拒油原理和拒水原理極為相似,都是改變纖維表面性能,使其臨界表面張力降低,水和油與其產生較大的接觸角,達到拒水拒油的目的,而又不影響織物的透氣性。拒水拒油納米服裝就是利用納米技術處理過的面料制成的功能性服裝。目前常用有兩種方法:一種是利用涂層或浸漬,對纖維或面料進行表面處理,最終在織物表面形成一種功能性的涂層;另一類是利用化纖改性技術,將納米材料作為添加劑加入到紡絲液中,復合紡絲,制備功能面料[1]。
目前市場上納米服裝局面混亂,魚目混珠的“納米”產品一哄而上,有些只是不透氣涂層織物,引來眾多的非議。如何鑒定納米結構,評估和檢測服裝的拒水拒油功能,從而判定是否為拒水拒油納米處理服裝是目前面臨的問題。本實驗通過掃描電鏡(SEM)鑒定織物表面的納米結構,并通過測量液體在織物表面的接觸角,沾水等級,拒油等級來檢測納米處理服裝的拒水拒油性能,簡要介紹拒水拒油納米處理服裝的檢測。
1納米結構的鑒定
確定是否具有納米結構單元是判斷該服裝是否為納米技術處理服裝的前提。目前納米結構的表征方法有很多,如掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、掃描隧道電鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線小角散射法(SAXS)等等[2],但涉及到服裝一類最終產品上,取樣、制樣方法一直是難題。結合試驗條件,本試驗采用掃描電子顯微鏡測定織物表面納米結構單元[3]。
儀器:掃描電子顯微鏡(分辨率2 nm),哈氏切片器,鍍膜儀(金屬膜)。
在服裝上的有效部位隨機剪取5塊5 mm×5 mm的試樣,用鑷子夾取試樣固定在貼有導電膠布樣品臺上,將載有樣品的試樣臺移至鍍膜儀,鍍膜為金屬導電膜,膜的厚度宜在5~20 nm的范圍內。然后送入掃描電鏡樣品室,抽真空直至可以進行電鏡測試。
在使用掃描電鏡測試時,每個試樣隨機選擇四個區域進行觀測,放大倍數以有利于觀測納米結構為宜。結構單元的短徑≤100 nm則為納米結構單元,結構的短徑>100 nm則為非納米結構單元。測試所有試樣,并計算納米結構單元總數和非納米結構單元總數
纖維表面附有較多納米顆粒。部分納米顆粒因發生團聚,顆粒直徑明顯大于100 nm。整個區域以直徑≤100nm的納米顆粒為主,完全符合納米技術處理服裝的要求。
2表面接觸角測定
當一滴液體滴在織物表面上時,有可能完全潤濕織物,在表面形成一層水膜,有可能形成水滴狀,液滴邊緣與固體表面形成一個夾角θ,這個角就稱為接觸角。
當0°<θ<90°時,液體部分潤濕織物,并在極短的時間內,液滴向四周擴散并滲入織物中,90°<θ<180°時,液體不能潤濕織物表面而形成液珠,傾斜時液滴滾落。
要達到拒水的目的,就要使接觸角θ越大越好。根據著名的Young方程:γS=γSL +γLcosθ,液體在固體表面形成的接觸角和界面張力之間的關系可知,由于液體表面張力不變,要達到拒水的目的,就必須減小固體表面張力或使固液表面張力變大[4-5]。
由于在納米尺寸低凹的表面可以吸附氣體分子,并且使其穩定附著存在,所以在宏觀織物表面上形成了一層穩定的氣體薄膜,使得油或水無法與織物的表面直接接觸,纖維表面張力減小,水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值,實現纖維織物拒水拒油功能[6]。
水的表面張力為72.6 mJ/m2,而一般油類的表面張力為20~40 mJ/m2,潤濕能力遠大于水,所以拒油的物質一定拒水[4],故這里只測量油滴的接觸角。取5個樣品,在同一個樣品上不同位置測量5次,取平均值。然后使用標準洗滌劑按5A程序洗滌5個循環,再測試洗后織物表面接觸角。
儀器:JC2000C1靜滴接觸角/界面張力測量儀,微量注射器,玻璃載片,A形全自動洗衣機。
試劑:食用油,標準洗滌劑WOB。
調整好儀器之后,通過垂直固定的微量注射器往織物表面上滴2~3 μL食用油,油滴未滲入織物中,在織物表面形成近似圓形液滴,見圖3。凍結圖像之后,計算每個油滴的接觸角[7],結果見表1。
表1 油滴表面接觸角
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