功能性超疏水织物的制备及其应用研究

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随着科学技术的不断发展,具有防水、防污、抗菌及导电等功能的新材料已成为当前研究的一大热点。另外,由于海洋污染问题的日益严重,利用简单高效的方法制备耐用型油水分离材料也受到人们的关注。超疏水表面凭借其优异的抗水性能,在防水抗污、油水分离、融冰及自清洁等领域获得了广泛的应用。目前,在织物表面构造超疏水涂层的方法存在着复杂耗时、制备条件苛刻以及常使用昂贵的含氟化合物等缺点,限制了其在实际生产生活中的应用。本论文通过简单易行的方法在织物表面引入纳米材料以构造粗糙度,然后对粗糙织物表面进行疏水化处理以降低其表面能,制备得到具有功能性的超疏水织物,并将其应用在油水分离、自清洁、抗菌、融冰及传感器等领域。本论文的主要研究内容和结果包括以下三个方面:(1)利用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)对氧化石墨烯(GO)进行化学接枝制得改性氧化石墨烯(mGO),并以端乙烯基聚二甲基硅氧烷(V-PDMS)为低表面能物质,采用浸涂-紫外固化法处理织物,使附着在织物表面的mGO与V-PDMS发生巯烯反应形成交联结构,制备得到石墨烯基超疏水织物。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析仪(TGA)测试手段证实了GO的成功改性。借助扫描电镜(SEM)、接触角测量仪(WCA)和原子力显微镜(AFM)研究了mGO与V-PDMS的质量比对织物表面形貌和浸润性的影响。结果表明,随着二者质量比的增加,织物表面的粗糙度显著增加,其接触角先增加后略有降低,当质量比为0.25时,织物的接触角达到157°。此外,石墨烯基超疏水织物还具有优良的热稳定性和化学稳定性,并可成功应用于油水分离领域,展现出高分离效率和良好的循环使用性。(2)利用多巴胺(DPA)的氧化自聚反应对织物进行预处理,采用原位生成法在织物表面生成银粒子以构造粗糙结构,通过正十二硫醇(HS(CH211CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH210COOH)的乙醇混合溶液对织物进行疏水化处理,制备得到具有pH响应性的超疏水织物。XPS、SEM和AFM测试证实了聚多巴胺、银粒子和硫醇混合物均成功修饰在织物的表面。随着正十二硫醇在混合硫醇溶液中的摩尔比的提高,织物表面的接触角逐渐增大。当摩尔比为0.7时,所制备的织物在酸性和中性条件下表现为超疏水性,而在碱性条件下则表现为超亲水性。该pH响应性超疏水织物具有独特的双向油水分离能力,油水分离效率高且可循环使用性优良。此外,银颗粒的存在还赋予了织物良好的抗菌功能。(3)将织物首先浸泡在多元醇法合成的银纳米线(AgNWs)溶液中,取出烘干后浸泡在聚二甲基硅氧烷的己烷溶液中,经高温固化后制备得到导电超疏水织物。采用SEM、紫外可见光光谱仪(UV-vis)和X射线衍射仪(XRD)测试证实AgNWs的成功合成,借助SEM和FT-IR证实了AgNWs和聚二甲基硅氧烷均成功地修饰在织物的表面。通过对织物的表面形貌、浸润性和导电性进行研究,发现随着浸泡AgNWs溶液次数的增加,织物表面的粗糙度逐渐增加,其疏水性和导电性均显著增加。导电超疏水织物不仅可应用于油水混合物的高效分离,而且还可应用于融冰和压阻传感领域。
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