xiàn)為超疏水。值得注意的是，圖5(e)、(f)示出分別在65 ℃和75 ℃高溫誘導(dǎo)結(jié)晶的樣品，其接觸角分別為151.28°和153.67°，都大于150°?？梢?，高溫誘導(dǎo)有利于織物表面超疏水特性的微納米粗糙層的構(gòu)建。圖5中不同工藝條件下織物表面的不同潤濕狀態(tài)，與織物表面在不同工藝下所形成的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成密切相關(guān)。

圖5 不同工藝條件下織物表面的掃描電鏡照片和接觸角(×7 000)Fig.5 SEM and WCA images of fabrics surface treated under various processing conditions(×7 000). (a) Sizing without SINC; (b) SINC at 25 ℃; (c) SINC at 25 ℃ and MTS modified; (d) SINC at 35 ℃; (e) SINC at 65 ℃; (f) SINC at 75 ℃

經(jīng)聚酯和碳黑雜化漿料處理后的織物表面形成一層均勻致密的固化膜(見圖5(a))，聚酯漿膜的表面有納米級碳黑粒子附著，漿膜整體相對光滑平整。在隨后的誘導(dǎo)結(jié)晶過程中，良溶劑苯酚-四氯乙烷從織物表面漿膜開始向纖維內(nèi)部逐漸滲透擴(kuò)散，在較短的時間內(nèi)起到溶解、溶脹和增塑作用[18]，提高了聚酯大分子鏈段的活動性；織物浸入丙酮后，丙酮作為不良溶劑促進(jìn)活動的聚酯大分子鏈段纏繞結(jié)晶，一定程度上使部分聚酯大分子鏈發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，并能在聚酯膜表層結(jié)晶析出單個納米、微米級別的球晶或球簇狀聚集體，在聚酯大分子結(jié)晶的同時，由于分子鏈間隙苯酚-四氯乙烷和丙酮溶劑的存在而發(fā)生溶劑分子的雙擴(kuò)散運(yùn)動，在聚酯纖維表面形成微孔和空洞，包覆和鑲嵌在表面聚酯膜中的碳黑也隨著聚酯大分子的結(jié)晶和溶劑的擴(kuò)散作用，在聚酯膜的內(nèi)部和表面發(fā)生局部擴(kuò)散或聚集。在這三者的作用下，聚酯織物表面出現(xiàn)由球晶、晶粒聚集體、碳黑及微孔、空穴等微米、納米、分子級別的結(jié)構(gòu)共同形成的疏松多孔、高低起伏的多尺度微觀粗糙結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有大的孔隙率和比表面積，能夠吸附大量的空氣嵌留在織物微觀粗糙結(jié)構(gòu)中，減小了水滴與織物表面的接觸面積，水滴由于自身的表面張力在織物的表面呈懸浮態(tài)，從而使織物界面表現(xiàn)出高疏水的性質(zhì)；隨誘導(dǎo)溶劑溫度的升高，聚酯大分子活動能力增強(qiáng)，PET結(jié)晶速度和結(jié)晶度提高，單位時間內(nèi)織物表面球晶及晶粒聚集體數(shù)量增加，同時體系內(nèi)溶劑的雙擴(kuò)散活動加劇，織物表面微孔和空穴也隨之增加，織物表面層的粗糙度增加，從而使得表面層與空氣接觸的比表面積變大，表現(xiàn)為與水接觸角變大，疏水性增強(qiáng)(見圖5(d)、(e)、(f))。

此外，比較圖5(b)、(c)可以看出，經(jīng)MTS處理后，圖5(c)所示織物表面經(jīng)誘導(dǎo)結(jié)晶形成疏松多孔高低不平的形貌被部分破壞，表面因MTS分子的填充變得相對平整，但又因MTS分子在漿膜表面發(fā)生水解、縮聚、脫水及分子定向排列等作用，形成親水基團(tuán)向內(nèi)、疏水基團(tuán)向外的分子膜結(jié)構(gòu)，因此，圖5(c)所示織物整體表現(xiàn)為表面的疏水性能增強(qiáng)。

2.5 不同處理工藝下樣品的熱性能分析

不同溫度條件下，采用PET質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，CCB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的導(dǎo)電漿料上漿織物經(jīng)溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶后，樣品的DSC曲線與原始織物和僅作導(dǎo)電處理上漿織物的DSC譜圖作比較，如圖6所示。表1 示出不同處理?xiàng)l件下樣品的熔融焓、熔點(diǎn)和結(jié)晶度。

圖6 不同處理?xiàng)l件下樣品的DSC譜圖Fig.6 DSC spectra of samples under different treatment conditions

樣品處理?xiàng)l件ΔHm/(J·g-1)Tm/℃Xc/%空白樣23.57255.1618.77上漿未誘導(dǎo)結(jié)晶18.17257.4118.0825 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶20.71256.5320.6335 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶 23.95256.8922.7755 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶24.98256.3223.7565 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶 26.66257.1025.3475 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶22.11257.7122.0285 ℃ 誘導(dǎo)結(jié)晶20.43258.2419.42

從圖6和表1可以看出，溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶樣品的熔融峰相對陡峭，熔融焓較高，結(jié)晶度在19.42%～25.34%之間，較原織物的結(jié)晶度(18.77%)有所增加，僅作上漿處理沒有經(jīng)誘導(dǎo)結(jié)晶的導(dǎo)電織物表面層可能因相轉(zhuǎn)化成膜過程中溶劑的增塑作用，結(jié)晶度較原織物略有下降，但幅度不大。

此外，圖6和表1數(shù)據(jù)顯示：上漿后在不同溫度下經(jīng)誘導(dǎo)結(jié)晶處理的織物樣品，其結(jié)晶度都有一定程度的增加；雖然一定范圍內(nèi)隨溶劑誘導(dǎo)溫度的升高樣品結(jié)晶度增加，但是溫度過高會使結(jié)晶度降低。溫度在55～65 ℃范圍內(nèi)溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶所得樣品結(jié)晶度較高，這有利于織物表面耐久性高疏水特性的微納米粗糙層的構(gòu)建。

2.6 不同處理工藝下樣品的結(jié)晶性能分析

圖7示出原織物、上漿織物、溶劑65 ℃誘導(dǎo)結(jié)晶織物、甲基三氯硅烷修飾的織物的XRD衍射譜圖?？梢钥闯?，與原織物2θ為17.6°、22.8°、25.8°處對應(yīng)(010)、(110)、(100)晶面的3個特征衍射峰相比，經(jīng)不同條件處理織物的衍射峰的強(qiáng)度與位置略有不同。

圖7 不同處理?xiàng)l件下織物XRD譜圖Fig.7 XRD spectra of fabrics under different treatment conditions

由圖7可知：僅經(jīng)過上漿處理的織物樣品其衍射峰強(qiáng)度較低，這與漿料中溶劑的增塑作用和未經(jīng)誘導(dǎo)結(jié)晶過程處理而導(dǎo)致的結(jié)晶度降低是一致的；經(jīng)過溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶處理織物的衍射峰相對尖銳，表明其結(jié)晶度相比于未誘導(dǎo)結(jié)晶處理的要高，這與DSC分析結(jié)果一致，溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶使其結(jié)晶度增加；甲基三氯硅烷修飾的織物其各衍射峰均有較輕微的位置偏移，是因?yàn)榻?jīng)過MTS處理后，織物表面引入了疏水的硅氧基團(tuán)，而硅原子的原子半徑較大，使織物表面結(jié)晶體的晶格常數(shù)變大，反映為對應(yīng)的衍射峰峰值向小角度偏移。

2.7 耐水洗性能

表2示出部分織物超聲水洗12 h后的表面電阻率，圖8示出部分織物水洗前后的表面形貌照片。

表2 導(dǎo)電聚酯織物水洗前后織物表面電阻率Tab.2 Surface resistance of conductive PET fabric under kΩ

注：66#樣品為44#上漿整理后65 ℃溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶。

圖8 水洗前后織物的微觀形貌與水接觸角照片F(xiàn)ig.8 SEM and WCA images of fabrics surface before and after washing. (a) No washing(×60); (b) Washed(×70); (c) No washing(×7 000); (d) Washed(×6 000); (e) No washing, 65 ℃ SINC (×7 000); (f) Washed, 65 ℃ SINC (×7 000)

表2數(shù)據(jù)表明，水洗后織物表面電阻率略有增加，但與水洗前基本保持在同一數(shù)量級?？梢姵曊袷幭礈鞂椢锏膶?dǎo)電性影響不大，說明水洗后經(jīng)同質(zhì)導(dǎo)電漿料涂覆整理和溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶的聚酯織物表面的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)沒有被破壞。

除圖8(e)、(f)所示織物樣品在65 ℃作誘導(dǎo)結(jié)晶處理外，其余樣品僅作導(dǎo)電漿料涂覆處理。可以看出：在低的放大倍數(shù)下，超聲水洗后織物表面除附著的碳黑粒子數(shù)量略有減少(見圖8(a)、(b))，漿膜整體形態(tài)保持均勻完好；在高的放大倍數(shù)下，圖8(c)～(d)所示水洗后織物的表面層依然保持了原本的粗糙多孔結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。原因是織物表面的聚酯纖維與漿料中的聚酯大分子同質(zhì)同源，在同質(zhì)聚酯/碳黑雜化漿料處理的過程中，溶解在溶液中的聚酯大分子在基體聚酯織物表面均勻附著，在水浴中經(jīng)相轉(zhuǎn)化成膜固化后，大分子鏈之間在范德華力和分子間結(jié)晶及取向等因素的共同作用下，與基體織物的聚酯纖維渾然一體；同時，在溶劑的作用下，織物表面纖維發(fā)生局部的溶脹和溶解現(xiàn)象，聚酯大分子鏈段活動性增強(qiáng)，分子間距增大，在溶劑雙擴(kuò)散和聚酯大分子鏈段間范德華力的相互作用下，絕大部分納米碳黑粒子被聚酯大分子鏈纏繞包覆或進(jìn)入大分子鏈段間隙，與織物結(jié)合緊密，宏觀上表現(xiàn)為以埋入和嵌入的形式隨機(jī)地分布在聚酯膜層的內(nèi)部和表面，成為了織物表層的一部分，故具有極強(qiáng)的耐水性，超聲水洗12 h后依然具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

圖8(e)～(f)示出經(jīng)溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶構(gòu)造的織物疏水表面，其表面的粗糙結(jié)構(gòu)是由聚酯大分子結(jié)晶所產(chǎn)生的球晶、晶粒聚集體，雙擴(kuò)散產(chǎn)生的突起、凹陷與空洞及包覆、嵌入的納米碳黑粒子所構(gòu)成的，連接形式以范德華力和共價鍵為主，是織物的組成部分，結(jié)構(gòu)緊密牢固耐水洗，超聲水洗12 h后接觸角仍然高達(dá)140°以上，可見本文制備的導(dǎo)電疏水織物具有優(yōu)異的耐水洗性能。

3 結(jié) 論

1)基于同質(zhì)聚酯導(dǎo)電碳黑雜化漿料的相轉(zhuǎn)化濕法成膜機(jī)制及聚合物溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶的方法，制備了疏水導(dǎo)電聚酯織物，其表面形成了微觀多孔粗糙結(jié)構(gòu)，織物的導(dǎo)電性和疏水性與漿膜中納米碳黑顆粒和聚酯的含量密切相關(guān)。

2)漿料中聚酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%～12%，導(dǎo)電碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8%～10%時，經(jīng)上漿和60～90 s常溫溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶整理可得到導(dǎo)電性能良好、水接觸角大于140°的疏水導(dǎo)電織物。

3)高溫誘導(dǎo)結(jié)晶或甲基三氯硅烷修飾，有利于織物表面疏水性能的提高，水接觸角可達(dá)150°以上，具有超疏水的性能。

4)制備的織物樣品經(jīng)超聲水洗12 h后，依然具有良好的導(dǎo)電性和優(yōu)異的疏水性能。