一种溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法技术

本发明专利技术公开了一种溶胶‑凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法。该制备方法选用氯氧化锆和氨水作为反应物质，无水乙醇作为溶剂，十二烷基三甲氧基硅烷作为修饰剂，通过将棉织物浸润在氯氧化锆的乙醇溶液中，然后氯氧化锆的乙醇溶液中的氯氧化锆与氨水发生溶胶凝胶反应，在棉织物纤维上生成氢氧化锆粒子，并与棉织物的纤维共同形成微/纳米二元粗糙结构；最后采用十二烷基三甲氧基硅烷对棉织物纤维上的氢氧化锆进行修饰，制备得到无氟的超疏水棉织物。本发明专利技术制备方法条件温和，工艺简单，制备成本低廉，方便实用，制备的无氟超疏水棉织物的水接触角为152°~156°，在材料表面自清洁、油水分离以及功能纺织品等领域具有广泛应用前景。

A method of preparing superhydrophobic cotton fabric with non fluorine by sol-gel process

The invention discloses a method for preparing fluorine free super hydrophobic cotton fabric by sol gel method. The preparation method uses zirconium chloride and ammonia water as reaction materials, anhydrous ethanol as solvent, dodecyl trimethoxysilane as modifier, cotton fabric is soaked in the ethanol solution of zirconium oxychloride, then zirconium oxychloride in the ethanol solution of zirconium oxychloride reacts with ammonia water in a sol-gel, and cotton fabric is prepared. Zirconium hydroxide particles were formed on the fiber and formed micro/nano binary rough structure with the fiber of cotton fabric. Finally, superhydrophobic cotton fabric without fluorine was prepared by modifying zirconium hydroxide on the fiber of cotton fabric with dodecyl trimethoxysilane. The preparation method of the invention is mild, the process is simple, the preparation cost is low, the water contact angle of the fluorine-free superhydrophobic cotton fabric is 152 degrees to 156 degrees, and has a wide application prospect in the fields of material surface self-cleaning, oil-water separation and functional textiles.

【技术实现步骤摘要】
一种溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法
本专利技术涉及无氟超疏水材料的制备
，具体涉及溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法。
技术介绍
超疏水材料指的是水滴与材料表面的静态接触角大于150°，同时动态接触角小于10°。超疏水材料因其表面特殊的润湿性引起了人们广泛的兴趣。这种特殊的润湿性不仅给予了固体表面优异的拒水特性，而且在自清洁、金属防腐、防覆冰、油水分离和管道运输减阻等领域具有巨大的应用价值。随着对超疏水材料的研究和实际应用的经验积累，Cassie和Wenzel模型的建立，让人们对制备超疏水材料的条件有了清晰认识：要构建一个超疏水表面，必须具有微/纳粗糙度和低表面能。目前，溶胶-凝胶法制备超疏水棉织物一般通过在棉织物表面进行溶胶凝胶反应，然后将棉织物烘干，再使用长链烷烃硅氧烷或者含氟烷烃硅氧烷进行修饰。BaeGY等以正硅酸乙酯为前驱体，在碱性环境下与氨水反应，进行脱水缩合，生成粒子；收集粒子，制成粒子分散液，然后将棉织物浸渍在粒子分散液中，搅拌一段时间，再烘干；最后，放入由全氟烷基丙烯酸酯固体制成的溶液中，进行疏水化处理，得到超疏水棉织物(BaeGY,JeongYG,MinBG.SuperhydrophobicPETFabricsAchievedbySilicaNanoparticlesandWater-repellentAgent.FIBERS&POLYMERS.2010,11,976-981.)。该方法制备超疏水棉织物的过程较复杂，首先需要制成纳米粒子，然后棉织物在粒子分散液中浸渍，最后疏水化处理三个步骤，制备步骤繁琐，使用的样品昂贵，不利于制备的超疏水棉织物的工业化生产；同时，制备的超疏水棉织物中使用了含氟物质，会对环境造成破坏。现有技术中，制备超疏水涂层的方法主要有相分离法、溶胶凝胶法、模板法、电化学沉积法、自组装法和气相沉积法等。尽管许多超疏水涂层的制备方法已趋于成熟，但大部分超疏水特性的产品制备过程较为繁琐、工艺条件苛刻、有些需要昂贵的低表面能物质，或是含有氟等对环境有污染的化学物质，同时所制备的超疏水表面耐久性、耐化学稳定性、耐磨性、耐高温性不足，限制了其在实际生活生产中的广泛应用。超疏水棉织物的广泛需求，决定了需要简化制备流程。由此，研究直接由溶胶-凝胶法将粒子制造和棉织物疏水化处理步骤合二为一，简化制备流程，且使用不含氟的低表面能物质，经济环保，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法。该制备方法选用氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)和氨水(NH3·H2O)作为反应物质，无水乙醇作为溶剂，十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)作为修饰剂，通过将棉织物浸润在氯氧化锆的乙醇溶液中，然后氯氧化锆的乙醇溶液中的氯氧化锆与氨水发生溶胶凝胶反应，在棉织物纤维上生成氢氧化锆粒子，并与棉织物的纤维共同形成微/纳米二元粗糙结构；最后采用十二烷基三甲氧基硅烷对棉织物纤维上的氢氧化锆进行修饰，制备得到无氟的超疏水棉织物。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法，包括如下步骤：(1)将氯氧化锆加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，得到氯氧化锆的乙醇溶液；(2)将棉织物置于步骤(1)得到的氯氧化锆的乙醇溶液中，搅拌至棉织物被完全润湿；滴加氨水，继续搅拌20～40分钟；再滴加十二烷基三甲氧基硅烷溶液，继续搅拌4～6小时；(3)取出棉织物，用无水乙醇洗涤，烘干，得到无氟超疏水棉织物。优选的，步骤(1)中，所述氯氧化锆的乙醇溶液的浓度为0.007mol/L～0.035mol/L。优选的，步骤(2)中，所述棉织物与氯氧化锆的乙醇溶液的料液比为0.005～0.0125：1g/mL。优选的，步骤(2)中，所述氨水的质量浓度为25wt％～28wt％。优选的，步骤(2)中，氨水的滴加量与氯氧化锆的乙醇溶液中无水乙醇的体积比为0.15:1～0.3:1。滴加氨水后，氨水与氯氧化锆的乙醇溶液中的氯氧化锆发生溶胶-凝胶反应生成不溶于乙醇的氢氧化锆粒子，在棉织物表面上形成微/纳米二元粗糙结构；通过调节氨水与氯氧化锆的乙醇溶液的相对用量，生成不同含量的氢氧化锆，调节棉织物的纤维表面的微观结构，从而制备得到不同水接触角的无氟超疏水棉织物。优选的，步骤(2)中，所述十二烷基三甲氧基硅烷溶液的溶剂为无水乙醇，溶液的浓度为0.015mol/L～0.03mol/L。优选的，步骤(2)中，十二烷基三甲氧基硅烷溶液的滴加量与氯氧化锆的乙醇溶液中无水乙醇的体积比为0.05:1～0.1:1。优选的，步骤(1)～(2)过程均在25～30℃条件下进行。优选的，步骤(3)中，所述无水乙醇洗涤的次数为3～6次。优选的，步骤(3)中，所述烘干的温度为60～100℃。优选的，制备得到的无氟超疏水棉织物的水接触角为152°～156°。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术采用溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物，具有制备工艺简单、操作易控、稳定性好的特点，且没有使用含氟材料，与目前大多数超疏水使用的含氟材料相比，具有环保优势；(2)本专利技术方法制备的无氟超疏水棉织物的水接触角为152°～156°，在材料表面自清洁、油水分离以及功能纺织品等领域具有广泛应用前景；(3)本专利技术制备方法不需要对棉织物进行任何预处理，在常温(25～30℃)条件下进行，条件温和，工艺简单，制备成本低廉，方便实用，有利于超疏水棉织物的工业化生产。附图说明图1为实施例1中采用不同摩尔浓度氯氧化锆的乙醇溶液制备的无氟超疏水棉织物的静态水接触角示意图；图2为实施例2中制备的无氟超疏水棉织物进行油水分离实验的分离效率图；图3为实施例3中制备的无氟超疏水棉织物进行耐溶剂测试后的静态水接触角示意图；图4为实施例4中制备的无氟超疏水棉织物进行抗污实验中的液体静态接触角示意图；图5为实施例5中制备的无氟超疏水棉织物中的氢氧化锆粒子的FT-IR测试结果图。具体实施方式以下结合具体实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步详细的描述，但本专利技术的保护范围及实施方式不限于此。实施例1采用溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物，具体步骤如下：(1)常温下，分别称量氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)加入无水乙醇中，置于磁力搅拌器上搅拌30分钟，至完全溶解，得到浓度分别为0.007mol/L、0.014mol/L、0.021mol/L、0.028mol/L和0.035mol/L的氯氧化锆的无水乙醇溶液；(2)常温下，将0.2g棉织物置于步骤(1)得到的氯氧化锆的乙醇溶液中(料液比均为0.005：1g/mL)，然后置于磁力搅拌器上搅拌30分钟，使棉织物被完全润湿；滴加质量浓度为25wt％的氨水溶液，氨水与氯氧化锆的乙醇溶液中的无水乙醇的体积比为0.2:1，继续搅拌20分钟；再滴加十二烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液(浓度为0.015mol/L)，十二烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的滴加量与氯氧化锆的乙醇溶液中无水乙醇的体积比为0.05:1，继续搅拌4小时；(3)取出棉织物，用无水乙醇洗涤3遍，然后置于80℃烘箱中烘干，得到无氟超疏水棉织物。采用不同摩尔浓度氯氧化锆的乙醇溶液制备的无氟超疏水棉织物的静态水接触角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶胶‑凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氯氧化锆加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，得到氯氧化锆的乙醇溶液；(2)将棉织物置于步骤(1)得到的氯氧化锆的乙醇溶液中，搅拌至棉织物被完全润湿；滴加氨水，继续搅拌20～40分钟；再滴加十二烷基三甲氧基硅烷溶液，继续搅拌4～6小时；(3)取出棉织物，用无水乙醇洗涤，烘干，得到无氟超疏水棉织物。

【技术特征摘要】
1.一种溶胶-凝胶法制备无氟超疏水棉织物的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氯氧化锆加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，得到氯氧化锆的乙醇溶液；(2)将棉织物置于步骤(1)得到的氯氧化锆的乙醇溶液中，搅拌至棉织物被完全润湿；滴加氨水，继续搅拌20～40分钟；再滴加十二烷基三甲氧基硅烷溶液，继续搅拌4～6小时；(3)取出棉织物，用无水乙醇洗涤，烘干，得到无氟超疏水棉织物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯氧化锆的乙醇溶液的浓度为0.007mol/L～0.035mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述棉织物与氯氧化锆的乙醇溶液的料液比为0.005～0.0125：1g/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氨水的质量浓度为25wt％～28wt％。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖新颜，计强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44