2.2烷烃硅氧烷结构对接触角的影响
分别采用辛基三甲氧基硅烷(C8)、十二烷基三甲氧基硅烷(C12)以及十六烷基三甲氧基硅烷(C16)等不同碳链长度的硅氧烷,作为低表面张力物质来赋予织物拒水性能.将未经整理和经过上述二氧化硅溶胶整理的棉及涤纶织物分别浸渍在2%的烷烃水解液中,通过自组装方式[8-10]赋予织物拒水效果,其接触角变化见图2.
用接触角直观评价拒水性的大小.天然棉布具有超亲水性,接触角为0°,未经任何整理的空白涤纶试样不具有拒水性,测试条件下接触角也为0°;仅经二氧化硅溶胶整理后的布样,由于二氧化硅粒子表面存在孤立、连生和双生等不同状态的亲水性羟基,接触角也为0°.
从图2可以看出,未经二氧化硅溶胶整理的棉织物浸渍2%C8的水解液后,水滴在60s内逐渐被织物吸收,而未经二氧化硅溶胶整理的涤纶织物浸渍2%C8的水解液后,其表面与水滴的接触角为127°,原因是涤纶织物的织造结构比棉织物紧密,更有利于形成拒水表面;在浸渍不同碳链长度硅氧烷后,经过二氧化硅溶胶整理织物的接触角均比未经溶胶整理的大,原因是经过二氧化硅溶胶整理后,涤纶织物表面的粗糙度得到了提高,从而导致了拒水效果的提升.该结论同Wenzel[11]、Cassie和Baxter[12]等人建立的疏水表面粗糙度和接触角之间的关系相一致;随着烷烃硅氧烷碳链长度的增加,织物与水的接触角增大,拒水效果增加,原因是烷烃碳链长度越长,越容易屏蔽亲水性基团,表现出较好的疏水性.[13]
2.3烷烃硅氧烷用量对接触角的影响
长链烷烃硅氧烷水解液的用量会直接影响涤纶织物的拒水效果,因此,将经二氧化硅溶胶整理后的织物浸渍在不同用量的硅氧烷水解液中,测试其对接触角的影响,结果如图3、4所示。
图3、4表明,尽管使用的硅氧烷碳链长度和织物不一样,但织物与水滴的接触角变化趋势相似.当硅氧烷用量为0.5%时,织物就有一定的拒水效果,之后随着用量的增加,接触角变化较为缓和,达3%~4%时,接触角变化不明显.当C16水解液的用量为3%时,棉织物与水的接触角为155°,达到了超疏水效果.而同样的实验条件下涤纶织物与水的接触角则为143°.原因是未经整理棉织物的表面比涤纶织物粗糙,有利于拒水效果的提升.
2.4织物表面形态变化
通过扫描电子显微镜观察经二氧化硅溶胶整理前后的棉织物和涤纶表面,结果见图5、6.其中图5a和6a为整理前的织物表面,图5b和6b为二氧化硅溶胶整理后的表面.
从图5可以看出,整理前棉纤维上有许多凹凸不平的沟壑;整理后沟壑消失,并出现粗糙、颗粒状的表面.图6表明整理前涤纶纤维表面较为光滑,经溶胶整理后纤维表面变得粗糙,出现颗粒状的二氧化硅粒子.说明经溶胶整理的布样其纤维表面的粗糙度得到了提高,从而提高了拒水效果.
2.5皂洗次数对接触角的影响
用经二氧化硅溶胶整理,再浸渍3%C16水解液的棉和涤纶织物作为皂洗布样,测试皂洗后布样的接触角.皂洗次数与接触角变化关系如图7所示.
图7表明,随着皂洗次数的增加,接触角逐渐减小.在最初的10次皂洗过程中,接触角下降明显.原因是经溶胶整理的织物,其表面上有很多二氧化硅颗粒通过物理吸附而附着.洗涤后这些粒子会逐渐脱落,而其上自组装的长链烷烃硅烷也随之脱落,接触角会出现明显的下降.随着皂洗次数的增加,接触角减小趋势趋于平缓,皂洗30次后,棉织物与水的接触角为95°,涤纶为110°,仍表现出一定的拒水效果.
2.6织物物理性能
从表1可以看出,整理后织物的经纬向强力略有下降,但变化不大.整理前后织物的白度、透气性变化更小.由此可见,经过上述整理不会影响织物原有的服用性能.
3结论
(1)利用正硅酸四乙酯及长链烷烃硅氧烷,通过溶胶-凝胶法及自组装方式成功赋予棉和涤纶织物一定的拒水性能.
(2)以不同碳链长度的硅氧烷对经溶胶整理后的织物进行整理,均能提高拒水性能.随着碳链长度的增加,接触角增大;随着水解硅氧烷用量的增加,拒水性能也得到提高.
(3)用经二氧化硅溶胶整理,再浸渍3%C16水解液,整理后的棉织物经30次皂洗后,与水的接触角为95°,涤纶织物为110°,仍保持一定拒水性能.物理性能测试表明,整理前后织物的物理机械性能变化较小.
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