2.2烷烴硅氧烷結(jié)構(gòu)對接觸角的影響
分別采用辛基三甲氧基硅烷(C8)、十二烷基三甲氧基硅烷(C12)以及十六烷基三甲氧基硅烷(C16)等不同碳鏈長度的硅氧烷,作為低表面張力物質(zhì)來賦予織物拒水性能.將未經(jīng)整理和經(jīng)過上述二氧化硅溶膠整理的棉及滌綸織物分別浸漬在2%的烷烴水解液中,通過自組裝方式[8-10]賦予織物拒水效果,其接觸角變化見圖2.
用接觸角直觀評價拒水性的大小.天然棉布具有超親水性,接觸角為0°,未經(jīng)任何整理的空白滌綸試樣不具有拒水性,測試條件下接觸角也為0°;僅經(jīng)二氧化硅溶膠整理后的布樣,由于二氧化硅粒子表面存在孤立、連生和雙生等不同狀態(tài)的親水性羥基,接觸角也為0°.
從圖2可以看出,未經(jīng)二氧化硅溶膠整理的棉織物浸漬2%C8的水解液后,水滴在60s內(nèi)逐漸被織物吸收,而未經(jīng)二氧化硅溶膠整理的滌綸織物浸漬2%C8的水解液后,其表面與水滴的接觸角為127°,原因是滌綸織物的織造結(jié)構(gòu)比棉織物緊密,更有利于形成拒水表面;在浸漬不同碳鏈長度硅氧烷后,經(jīng)過二氧化硅溶膠整理織物的接觸角均比未經(jīng)溶膠整理的大,原因是經(jīng)過二氧化硅溶膠整理后,滌綸織物表面的粗糙度得到了提高,從而導(dǎo)致了拒水效果的提升.該結(jié)論同Wenzel[11]、Cassie和Baxter[12]等人建立的疏水表面粗糙度和接觸角之間的關(guān)系相一致;隨著烷烴硅氧烷碳鏈長度的增加,織物與水的接觸角增大,拒水效果增加,原因是烷烴碳鏈長度越長,越容易屏蔽親水性基團(tuán),表現(xiàn)出較好的疏水性.[13]
2.3烷烴硅氧烷用量對接觸角的影響
長鏈烷烴硅氧烷水解液的用量會直接影響滌綸織物的拒水效果,因此,將經(jīng)二氧化硅溶膠整理后的織物浸漬在不同用量的硅氧烷水解液中,測試其對接觸角的影響,結(jié)果如圖3、4所示。
圖3、4表明,盡管使用的硅氧烷碳鏈長度和織物不一樣,但織物與水滴的接觸角變化趨勢相似.當(dāng)硅氧烷用量為0.5%時,織物就有一定的拒水效果,之后隨著用量的增加,接觸角變化較為緩和,達(dá)3%~4%時,接觸角變化不明顯.當(dāng)C16水解液的用量為3%時,棉織物與水的接觸角為155°,達(dá)到了超疏水效果.而同樣的實驗條件下滌綸織物與水的接觸角則為143°.原因是未經(jīng)整理棉織物的表面比滌綸織物粗糙,有利于拒水效果的提升.
2.4織物表面形態(tài)變化
通過掃描電子顯微鏡觀察經(jīng)二氧化硅溶膠整理前后的棉織物和滌綸表面,結(jié)果見圖5、6.其中圖5a和6a為整理前的織物表面,圖5b和6b為二氧化硅溶膠整理后的表面.
從圖5可以看出,整理前棉纖維上有許多凹凸不平的溝壑;整理后溝壑消失,并出現(xiàn)粗糙、顆粒狀的表面.圖6表明整理前滌綸纖維表面較為光滑,經(jīng)溶膠整理后纖維表面變得粗糙,出現(xiàn)顆粒狀的二氧化硅粒子.說明經(jīng)溶膠整理的布樣其纖維表面的粗糙度得到了提高,從而提高了拒水效果.
2.5皂洗次數(shù)對接觸角的影響
用經(jīng)二氧化硅溶膠整理,再浸漬3%C16水解液的棉和滌綸織物作為皂洗布樣,測試皂洗后布樣的接觸角.皂洗次數(shù)與接觸角變化關(guān)系如圖7所示.
圖7表明,隨著皂洗次數(shù)的增加,接觸角逐漸減小.在最初的10次皂洗過程中,接觸角下降明顯.原因是經(jīng)溶膠整理的織物,其表面上有很多二氧化硅顆粒通過物理吸附而附著.洗滌后這些粒子會逐漸脫落,而其上自組裝的長鏈烷烴硅烷也隨之脫落,接觸角會出現(xiàn)明顯的下降.隨著皂洗次數(shù)的增加,接觸角減小趨勢趨于平緩,皂洗30次后,棉織物與水的接觸角為95°,滌綸為110°,仍表現(xiàn)出一定的拒水效果.
2.6織物物理性能
從表1可以看出,整理后織物的經(jīng)緯向強(qiáng)力略有下降,但變化不大.整理前后織物的白度、透氣性變化更小.由此可見,經(jīng)過上述整理不會影響織物原有的服用性能.
3結(jié)論
(1)利用正硅酸四乙酯及長鏈烷烴硅氧烷,通過溶膠-凝膠法及自組裝方式成功賦予棉和滌綸織物一定的拒水性能.
(2)以不同碳鏈長度的硅氧烷對經(jīng)溶膠整理后的織物進(jìn)行整理,均能提高拒水性能.隨著碳鏈長度的增加,接觸角增大;隨著水解硅氧烷用量的增加,拒水性能也得到提高.
(3)用經(jīng)二氧化硅溶膠整理,再浸漬3%C16水解液,整理后的棉織物經(jīng)30次皂洗后,與水的接觸角為95°,滌綸織物為110°,仍保持一定拒水性能.物理性能測試表明,整理前后織物的物理機(jī)械性能變化較小.
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