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涤纶织物表面微纳结构构建及其疏水性能研究

刘成志  
【摘要】:超疏水纺织品以其优异的自清洁、易去污、油水分离等性能受到社会广泛关注,探究超疏水纺织品的制备技术有巨大的应用价值和研究意义。近年来,磁控溅射技术在纺织基材表面得到了广泛应用,通过磁控溅射能够在纺织品表面沉积具有各种功能性的材料,从而实现纺织品的功能化。本文采用磁控溅射技术与疏水整理相结合,在织物表面构造微纳二级粗糙结构,制得超疏水纺织品。论文首先从微米角度对涤纶织物疏水机理进行研究,选用不同规格涤纶织物,采用短时间射频磁控溅射聚四氟乙烯(PTFE)靶材和功能整理两种工艺,对其进行疏水化处理,通过处理后织物的SEM分析,发现在短时间溅射PTFE织物表面可观察到不规则的颗粒、团聚或不连续的薄膜,而疏水整理后织物表面相对光滑;对比不同织物的疏水性能,优选出疏水效果较好的两种涤纶织物,其特征为经纬密度较高,单丝直径、经纬向复丝直径、经纬向浮长较小,织物表面结构在微米尺度方面,更接近于小蓝闪蝶翅膀的鳞片状周期性的层次结构。进一步对涤纶织物采用碱减量与汽蒸刻蚀两种方法进行微米级粗糙化处理后,发现粗糙处理对疏水效果有提升作用,得出采用碱减量处理较为合适,最优碱减量浓度应控制在15g/L左右。进一步从纳米角度对涤纶织物疏水机理进行研究,通过对短时间溅射PTFE工艺中各溅射参数对疏水效果的影响进行正交分析,得出溅射功率和溅射压强的改变对疏水性能影响较大,而溅射时间的增加对疏水性能影响不大。由于溅射PTFE在织物表面构造的纳米粗糙结构分布不均匀,并且溅射PTFE后织物表面能较低导致整理剂分子难以附着在织物表面,对短时间溅射PTFE后织物进行疏水整理发现疏水性能略有下降,因此选用表面能高、性能较好的Ti O_2靶材构造纳米粗糙结构,通过分析得出较优溅射参数:溅射功率120W,溅射压强1.0Pa,溅射时间5min,此时溅射Ti O_2织物疏水整理后接触角能达到146.69°。最后结合微纳米分析结果,对涤纶织物依次进行预处理、15g/L碱减量处理、短时间溅射Ti O_2、疏水整理后制得超疏水涤纶织物,测得静态接触角达到153.30°,滚动角9°;SEM分析得出超疏水织物存在相对均匀、稳定的纳米级粗糙结构;AFM分析得出超疏水织物纳米级粗糙度Rq=52.8nm,Ra=46.6nm;XPS分析得出C1s、O1s、F1s、Ti2p的结合能峰;EDS分析得出各元素含量约为:C(83%)、O(13%)、F(1%)、Ti(3%);测试表明该超疏水织物还保留较好力学性能并具有良好的耐洗性能。


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