介孔硅纳米球制备自修复疏水棉织物

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在日常生活和工农业生产中,固体材料表面性能的破坏和损耗很大程度上是由于液体的参与,如流动摩擦、腐蚀、结垢和生物附着等。因此如何有效的减少固液接触在实际生产中具有重要意义。超疏水表面由于其低表面能,能有效的减少固液之间的接触,具有优异的自清洁和防粘性能。但是人造的超疏水表面在使用过程中,由于外界环境的污染、机械力的破坏等,其性能难以维持长期的有效性。因此制备表面形态稳定,具有持续疏水性能的表面具有广阔的应用前景。制备自修复的超疏水表面主要有两种方法:一是基于在粗糙多孔材料孔隙内填充疏水性物质;二是建立在界面上的疏水性胶体粒子的自组织。介孔硅纳米粒子具有高比表面积、高负载、良好的机械及热稳定性,毒性小,优良的生物相容性等特点,适用于纺织疏水整理方面。本文主要是利用多巴胺易于在碱性条件下氧化生成醌键,然后易于带有氨基的物质反应产生烷基疏水物质的性质,选用介孔纳米颗粒负载疏水性物质十八胺(ODA),并在该粒子表面包覆多巴胺薄膜,保护内部ODA的同时,提供反应层,保证疏水性能的自修复。然后将制备的疏水纳米粒子修饰到棉织物上,制备具有自修复能力的疏水织物。在疏水表面遭到机械等损伤后,自由的ODA能通过MSN的孔道向外释放,再次与多巴胺薄膜反应,生成疏水表面,使织物疏水效果的得到很好的修复。研究的具体内容如下:(1)合成了两种介孔硅纳米粒子。利用溶胶-凝胶法合成介孔二氧化硅纳米粒子(MSN),采用透射扫描电镜(TEM),小角X射线衍射(XRD)等对其表征,可观察到MSN具有清晰的孔道结构,孔径为3.27nm;采用实心二氧化硅为模板,碳酸钠选择性刻蚀,制备中空介孔二氧化硅(HMS),通过TEM及XRD表征,可以看到在HMS具有竖直孔道结构,孔径为3.7nm。(2)选用上述合成的两种介孔纳米粒子负载疏水物质,制备疏水纳米粒子。选用上述合成的两种介孔纳米粒子,负载疏水性物质十八胺(ODA),并包覆聚多巴胺薄膜,保护内部ODA的同时,提供反应层,保证疏水性能的自修复。利用TEM表征多巴胺的包覆情况。并将制备好的疏水纳米粒子喷涂到硅片上,制备疏水涂层,选用接触角来表征该涂层的疏水性质及耐酸碱的性质,发现涂层接触角可达到140°以上,且具有较好的耐酸碱性。(3)疏水粒子快速喷涂到织物上获得自修复的疏水棉织物。将上述制备的疏水纳米粒子喷涂到棉织物上,得到超疏水的棉织物。MSN修饰的棉织物接触角可达153.2°,HMS修饰的棉织物接触角可达到155.7°;利用等离子刻蚀仪在5Pa气压下,选用100W功率,对整理后的织物刻蚀1min,经过5次刻蚀后,HMS织物具有良好的疏水性能的自修复;而MSN表面的恢复速率较慢,这与修饰后织物表面不同的微观结构有关。
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