全氟辛基三甲氧基硅烷修飾鍍銅織物的制備及性能研究

全氟辛基三甲氧基硅烷修飾鍍銅織物的制備及性能研究

隨著生活水平的提高，紡織精神的附加功能越來越受到重視。具有拒水拒油、抗靜電、防電磁輻射等特性的多功能紡織品受到人們關(guān)注。雙疏表面是指同時(shí)具有疏水、疏油性能的一類表面,與水、油的接觸角都大于90°。雙疏表面不僅具有防污染、自清潔等基本功能,而且在石油管道內(nèi)壁的防腐,天線防冰、防生物附著,皮革制品耐油、耐機(jī)械擦傷等方面也有著廣泛的應(yīng)用前景目前,超疏水表面的制備通常采用低表面能物質(zhì)(包括氟硅聚合物近年來,化學(xué)鍍作為一種新型的表面處理技術(shù),以其工藝簡(jiǎn)便、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注。相比較其他在織物表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)的方法(如溶膠-凝膠法文中首先在滌綸織物表面通過化學(xué)鍍銅方法構(gòu)造粗糙表面,再通過氣相沉積的方法在鍍銅織物表面用低表面能物質(zhì)全氟辛基三甲基硅烷(PFTMS)進(jìn)行修飾,進(jìn)而構(gòu)筑滌綸織物導(dǎo)電雙疏表面,并對(duì)其表面形貌、雙疏性能、導(dǎo)電性能和抗紫外性能等進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)1.1織物預(yù)處理實(shí)驗(yàn)材料為滌綸面料,規(guī)格為300D×300D。滌綸機(jī)織物預(yù)處理步驟為:滌綸機(jī)織物→浸入前處理溶液(2g/L純堿+2g/LNaOH+1g/L保險(xiǎn)粉,浴比為1∶50,80℃×20min)→5%(owf)乙酸中和→烘干→18g/L殼聚糖溶液(浴比為1∶50)浸泡1h→二浸二軋→晾干。吸鎳、活化步驟為:預(yù)處理的滌綸機(jī)織物→浸入50g/L硫酸鎳溶液55min(浴比為1∶50)→晾干→浸入10g/L硼氫化鈉溶液40min(浴比為1∶200,調(diào)節(jié)pH=10.5)→晾干。鍍銅步驟為:上步的滌綸機(jī)織物→浸入鍍銅溶液(6g/L硫酸鎳,35g/L硫酸銅,10g/L硫酸銨,13g/L檸檬酸鈉,17g/L硼酸,27g/L水合肼,用氨水調(diào)pH=8.5,65℃×120min)→洗凈晾干。1.2容器裝置pftms將大小為4cm×2cm的織物置于1L密閉容器內(nèi),在容器內(nèi)加入50μLPFTMS,抽真空(真空度為0.09MPa),再將容器放在60℃烘箱中處理24h,裝置示意如圖1所示。1.3表面活性劑測(cè)試用HitachiS-4800掃描電子顯微鏡和IE-300X能譜儀對(duì)織物的表面形貌以及元素分布情況進(jìn)行分析。采用KrussDSA30型接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)水滴及十六烷油滴接觸角進(jìn)行測(cè)試,水滴體積為5μL,十六烷體積為10μL,在與織物接觸10s穩(wěn)定后測(cè)試讀數(shù),對(duì)每個(gè)樣品的3~4個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)試,取平均值。用DMR-1C型四探針方阻儀測(cè)試織物的方阻,在織物單面水平測(cè)試5個(gè)點(diǎn),取平均值,單位為mΩ。方阻的大小與材料的特性有關(guān),與測(cè)試材料的面積無關(guān)。按照AS/NZS4399:1996,采用UV-1000F紫外投射分析儀測(cè)定整理前后面織物的防紫外線指數(shù)(UPF)。2結(jié)果與討論2.1亞大米級(jí)銅顆粒的變化用電子掃描電鏡對(duì)織物表面進(jìn)行形貌觀察,圖2a為滌綸織物,PFTMS修飾前后鍍銅織物表面掃描電鏡圖如圖2b,c所示。由圖2可知,滌綸織物表面光滑,滌綸纖維直徑約為10μm,在鍍銅滌綸織物的表面可觀察到粒徑在1μm左右的銅顆粒,并且存在100nm~1μm的亞微米級(jí)銅顆粒。滌綸織物與銅顆粒協(xié)同構(gòu)建形成微米-亞微米粗糙結(jié)構(gòu),經(jīng)PFTMS進(jìn)一步修飾的鍍銅織物表面仍可以看見大量的Cu顆粒存在,粗糙度變化相對(duì)較小。在Cu顆粒表面形成一層致密的薄膜,有助于提高其疏水性能的耐久性。2.2pftms表面化學(xué)元素組成為了觀察PFTMS修飾鍍銅織物表面元素的分布情況,用能量散射X光譜儀對(duì)織物進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試的位置選擇鍍銅表面具有斷面的區(qū)域,以利于觀察不同區(qū)域化學(xué)元素組成變化情況,PFTMS修飾鍍銅織物表面的元素分布如圖3所示。由圖3可知,PFTMS修飾鍍銅織物表面存在O,C,Ni,Cu,F等元素。O和C元素主要源自滌綸纖維以及在制備雙疏織物過程中引入的低表面能物質(zhì)。F元素在測(cè)試區(qū)域均有分布,說明PFTMS在鍍銅織物表面均勻成膜。此外,Cu,Ni元素基本分布在同一區(qū)域,即Ni存在的地方,也是Cu存在的區(qū)域。這是由于化學(xué)鍍銅過程是Ni單質(zhì)對(duì)Cu2.3表面活性劑的疏水性為了觀察PFTMS修飾的鍍Cu織物表面的潤(rùn)濕性能,用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量織物對(duì)水滴以及十六烷油滴的接觸角,PFTMS修飾前后鍍銅織物表面與水滴和十六烷油滴的接觸角如圖4所示。鍍Cu織物未經(jīng)PFTMS處理前,其對(duì)水滴的接觸角僅為10°左右,不具有疏水性;在真空條件下沉積PFTMS之后,其疏水接觸角可達(dá)150°以上,具有良好的疏水性能。鍍Cu織物未經(jīng)PFTMS處理前,十六烷油滴迅速滲透到織物內(nèi)部,鍍銅織物不具有疏油能力;在真空條件下沉積PFTMS之后,其對(duì)十六烷具有較好的疏油性能,油滴與織物之間的接觸角為120.7°。2.4表面導(dǎo)電劑pftms和類染料的制備為了觀察PFTMS修飾對(duì)鍍Cu織物導(dǎo)電性能的影響情況,利用方阻測(cè)試儀對(duì)PFTMS修飾前后鍍Cu織物的方阻進(jìn)行測(cè)試。鍍銅織物經(jīng)PFTMS修飾前后,其方阻分別為111,234mΩ,電導(dǎo)率分別為166.7,32.89S/cm。由此可知,作為鍍銅織物的基質(zhì),滌綸布不具有導(dǎo)電性,在經(jīng)過鍍銅處理后,織物具有導(dǎo)電性,其方阻較小,電導(dǎo)率較大。經(jīng)PFTMS修飾后的鍍銅織物,方阻增大,電導(dǎo)率減小。由圖5可知,由于滌綸原布不導(dǎo)電,LED燈不亮。在其表面制備一層銅顆粒后,具有導(dǎo)電能力,經(jīng)過PFTMS修飾的鍍銅織物也具有導(dǎo)電性,通電后,LED燈亮。2.5抗紫外性能為了觀察鍍Cu織物的抗紫外線性能,利用抗紫外測(cè)試儀對(duì)其抗紫外性能進(jìn)行表征,經(jīng)PFTMS修飾前后其抗紫外性能見表1所示。由表1可知,滌綸原布抗紫外性能較差,而鍍Cu織物及PFTMS修飾鍍Cu織物在整個(gè)紫外波段的透過率都很低,UPF值均達(dá)到了50+,屬于極好的防護(hù)級(jí)別。這說明鍍Cu織物及PFTMS修飾鍍Cu織物的紫外線防護(hù)性能得到大幅度提高。3雙疏表面的修飾采用化學(xué)鍍銅的方法在滌綸織物表面構(gòu)筑微米亞微米粗糙結(jié)構(gòu),隨后在真空條件下,用化學(xué)氣相沉積方法