溶膠-凝膠技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種制備無(wú)機(jī)材料的新工藝，已被廣泛應(yīng)用于制備無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化物。該方法提供了一種將有機(jī)單體、功能分子等引入凝膠母體的途徑，形成的雜化物能以薄膜、涂層等不同形式使用，有機(jī)和無(wú)機(jī)組分的聯(lián)合則賦予了這種雜化物的多功能性[1-3]。一般情況下，以接觸角90°為界將固體表面分為親水和疏水表面。超疏水是指表面對(duì)水的接觸角在150°以上[4-5]，因其潛在的應(yīng)用近年來(lái)成為人們研究的熱點(diǎn)。本文以正硅酸乙酯（TEOS）和十八烷基三乙氧基硅烷（ODTES）為起始材料，通過(guò)溶膠-凝膠方法制備無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化物后對(duì)棉織物進(jìn)行整理，并研究了處理的棉織物的超疏水性等其它性能。
l試驗(yàn)
1.1材料與試劑
純棉織物(20s×16s，128×60)，經(jīng)過(guò)退、煮、漂、絲光處理（上海華綸印染有限公司）；正硅酸乙酯（98%，德國(guó)Fluka公司）和十八烷基三乙氧基硅烷（95%，德國(guó)ABCR公司）。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
a.改性溶膠的制備
室溫條件下將10ml正硅酸乙酯（TEOS）、40ml無(wú)水乙醇和適量0.01M的鹽酸混合均勻，電磁攪拌下分兩次加入定量十八烷基三乙氧基硅烷（ODTES），繼續(xù)攪拌直至生成改性溶膠。
b.整理工藝
棉織物浸入改性溶膠中，兩浸兩軋（軋余率75%～80%），室溫自然晾干，120℃焙烘1h。
1.3測(cè)試方法
1.3.1接觸角測(cè)定
接觸角通過(guò)光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x（OCA40，Dataphysics，德國(guó)）于環(huán)境溫度下測(cè)定。5μl的蒸餾水滴至樣品表面60s后開(kāi)始測(cè)量其接觸角。在同一樣品不同部位測(cè)量5次，取平均值。
1.3.2表面形貌測(cè)定
處理前后織物的表面形貌用掃描電鏡(JSM-5600LV，Jeol日本)測(cè)定。
1.3.3耐洗性測(cè)定
樣品的耐久性采用如下方法測(cè)定，按照《AATCC測(cè)試方法61-2003.洗滌不褪色，家用和商用：加速》，在WASHTEC-PA2型皂洗機(jī)上將處理過(guò)的織物進(jìn)行洗滌。分
2.結(jié)果與討論
2.1ODTES濃度對(duì)疏水性的影響
織物的疏水性可以通過(guò)織物表面被水潤(rùn)濕的難易來(lái)判斷，并利用接觸角來(lái)直觀評(píng)價(jià)。處理的棉織物獲得疏水性的原因是改性溶膠中長(zhǎng)碳鏈硅氧烷ODTES的存在，因此，ODTES在溶膠中的含量將影響疏水性能。實(shí)驗(yàn)中考察了ODTES在改性溶膠中的含量在0-5%的變化范圍內(nèi)對(duì)接觸角的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
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圖1ODTES濃度與接觸角的關(guān)系 |
試驗(yàn)表明，不加疏水劑ODTES，棉織物經(jīng)過(guò)二氧化硅溶膠處理仍然沒(méi)有任何拒水性能，這是由于二氧化硅粒子表面存在不同狀態(tài)的親水性羥基所致。從圖1可以看出，盡管添加少量的ODTES（0.25%）使處理的棉織物的接觸角急劇提高到80°，但還是沒(méi)有達(dá)到理論上的拒水效果。添加量達(dá)到0.5%時(shí)才顯示一定的拒水性，超過(guò)2％時(shí)接觸角的增加較為緩和。雖然ODTES的百分含量在4%時(shí)接觸角高達(dá)152°，顯示超疏水性，但在3％-5％的變化范圍內(nèi)接觸角變化不大，拒水效果趨于穩(wěn)定。
2.2表面形貌變化對(duì)疏水性的影響
棉織物經(jīng)改性溶膠處理前、后的表面形貌的電鏡掃描照片如圖2所示。顯而易見(jiàn)，未處理的棉織表面相對(duì)光滑，而經(jīng)改性溶膠處理后，棉織物表面被一層致密、凹凸不平的涂層覆蓋，表面變得非常粗糙。
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(a)未處理 | (b)改性溶膠處理 |
圖2棉織物表面的SEM照片 | |
根據(jù)Wenzel方程（，r為粗糙因子，是實(shí)際固-液接觸面積與表觀固-液接觸面積之比；：液體在粗糙表面的接觸角；：液體在光滑表面的接觸角），粗糙表面將使疏水表面更加疏水[6]。Cassie-Baxter方程（，和分別為兩種介質(zhì)上的楊氏接觸角；和分別為這兩種介質(zhì)在表面的面積分?jǐn)?shù)）進(jìn)一步說(shuō)明，當(dāng)液體在無(wú)孔材料表面的接觸角大于90°時(shí)，微孔或微坑的表面可以使接觸角增大[7]。由于無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化形成了互穿網(wǎng)絡(luò)，孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表面有利于空氣的儲(chǔ)存，因此孔網(wǎng)粗糙表
2.3疏水涂層的化學(xué)穩(wěn)定性
超疏水性織物在使用過(guò)程中可能會(huì)碰到一些酸堿腐蝕性液體。為了研究液滴的pH對(duì)接觸角的影響，在1-14的pH范圍內(nèi)試驗(yàn)了接觸角隨液滴pH的變化，結(jié)果如圖3所示。
圖3超疏水表面上液滴的pH與接觸角的關(guān)系 |
圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)液滴的pH從1.07到13.60之間變化時(shí)，所有接觸角的值在146.2°到152.3°之間（圖4為具有不同pH值的液滴在超疏水表面上的照片），接觸角沒(méi)有出現(xiàn)顯著的變化。該結(jié)果說(shuō)明液滴的酸堿性對(duì)接觸角影響并不明顯。這可能是由于表面被ODTES層覆蓋，ODTES層具有化學(xué)抵抗的內(nèi)在特性。這樣的特性對(duì)于超疏水織物在寬pH范圍的腐蝕性液體中使用非常有實(shí)際意義，將其應(yīng)用到一般化工行業(yè)工作服的酸堿防腐并非沒(méi)有可能。
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A、146.2°（pH1.07） | B、152.3°（pH7.07） | C、149.4°（pH13.60） |
圖4液滴在超疏水表面上的照片。（接觸角與pH值的對(duì)應(yīng)關(guān)系） | ||
2.4疏水涂層的耐久性
功能紡織品通常要求有良好的耐久性。因此，研究疏水性織物的洗滌耐久性是必要的。超疏水性棉織物經(jīng)過(guò)皂洗后再測(cè)定接觸角，接觸角的變化與皂洗次數(shù)的關(guān)系如圖4所示。結(jié)果表明，隨著皂洗次數(shù)的增加，接觸角逐漸變小。30次皂洗后接觸角從152°降低到了110°，但仍然大于90°，疏水性能保持良好。這是由于雜化涂層中的組分彼此以化學(xué)鍵結(jié)合，從而具有較好的洗滌牢度。
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圖4重復(fù)洗滌后接觸角的變化 |
3結(jié)論
超疏水性的無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化涂層通過(guò)正硅酸乙酯和十八烷基三乙氧基硅烷聯(lián)合水解縮聚后浸涂到棉織物表面而成功制備。該超疏水涂層的接觸角最高達(dá)152.3°并且具有良好的耐酸堿和耐洗滌穩(wěn)定性。此外，這樣的涂層能在低溫下制備，是一種環(huán)境友好的超疏水涂層，具有潛在的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]ElzbietaZ,MariaBL,Ewa
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[6]WenzelRN.JPhysColloidChem.1948,53,1466.
[7]CassieABD,BaxterS.TransFaradaySoc.1944,40,546.
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