羊毛表面改性对拒水拒油整理的作用及机理研究

2·3　表面改性对提高羊毛拒水拒油整理效果的作用机理研究

2·3·1　羊毛表面形态结构的SEM研究　　由羊毛的SEM图像(图3)清晰可见,未改性羊毛纤维表面虽然存在着瓦片状叠盖的鳞片,但每一鳞片表面光洁平整.经低温等离子体表面改性和特定化学改性后的羊毛鳞片表面则呈现纳米尺度(宽度方向)的沟槽和凹凸结构.这种纳米界面结构类似于荷叶表面的微结构形态.据近期纳米结构的理论研究[7]认为,由于在纳米尺寸低凹的微表面可以吸附气体分子并使其稳定附着,故在宏观织物表面上形成了一层稳定的气膜,使油或水不能与织物表面直接接触,从而使织物表面呈现超常的拒水拒油性能.这一宏观结果可以用经典的Wenzel[8]公式和CassieandBaxter[9]公式来解释.

Wenzel提出了液体在粗糙表面的接触角公式:

cosθ′=γcosθ                                   (1)

式中,θ为液体在该材料的光滑表面的接触角;θ′为液体在该材料的粗糙表面的接触角;γ为粗糙因子,定义为粗糙表面的实际面积与光滑表面的面积之比.

由于粗糙因子(γ)恒大于1,因而由式(1)可知,材料的粗糙度既使亲水性材料的亲水性增加,又使疏水性材料的疏水性增加.CassieandBaxter提出了描述液体在由固体和空气组成的材料表面的接触角θ′:

cosθ′=f1cosθ-f2                                 (2)

式中,f1为液体与固体的接触面积分数,f2则为液体与空气的接触面积分数.

由式(2)可知,当有空气陷在粗糙材料的低凹处时,液体在该材料表面的接触角增大.经低温等离子体表面改性和化学表面改性剂处理后,羊毛纤维表面形成了纳米尺度的沟槽和凹凸结构,根据Wenzel公式和CassieandBaxter公式,表面粗糙度的增加以及表面低凹部位空气的附着均能增加水滴和油滴在羊毛表面的接触角,故提高了羊毛拒水拒油整理的效果.同时,这种纳米尺度的沟槽和凹凸结构又可以使服用过程中污垢粒子与羊毛表面的接触面减小,有利于污垢的去除.

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