气相沉积制作清洁涤纶

超疏水表面通常是指与水的接触角大于150°，滚动角小于5°的表面［1-2］。自然界中有很多具有超疏水表面的例子，最典型的就是荷叶。雨水在荷叶表面自由滚动时，可将荷叶表面的灰尘、花粉等污物粒子带走，使荷叶表面焕然一新，人们常将荷叶的这种自清洁性能称为“荷叶效应”［3-4］。研究发现，荷叶表面的微米—纳米双重结构是其具有自清洁性能的根本原因。模仿荷叶的特殊生物表面，以织物表面纱线间交织形成的粗糙结构为基础，通过化学方法在织物上构造具有一定微观尺寸的低表面能物质，可获得具有超疏水自清洁功能的纺织材料。该类纺织材料可广泛用于防水、防污及防雪等服装及装饰材料，具有广阔的开发和应用前景［5-7］。本文基于“荷叶效应”原理，利用化学气相沉积法制备自清洁涤纶织物，在理论上突破常规的拒水织物研制思路，将降低材料的表面能和产生微观结构的粗糙度结合起来，使织物具有良好的超疏水和自清洁功能。

1试验部分

1．1材料与仪器普通涤纶平纹织物［纱线12tex×12tex，密度450根/(10cm)×270根/(10cm)］;甲基三氯硅烷(MTS，分析纯)，天津化学试剂一厂;二甲基二氯硅烷(DDS，分析纯)，天津光复精细化工研究所;氢氧化钠(NaOH，分析纯)，天津市风船化学试剂科技有限公司;活性炭(粉状)，天津天大化工实验厂。试验所用主要仪器包括:JY-82型接触角测定仪(河北承德试验机有限责任公司)，TM-1000型台式扫描电镜(日本日立高新技术公司)，CTHI-250B型恒温箱(STIK施都凯仪器设备上海有限公司)，HH•S21-4型恒温水浴锅(北京长安科学仪器厂)，DL-101-2BS型电热鼓风干燥箱(天津市天宇技术实业有限公司)。

1．2试验方法(1)涤纶碱减量处理:将涤纶布样浸入一定浓度的烧碱溶液中，在90℃条件下浸泡60min，然后取出，分别用热水、温水和冷水冲洗布样，再将布样在100℃条件下烘干。(2)化学气相沉积反应:分别取一定体积的MTS和DDS，将两者溶于甲苯溶剂中，再将含有该溶液的烧杯放置在相对湿度为80%的密闭容器中，待用。将经碱减量处理过的涤纶布样放在上述密闭容器中的烷基氯硅烷溶液上方气体中，在气相条件下沉积处理一定时间，即可制得超疏水涤纶织物。

1．3测试方法(1)接触角:将涤纶试样固定在接触角测定仪载物台上，吸取0．05mL蒸馏水滴到织物表面，调节焦距和水滴的位置并读数。在织物表面至少5个不同位置测定接触角，求其平均值，即为织物表面与水的接触角。(2)滚动角:用注射器吸取0．3mL的蒸馏水滴到试样表面，然后打开转动开关转动载物台，记下水滴刚开始滚动时试样倾斜的角度，每个试样测定3次，所得结果的平均值即为水滴在织物表面的滚动角。(3)集灰试验:将炭粉均匀地撒到待测织物表面，吸取0．1mL蒸馏水滴到织物表面，将织物倾斜一定角度使水滴滚落，观察水滴带走污物的情况表征织物的自清洁能力。

2结果与讨论

2．1涤纶碱减量处理中NaOH浓度的确定由图1可见，涤纶布样经碱减量处理后再进行气相沉积反应，所得布样表面接触角明显高于未经碱减量处理(NaOH为0g/L)而直接进行气相沉积反应的涤纶布样。碱处理可使涤纶表面腐蚀而产生凹坑，增大布样表面的粗糙度，在气相沉积时涤纶织物与烷基氯硅烷的反应更加充分。当NaOH浓度从20g/L逐渐增加到40g/L时，涤纶布样表面的接触角变化不大，为了节省碱的用量，NaOH浓度范围为20～30g/L。

2．2DDS/MTS总体积分数对涤纶织物表面接触角的影响由图2可见，随着DDS与MTS总体积分数的提高，涤纶织物表面的接触角呈先增大后减小的趋势;当DDS/MTS总体积分数为30%时，织物表面的接触角达到最大，为152°。这是因为当DDS/MTS总体积分数增大时，DDS/MTS共混液挥发出的气体增加，与涤纶织物表面反应结键数增加，沉积的疏水性聚硅氧烷物质［8］逐渐增多。但当DDS/MTS总体积分数超过30%后，织物表面覆盖的聚硅氧烷过多，可能会掩盖涤纶织物组织形成的粗糙结构，使接触角有所下降。

2．3DDS/MTS体积比对涤纶织物表面接触角的影响由图3可见，涤纶织物表面的接触角随MTS用量的增加呈先增大后减小的趋势，当DDS与MTS体积比为1∶5时，织物表面的接触角最大。在气相沉积反应过程中，MTS作为扩链剂，而DDS作为封端剂［8］，所以DDS与MTS体积比的变化会对织物表面的超疏水性能产生较大的影响。

2．4气相沉积时间对涤纶织物表面接触角的影响由图4可见，涤纶织物表面的接触角随沉积时间的延长先增大后减小，滚动角变化趋势则与之相反。随着沉积时间的延长，织物上反应生成的微粗糙结构增加，织物表面的接触角增大。当反应进行到120min后，织物表面的沉积物继续增加，可能会使织物上由纱线屈曲波产生的凹凸粗糙结构被覆盖住，破坏了织物本身特有的粗糙结构，使接触角有所减小。涤纶织物表面的滚动角先因织物表面疏水性沉积物的增加而减小，后又因织物本身的粗糙结构被覆盖，使得涤纶织物和水滴之间的空气“气垫”变小，滚动角又有所增大。由此可知，涤纶织物的较优沉积时间为120min。

3涤纶织物的形貌与性能测试

3．1扫描电镜观察涤纶织物的表面形貌图5(a)为未经任何处理的涤纶织物表面形貌，可见其纤维表面整洁光滑;图5(b)为MTS/DDS气相沉积后涤纶织物的表面形貌，可见气相沉积后涤纶表面生成了一层不连续的微球;当将沉积后涤纶织物放大5000倍时［图5(c)］，可见在涤纶上覆盖着许多不同尺寸的微球，再结合织物本身的屈曲结构，使涤纶织物表面具有多重粗糙结构。

3．2涤纶织物的超疏水性如图6(a)所示，涤纶织物经过MTS/DDS气相沉积后，水滴在该织物表面的接触角为154．9°。图6(b)为普通相机拍摄的水滴滴在涤纶织物表面后的形态照片，可见水珠形态稳定，立体感强，形象地展示了该涤纶织物具有良好的超疏水性能。

3．3涤纶织物的自清洁性能由图7(a)可见，当水滴滴在原涤纶织物上时，水滴很快铺展开来，炭粉继续黏附在织物表面。当水滴滴在气相沉积后的涤纶织物表面时，水滴呈球状且能带着炭粉一起滚动，从而将炭粉带走，达到自清洁的目的。4结语(1)采用20～30g/L的NaOH溶液对涤纶织物进行碱减量处理，可提高化学气相沉积反应后织物表面的疏水性能。(2)利用烷基氯硅烷混合溶液总体积分数30%，DDS与MTS体积比1∶5，对涤纶织物进行化学气相沉积120min，可制备得到接触角高达154．9°的超疏水织物表面。集灰试验表明，该涤纶织物具有良好的自清洁性能。