基于水基無氟方法制備單向?qū)椢镅芯?/h1>
2024-07-10 10:37:25符思達(dá)盧春丹湯泉泉曹麗霞張剛劉艷梅劉洪濤
符思達(dá) 盧春丹 湯泉泉 曹麗霞 張剛 劉艷梅 劉洪濤
摘 要：?jiǎn)蜗驅(qū)椢镌谖鼭衽藕狗?、土壤穩(wěn)定、水資源管理、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但是目前制備單向?qū)椢锿褂糜袡C(jī)溶劑和含氟化學(xué)品，對(duì)環(huán)境、人體健康等造成危害。本文基于水基無氟方法制備單向?qū)椢铮葘?duì)織物進(jìn)行聚多巴胺涂層處理，然后將十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物通過靜電紡絲的方法噴涂在聚多巴胺修飾的織物單面，形成防水的單面。由于沒有噴涂的一面保持超親水的特性，織物就形成了從超親水到超疏水的梯度結(jié)構(gòu)，從而具有單向?qū)男再|(zhì)。此制備方法安全環(huán)保，具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：水基；無氟；單向?qū)?；織?/p>
中圖分類號(hào)：TS190.8? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-2346（2024）02-0001-04
Study on the Preparation of Directional Water Transport Fabrics Basedon Waterborne Fluoride-Free Method
FU Sida1，2，3? ? LU Chundan2? ? TANG Quanquan2? ? CAO Lixia2? ? ZHANG G
ang? ? LIU Yanmei2? ? LIU Hongtao1
（1.School of Chemical Engineering & Technology，China University of Mining and Technology，Xuzhou， Jiangsu 221000，China;2.Zhejiang Meixinda Textile Printing and Dyeing Technology Co.，Ltd.，Huzhou， Zhejiang 313000，China;3.China-Australia Institute for Advanced Materials and Manufacturing，Jiaxing University，Jiaxing，Zhejiang 314000，China）
Abstract： Directional water transport fabrics have found extensive applications in various fields such as moisture-wicking clothing，soil stabilization，water resource management，agriculture，environmental protection，etc. However，the current manufacturing process of directional water transport fabrics often involves the use of organic solvents and fluorinated chemicals，posing hazards to the environment and human health.This paper introduces a waterborne，fluorine-free approach for producing directional water transport fabrics.The fabric is initially treatedwith a polydopamine coating，followed by the application of hexadecyltrimethoxysilane hydrolysis products using electrospinning on one side of the polydopamine-modified fabric，creating a water-resistant surface.Since the untreated side retains its superhydrophilic properties，the fabric forms a gradient structure ranging from superhydrophilic to superhydrophobic，thereby exhibiting directional water transport property.The preparation method is safe and environmentally friendly，and has wide application prospects.
Key words： waterborne;fluoride-free;directional water transport;fabric
單向?qū)椢锸且环N新型材料，它在吸濕排汗服裝、現(xiàn)代工程、建筑、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用[1-3]。單向?qū)椢?，通常由聚合物纖維制成，一側(cè)具有透水性，另一側(cè)防水或防滲透。這種特殊結(jié)構(gòu)使得水分能夠單向滲透，從而有效地控制液體的流動(dòng)。單向?qū)椢锿ǔ＞哂幸韵绿攸c(diǎn)：（1）單向?qū)椢锏暮诵奶匦允亲吭降膯蜗蛲杆阅躘4]。這使得它們?cè)谒挚刂?、排水和過濾應(yīng)用中非常有效。（2）單向?qū)椢锞哂休^好的防水性能，可以有效地阻擋水的滲透。這使得它在一些防水工程中能夠被用于隔離不同水體或阻止地下水的滲透。（3）單向?qū)椢锿ǔ＞哂凶銐虻膹?qiáng)度和穩(wěn)定性，以承受土壤或水的壓力，同時(shí)防止土壤侵蝕和結(jié)構(gòu)損壞[5]。（4）單向?qū)椢锿ǔＤ軌虻钟瘜W(xué)物質(zhì)、微生物和紫外線的腐蝕，保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性[6]。（5）多數(shù)單向?qū)椢镏圃觳牧鲜强苫厥盏模兄跍p少環(huán)境負(fù)擔(dān)[7]?？傊?，單向?qū)椢锸且环N新型面料，以卓越的單向透水性能和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿γ摲f而出。在應(yīng)對(duì)水資源管理、土壤保護(hù)和環(huán)境保護(hù)等挑戰(zhàn)方面，它為我們提供了一種強(qiáng)大的工具，有望在未來發(fā)揮重要作用。
目前單向?qū)椢锏闹苽溥^程中存在兩個(gè)問題難以克服：（1）使用含氟的化學(xué)品作為防水一面的涂層材料。含氟化學(xué)品在許多工業(yè)和消費(fèi)品中使用廣泛。然而，含氟化學(xué)品可以引起環(huán)境和健康方面的危害。環(huán)境危害，含氟化合物具有生物富集的性質(zhì)，這意味著它們可以在環(huán)境中積聚，并在生物體內(nèi)累積，從而引起生態(tài)系統(tǒng)的潛在問題。含氟化學(xué)品可以滲透到地下水和土壤中，并引發(fā)污染問題。例如，全氟化合物（PFAS）已被發(fā)現(xiàn)在地下水中，引起了嚴(yán)重的污染問題[8]。健康危害，含氟化合物與多種健康問題相關(guān)，包括癌癥、免疫系統(tǒng)損害、生殖問題和肝臟損傷。高濃度的含氟化合物可以導(dǎo)致急性中毒癥狀，如嘔吐、腹瀉、中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制和代謝紊亂。含氟化合物的釋放和積聚可能對(duì)動(dòng)植物造成危害，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，威脅生物多樣性[9]。（2）使用有機(jī)溶劑來制備單向?qū)椢?。有機(jī)溶劑的使用可以引起一些潛在的危害，主要涉及環(huán)境污染和工作場(chǎng)所健康風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)溶劑的使用可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的釋放，這些化合物在大氣中揮發(fā)后可以與其他污染物反應(yīng)，形成臭氧和細(xì)顆粒物，從而導(dǎo)致大氣污染[10]。有機(jī)溶劑未經(jīng)適當(dāng)處理，它們可能被排放到水體中，導(dǎo)致水污染。這可能對(duì)水生生物和水體生態(tài)系統(tǒng)造成危害。有機(jī)溶劑通常具有揮發(fā)性，可以在工作場(chǎng)所的空氣中揮發(fā)，工作人員可能會(huì)吸入這些化合物。長(zhǎng)期暴露于高濃度的有機(jī)溶劑環(huán)境中可能導(dǎo)致健康問題，包括頭痛、眼睛和呼吸道刺激、神經(jīng)系統(tǒng)損傷和免疫系統(tǒng)問題。許多有機(jī)溶劑具有易燃性，如果不適當(dāng)處理或儲(chǔ)存，可能導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)[11]。使用大量有機(jī)溶劑可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)，并對(duì)可持續(xù)性造成挑戰(zhàn)。廢棄的有機(jī)溶劑可能需要特殊處理或處置，這可能對(duì)環(huán)境造成額外的負(fù)擔(dān)。
綜上所述，使用水基無氟的方法來制備單向?qū)椢镲@得非常迫切。多巴胺在微堿性水溶液中可以自發(fā)聚合形成聚多巴胺，聚多巴胺涂層具有非常好的親水性質(zhì)，經(jīng)常用來對(duì)材料表面進(jìn)行親水修飾改性。同時(shí)，聚多巴胺涂層中具有大量的活性基團(tuán)，可以與幾乎所有的物質(zhì)形成化學(xué)鍵和非化學(xué)鍵，被稱為“萬能膠粘劑”。本文先對(duì)織物進(jìn)行聚多巴胺涂層的修飾，使織物形成超親水的性質(zhì)，同時(shí)為后續(xù)的單側(cè)超疏水涂層修飾提供平臺(tái)。將十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物通過靜電紡絲的方法噴涂在聚多巴胺修飾的織物單側(cè)，形成防水的單面。由于沒有噴涂的一面保持超親水的特性，織物就形成了從超親水到超疏水的梯度結(jié)構(gòu)，從而具有單向?qū)男再|(zhì)。
1? ? 實(shí)驗(yàn)原料
鹽酸多巴胺、十六烷基三甲氧基硅烷、氨水（28%）、鹽酸（37%），購買于阿拉丁試劑公司。滌綸布料購買于湖州本地面料商店。
2? ? 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
使用接觸角測(cè)量?jī)x（KSV Model CAM 101）測(cè)量接觸角。在掃描電子顯微鏡（SEM、Zeiss Supra 55VP）上觀察織物的表面形態(tài)。傅里葉變換紅外光譜（FTIR），光譜是在Burker Vertex 70 FTIR光譜儀上以衰減全反射（ATR模式）獲得。透氣性測(cè)試通過透氣性測(cè)試儀（FX 3300透氣性測(cè)試儀III，Textest AG-質(zhì)量控制測(cè)試儀器，瑞士蘇黎世）根據(jù)BS 5'636（英國(guó)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。
3? ? 制備方法
（1）滌綸織物浸泡在4%的多巴胺溶液中（pH值8.5，用氨水調(diào)節(jié)）1分鐘，然后放置在室溫下過夜晾干。（2）配制2%的十六烷基三甲氧基硅烷水溶液，pH值調(diào)節(jié)至2（用鹽酸調(diào)節(jié)），然后室溫下攪拌1小時(shí)，形成均勻的十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物。（3）十六烷基三甲氧基硅烷水解物加入到50毫升的注射器中（針頭型號(hào)為21G，內(nèi)徑0.8毫米），將注射器裝入靜電紡絲裝置中，設(shè)置的速率為10毫升/小時(shí)，電壓為20千伏的直流電，針頭距離布料的距離為5厘米。目標(biāo)織物附著在一個(gè)鋁制旋轉(zhuǎn)滾筒上（長(zhǎng)度為41厘米，直徑10.5厘米，轉(zhuǎn)速2.5轉(zhuǎn)/分鐘）。噴涂1分鐘后，織物放置入烘箱130度加熱30分鐘，單向?qū)椢锞椭苽渫瓿伞?/p>
4? ? 結(jié)果與討論
文獻(xiàn)中的聚多巴胺處理方法是將基質(zhì)浸泡入多巴胺的堿性溶液中較長(zhǎng)時(shí)間，通常為12小時(shí)以上。這樣處理的缺點(diǎn)是基質(zhì)上聚多巴胺涂層太厚并且不均勻。此文中采用新穎的方法進(jìn)行聚多巴胺改性，僅僅將待處理的織物浸泡在多巴胺水溶液中1分鐘，然后在空氣中晾置。由于織物是多孔結(jié)構(gòu)，可以吸收一定量的多巴胺水溶液包圍在每根纖維表面。在水分揮發(fā)的過程中，聚多巴胺涂層已經(jīng)形成在纖維表面。從圖1可以看出，制備的樣品涂層均勻，為后續(xù)處理提供了較好的平臺(tái)。
圖2為聚多巴胺處理前后的織物紫外可見光譜圖，從圖中可以看出，處理后的織物不僅在紫外區(qū)，而且在可見光區(qū)都具有較低的透射率。說明織物在聚多巴胺處理后具有紫外光和可見光屏蔽的效果，這種優(yōu)異的性質(zhì)可以提高改性后的織物在日光照射環(huán)境中的穩(wěn)定性，為織物進(jìn)一步的應(yīng)用提供了很好的前景。
從紅外光譜圖3中可以發(fā)現(xiàn)，處理后的光譜圖在 1560厘米-1處的峰明顯增強(qiáng)，此處是NH2-基團(tuán)伸縮振動(dòng)引起的，說明聚多巴胺涂層已經(jīng)修飾在織物上。NH2-基團(tuán)具有優(yōu)異的親水效果，也同時(shí)說明改性后的織物具有優(yōu)異的超親水性質(zhì)。
利用靜電紡絲的方法，對(duì)聚多巴胺處理后的織物進(jìn)行單向噴涂一層十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層，可以形成單向?qū)椢?。圖4 a是沒有噴涂十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的一面，當(dāng)水滴滴在表面后，織物展現(xiàn)出超親水性質(zhì)，水滴很快在表面鋪展開。b是噴涂十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的一面，當(dāng)水滴滴在表面后，水滴會(huì)透過織物，從超疏水的一面透到超親水的一面，實(shí)現(xiàn)了單向?qū)墓δ堋?/p>
使用靜電紡絲機(jī)對(duì)聚多巴胺處理后的織物進(jìn)行單向噴涂后，觀察掃描電鏡圖。圖5 a中纖維表面光滑，是原始的樣品。b中有一些小的粗糙顆粒，是聚多巴胺涂層處理后造成的。c中纖維的粗糙度明顯提高，是由于又涂敷了一層十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層。從掃描電鏡圖中可以發(fā)現(xiàn)，聚多巴胺涂層和十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層都已經(jīng)修飾在纖維表面。
為了探討十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的厚度對(duì)形成從超親水到超疏水的梯度結(jié)構(gòu)的影響，我們對(duì)比了不同噴涂時(shí)間的織物潤(rùn)濕性質(zhì)。從表1可以看出，噴涂20秒后，噴涂側(cè)的潤(rùn)濕性從超親水變成親水，不能形成單向?qū)荻冉Y(jié)構(gòu)。噴涂40秒至80秒后，可以形成單向?qū)再|(zhì)。噴涂120秒后，整個(gè)織物都被十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物滲透，形成了超疏水織物。
織物的透氣性是重要的性質(zhì)之一，對(duì)單向?qū)幚砬昂蟮臉悠愤M(jìn)行透氣性實(shí)驗(yàn)，從圖6可以發(fā)現(xiàn)，相比于處理前，單向?qū)椢锾幚砗蟮耐笟庑灾皇锹晕⒂幸稽c(diǎn)下降，并不影響實(shí)際的應(yīng)用。
5? ? 結(jié)論
單向?qū)椢镆蚱鋸V泛的應(yīng)用前景受到了較多的關(guān)注。本文克服了目前制備過程中使用有機(jī)溶劑和含氟化學(xué)品的缺點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了水基無氟方法制備單向?qū)椢铩Ｖ苽涞臉悠肪哂芯鶆虻耐繉油庥^和優(yōu)異的單向?qū)Ч?，同時(shí)沒有影響織物的透氣性。這種安全環(huán)保的制備方法為單向?qū)椢锏拇笠?guī)模應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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基金項(xiàng)目：中國(guó)博士后科學(xué)基金第73批面上資助（2023M733741）
第一作者簡(jiǎn)介：符思達(dá)，男，講師，博士。研究方向：多功能超潤(rùn)濕材料
通訊作者：劉洪濤，男，教授，博士。研究方向：超浸潤(rùn)材料，耐磨材料，生物摩擦學(xué)及納米材料
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Key words： waterborne;fluoride-free;directional water transport;fabric
單向?qū)椢锸且环N新型材料，它在吸濕排汗服裝、現(xiàn)代工程、建筑、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用[1-3]。單向?qū)椢?，通常由聚合物纖維制成，一側(cè)具有透水性，另一側(cè)防水或防滲透。這種特殊結(jié)構(gòu)使得水分能夠單向滲透，從而有效地控制液體的流動(dòng)。單向?qū)椢锿ǔ＞哂幸韵绿攸c(diǎn)：（1）單向?qū)椢锏暮诵奶匦允亲吭降膯蜗蛲杆阅躘4]。這使得它們?cè)谒挚刂?、排水和過濾應(yīng)用中非常有效。（2）單向?qū)椢锞哂休^好的防水性能，可以有效地阻擋水的滲透。這使得它在一些防水工程中能夠被用于隔離不同水體或阻止地下水的滲透。（3）單向?qū)椢锿ǔ＞哂凶銐虻膹?qiáng)度和穩(wěn)定性，以承受土壤或水的壓力，同時(shí)防止土壤侵蝕和結(jié)構(gòu)損壞[5]。（4）單向?qū)椢锿ǔＤ軌虻钟瘜W(xué)物質(zhì)、微生物和紫外線的腐蝕，保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性[6]。（5）多數(shù)單向?qū)椢镏圃觳牧鲜强苫厥盏模兄跍p少環(huán)境負(fù)擔(dān)[7]?？傊?，單向?qū)椢锸且环N新型面料，以卓越的單向透水性能和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿γ摲f而出。在應(yīng)對(duì)水資源管理、土壤保護(hù)和環(huán)境保護(hù)等挑戰(zhàn)方面，它為我們提供了一種強(qiáng)大的工具，有望在未來發(fā)揮重要作用。
目前單向?qū)椢锏闹苽溥^程中存在兩個(gè)問題難以克服：（1）使用含氟的化學(xué)品作為防水一面的涂層材料。含氟化學(xué)品在許多工業(yè)和消費(fèi)品中使用廣泛。然而，含氟化學(xué)品可以引起環(huán)境和健康方面的危害。環(huán)境危害，含氟化合物具有生物富集的性質(zhì)，這意味著它們可以在環(huán)境中積聚，并在生物體內(nèi)累積，從而引起生態(tài)系統(tǒng)的潛在問題。含氟化學(xué)品可以滲透到地下水和土壤中，并引發(fā)污染問題。例如，全氟化合物（PFAS）已被發(fā)現(xiàn)在地下水中，引起了嚴(yán)重的污染問題[8]。健康危害，含氟化合物與多種健康問題相關(guān)，包括癌癥、免疫系統(tǒng)損害、生殖問題和肝臟損傷。高濃度的含氟化合物可以導(dǎo)致急性中毒癥狀，如嘔吐、腹瀉、中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制和代謝紊亂。含氟化合物的釋放和積聚可能對(duì)動(dòng)植物造成危害，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，威脅生物多樣性[9]。（2）使用有機(jī)溶劑來制備單向?qū)椢?。有機(jī)溶劑的使用可以引起一些潛在的危害，主要涉及環(huán)境污染和工作場(chǎng)所健康風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)溶劑的使用可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的釋放，這些化合物在大氣中揮發(fā)后可以與其他污染物反應(yīng)，形成臭氧和細(xì)顆粒物，從而導(dǎo)致大氣污染[10]。有機(jī)溶劑未經(jīng)適當(dāng)處理，它們可能被排放到水體中，導(dǎo)致水污染。這可能對(duì)水生生物和水體生態(tài)系統(tǒng)造成危害。有機(jī)溶劑通常具有揮發(fā)性，可以在工作場(chǎng)所的空氣中揮發(fā)，工作人員可能會(huì)吸入這些化合物。長(zhǎng)期暴露于高濃度的有機(jī)溶劑環(huán)境中可能導(dǎo)致健康問題，包括頭痛、眼睛和呼吸道刺激、神經(jīng)系統(tǒng)損傷和免疫系統(tǒng)問題。許多有機(jī)溶劑具有易燃性，如果不適當(dāng)處理或儲(chǔ)存，可能導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)[11]。使用大量有機(jī)溶劑可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)，并對(duì)可持續(xù)性造成挑戰(zhàn)。廢棄的有機(jī)溶劑可能需要特殊處理或處置，這可能對(duì)環(huán)境造成額外的負(fù)擔(dān)。
綜上所述，使用水基無氟的方法來制備單向?qū)椢镲@得非常迫切。多巴胺在微堿性水溶液中可以自發(fā)聚合形成聚多巴胺，聚多巴胺涂層具有非常好的親水性質(zhì)，經(jīng)常用來對(duì)材料表面進(jìn)行親水修飾改性。同時(shí)，聚多巴胺涂層中具有大量的活性基團(tuán)，可以與幾乎所有的物質(zhì)形成化學(xué)鍵和非化學(xué)鍵，被稱為“萬能膠粘劑”。本文先對(duì)織物進(jìn)行聚多巴胺涂層的修飾，使織物形成超親水的性質(zhì)，同時(shí)為后續(xù)的單側(cè)超疏水涂層修飾提供平臺(tái)。將十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物通過靜電紡絲的方法噴涂在聚多巴胺修飾的織物單側(cè)，形成防水的單面。由于沒有噴涂的一面保持超親水的特性，織物就形成了從超親水到超疏水的梯度結(jié)構(gòu)，從而具有單向?qū)男再|(zhì)。
1? ? 實(shí)驗(yàn)原料
鹽酸多巴胺、十六烷基三甲氧基硅烷、氨水（28%）、鹽酸（37%），購買于阿拉丁試劑公司。滌綸布料購買于湖州本地面料商店。
2? ? 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
使用接觸角測(cè)量?jī)x（KSV Model CAM 101）測(cè)量接觸角。在掃描電子顯微鏡（SEM、Zeiss Supra 55VP）上觀察織物的表面形態(tài)。傅里葉變換紅外光譜（FTIR），光譜是在Burker Vertex 70 FTIR光譜儀上以衰減全反射（ATR模式）獲得。透氣性測(cè)試通過透氣性測(cè)試儀（FX 3300透氣性測(cè)試儀III，Textest AG-質(zhì)量控制測(cè)試儀器，瑞士蘇黎世）根據(jù)BS 5'636（英國(guó)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。
3? ? 制備方法
（1）滌綸織物浸泡在4%的多巴胺溶液中（pH值8.5，用氨水調(diào)節(jié)）1分鐘，然后放置在室溫下過夜晾干。（2）配制2%的十六烷基三甲氧基硅烷水溶液，pH值調(diào)節(jié)至2（用鹽酸調(diào)節(jié)），然后室溫下攪拌1小時(shí)，形成均勻的十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物。（3）十六烷基三甲氧基硅烷水解物加入到50毫升的注射器中（針頭型號(hào)為21G，內(nèi)徑0.8毫米），將注射器裝入靜電紡絲裝置中，設(shè)置的速率為10毫升/小時(shí)，電壓為20千伏的直流電，針頭距離布料的距離為5厘米。目標(biāo)織物附著在一個(gè)鋁制旋轉(zhuǎn)滾筒上（長(zhǎng)度為41厘米，直徑10.5厘米，轉(zhuǎn)速2.5轉(zhuǎn)/分鐘）。噴涂1分鐘后，織物放置入烘箱130度加熱30分鐘，單向?qū)椢锞椭苽渫瓿伞?/p>
4? ? 結(jié)果與討論
文獻(xiàn)中的聚多巴胺處理方法是將基質(zhì)浸泡入多巴胺的堿性溶液中較長(zhǎng)時(shí)間，通常為12小時(shí)以上。這樣處理的缺點(diǎn)是基質(zhì)上聚多巴胺涂層太厚并且不均勻。此文中采用新穎的方法進(jìn)行聚多巴胺改性，僅僅將待處理的織物浸泡在多巴胺水溶液中1分鐘，然后在空氣中晾置。由于織物是多孔結(jié)構(gòu)，可以吸收一定量的多巴胺水溶液包圍在每根纖維表面。在水分揮發(fā)的過程中，聚多巴胺涂層已經(jīng)形成在纖維表面。從圖1可以看出，制備的樣品涂層均勻，為后續(xù)處理提供了較好的平臺(tái)。
圖2為聚多巴胺處理前后的織物紫外可見光譜圖，從圖中可以看出，處理后的織物不僅在紫外區(qū)，而且在可見光區(qū)都具有較低的透射率。說明織物在聚多巴胺處理后具有紫外光和可見光屏蔽的效果，這種優(yōu)異的性質(zhì)可以提高改性后的織物在日光照射環(huán)境中的穩(wěn)定性，為織物進(jìn)一步的應(yīng)用提供了很好的前景。
從紅外光譜圖3中可以發(fā)現(xiàn)，處理后的光譜圖在 1560厘米-1處的峰明顯增強(qiáng)，此處是NH2-基團(tuán)伸縮振動(dòng)引起的，說明聚多巴胺涂層已經(jīng)修飾在織物上。NH2-基團(tuán)具有優(yōu)異的親水效果，也同時(shí)說明改性后的織物具有優(yōu)異的超親水性質(zhì)。
利用靜電紡絲的方法，對(duì)聚多巴胺處理后的織物進(jìn)行單向噴涂一層十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層，可以形成單向?qū)椢?。圖4 a是沒有噴涂十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的一面，當(dāng)水滴滴在表面后，織物展現(xiàn)出超親水性質(zhì)，水滴很快在表面鋪展開。b是噴涂十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的一面，當(dāng)水滴滴在表面后，水滴會(huì)透過織物，從超疏水的一面透到超親水的一面，實(shí)現(xiàn)了單向?qū)墓δ堋?/p>
使用靜電紡絲機(jī)對(duì)聚多巴胺處理后的織物進(jìn)行單向噴涂后，觀察掃描電鏡圖。圖5 a中纖維表面光滑，是原始的樣品。b中有一些小的粗糙顆粒，是聚多巴胺涂層處理后造成的。c中纖維的粗糙度明顯提高，是由于又涂敷了一層十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層。從掃描電鏡圖中可以發(fā)現(xiàn)，聚多巴胺涂層和十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層都已經(jīng)修飾在纖維表面。
為了探討十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物涂層的厚度對(duì)形成從超親水到超疏水的梯度結(jié)構(gòu)的影響，我們對(duì)比了不同噴涂時(shí)間的織物潤(rùn)濕性質(zhì)。從表1可以看出，噴涂20秒后，噴涂側(cè)的潤(rùn)濕性從超親水變成親水，不能形成單向?qū)荻冉Y(jié)構(gòu)。噴涂40秒至80秒后，可以形成單向?qū)再|(zhì)。噴涂120秒后，整個(gè)織物都被十六烷基三甲氧基硅烷水解產(chǎn)物滲透，形成了超疏水織物。
織物的透氣性是重要的性質(zhì)之一，對(duì)單向?qū)幚砬昂蟮臉悠愤M(jìn)行透氣性實(shí)驗(yàn)，從圖6可以發(fā)現(xiàn)，相比于處理前，單向?qū)椢锾幚砗蟮耐笟庑灾皇锹晕⒂幸稽c(diǎn)下降，并不影響實(shí)際的應(yīng)用。
5? ? 結(jié)論
單向?qū)椢镆蚱鋸V泛的應(yīng)用前景受到了較多的關(guān)注。本文克服了目前制備過程中使用有機(jī)溶劑和含氟化學(xué)品的缺點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了水基無氟方法制備單向?qū)椢铩Ｖ苽涞臉悠肪哂芯鶆虻耐繉油庥^和優(yōu)異的單向?qū)Ч?，同時(shí)沒有影響織物的透氣性。這種安全環(huán)保的制備方法為單向?qū)椢锏拇笠?guī)模應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
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基金項(xiàng)目：中國(guó)博士后科學(xué)基金第73批面上資助（2023M733741）
第一作者簡(jiǎn)介：符思達(dá)，男，講師，博士。研究方向：多功能超潤(rùn)濕材料
通訊作者：劉洪濤，男，教授，博士。研究方向：超浸潤(rùn)材料，耐磨材料，生物摩擦學(xué)及納米材料
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