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抗油拒水机理

发布时间:05-07 08:33   来源:万博manbetx水晶宫在线  点击:   发表评论

1.织物拒水的理论

拒水和防水是两个不同的概念,拒水是以疏水性化合物沉积于纤维表面,织物表面留有孔隙,空气和水气还可透过。防水是以不透水的化合物充填织物表面的孔隙,因此,既防水又不透气。其主要差异在于,前者在水压作用下,有较高的透水性并可透水气。当水压较高时,拒水而不防水的织物可以透水。

图1织物拒水机理分析

织物产生拒水性的原因,是由于织物中纤维的表面性能发生变化的缘故。一滴液体滴在固体表面上(如图1所示),由于液体和固体的表面张力(分别用γL和γS表示)以及液-固间的界面张力(γLS)相互作用的结果,会形成各种不同形状(从圆珠到完全铺平)。除液滴完全铺平外,液滴在固体表面上处于平衡状态时,边界O点受3种力的作用,并满足下面方程:

γLS+γLcosθ=γS

θ称为接触角,当θ=180o时,液滴为圆珠状,是一种理想的不润湿状态,当θ=0o时,液滴在固体表面铺平,为固体表面被液滴润湿的极限状态;而θ<90o时,表示液体能润湿织物表面;θ>90o表示液体在织物表面形成液滴很难润湿表面。在拒水整理中,可将液体水的表面张力看作是常数。因此液体能否润湿固体表面,决定于固体的表面张力和液-固的界面张力。从拒水要求来说,接触角越大越有利于水滴的滚动流失。

2.抗油拒水整理的原理

织物润湿的关键是接触角,而接触角θ取决于织物表面的表面能SE和液体的表面张力ST。只有在液体的表面张力ST小于织物表面的表面能SE时,液滴才能润湿织物表面。SE取决于织物表面存在的基团。拒水拒油整理是通过改变织物表面性能使其临界表面张力降低。油的界面自由能γLG的数值比水的界面自由能数值要小的多,一般情况下水的界面自由能数值为72mN•m-1左右,而油的界面自由能数值为20~30mN•m-1。因此要达到拒油的目的,就要求有更低的气固界面自由能,一般来讲应小于油的界面自由能。

拒水整理,只要使织物表面经改性后对表面张力大的水产生较大的接触角就能达到拒水目的;而拒油整理是使织物表面改性后临界表面张力大幅度下降,对表面张力较小的油也产生较大的接触角,从而产生拒油效果。

目前,表面能最低的织物整理剂是氟碳化合物整理剂。用氟碳化合物整理的织物表面能可以降低到10-15mJ/m2,经整理后,织物不仅拒水,而且拒油整理后,布面的微孔仍然存在,所以不改变织物的透气性。

3.防污机理

纺织品的污垢通常有粒子污物和各种液体污物,如水和油组成一对液体污垢,可利用低表面能的整理剂进行整理可达到理想效果,粒子污的沾污分两步:污物转移到纤维表面,而后纤维对污物产生吸附。一般认为,沾污主要是污的粒子粘着在纤维表面引起的,而无机械载留作用,纤维对污的吸附作用是由范德华力引起的,范德华力只能在很小的距离内有效,当污的粒子与粘着的纤维表面紧密接触时,由于污的粒子极其微小,极不规则,当纤维表面和污的粒子在冲击接触时可变形,使接触面积增加,并使界面形状相适应,引起纤维表面发生塑性变形或压力的凹陷,增加沾污作用。如图1所示:

图1:污粒子的变形沾污

利用具有低表面能的有机氟化合物在纤维表面形成均匀薄膜,可降低纤维或纱线的表面张力,抑制污垢对纤维的吸附。

4.荷叶自洁作用的原理

纳米万博manbetx在线登录应用于织物拒水拒油整理是基于最新的研究成果“荷叶效应”(Lotus-effect)原理。

荷叶粗糙的表面上,水珠只是与荷叶表面乳瘤的部分蜡质晶体毛茸相接触,明显地减小了水珠与固体表面的接触面积,扩大了水珠与空气的界面,水通过扩大其表面积获得了一定的能量。在这种情况下,液滴不会自动扩展,而保持其球体状。在植物表皮上存在的微尘废屑,其尺寸一般比表皮的蜡晶体微结构大,所以只落在表面乳瘤的顶部,接触面积很小。由于大多数微尘废屑比表皮蜡晶体更易湿润,当水滴在其表面滚动时,它们就粘在了水珠的表面。微尘废屑和水珠的粘合力比它们与荷叶表面的粘合力大,所以它们被水珠卷走。对于非常光滑的表面,液滴的接触角比较小,液滴滚动比较难,而且微尘废屑与表面的接触面积大,粘合牢固,水滴经过后,只是从水滴的前端移动到了水滴的后部,但仍然粘在固体的表面上,疏水颗粒更易粘在这样的表面上。

5.三防机理

(1)有机氟树脂

有机氟聚合物可以把织物表面能降低到油、水和污渍不能浸润和穿透纤维的程度。这种作用的最佳整理效果,体现在有机氟聚合物能够形成无缝的看不见的保护膜,这层膜把纤维包裹起来。液态无溶剂时,纠缠在一起的有机氟聚合物形成膜,在纤维表面扩展开来,含氟侧链在干燥处理热作用下伸直取向。同时,聚合物通过反应基团或在端基封闭的异氰酸酯助促进剂作用,与纤维牢固结合。

(2)有机氟树脂+纳米

利用有机氟树脂对织物进行拒水、拒油、防污“三防”整理,是在织物表面引入表面能很低—CF3基团。有机氟化合物中起拒水拒油作用的是全氟烷基(—Cn F2n+1),当—CF3基团中的一个F被H取代,基团的SE就增加一倍。所以,聚合物中全氟烷基分子链越长,SE就越低,氟碳基团在织物表面就形成垂直紧密网状排列,提高了织物的拒水、拒油和防污性能。纳米材料的加入,通过粘合剂的作用与纤维结合,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面和界面效应,纳米粒子表面的原子存在大量的表面缺陷和许多悬挂键,具有很高的化学活性,纳米粒子高度分散在纱线之间、纤维之间和纤维表面,它们与有机氟树脂、交联剂、粘合剂在纤维表面形成一层很薄而致密的膜,阻止了油污的进一步渗透,大大提高了拒水、拒油和防污性能。另外,纳米陶瓷粉本身具有一定的导电性能,可以降低纤维表面的电荷,从而降低了污物通过电荷间的静电吸附到纤维上的机会,增强了防污效果。


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