仿生超疏水织物
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仿生超疏水织物
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超疏水纺织材料具有防水、防污和自清洁等特性，可 广泛应用于工业防水布、医用材料、防护服和自清洁材料 等领域，成为当前功能性纺织材料的研究热点之一。表面
能是影响材料表面润湿性能的内在因素，它主要取决于材料表面 的组成元素。单独的只在表面修饰低表面能的物质，只能在一定 程度上提高材料的疏水性，但很难达到超疏水的要求。
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自然界中存在着许多超疏水现象，比如荷叶是由纤维素、叶 绿素和淀粉等多糖类碳水化合物组成的，含有大量的羟基和亚氨 基，本应极易吸附水分和污垢，但荷叶却能一直保持清洁状态， 具有“自清洁效应”。通过对荷叶的微观结构和表面元素分析， 研究者发现荷叶表面具有一层低表面能的长链烯烃类物质，且表 面由具有微纳米复合结构的乳突规整排列而成，这是促使荷叶达 到超疏水性能的主要原因。与荷叶相似却又有所不同的玫瑰花瓣 也具有疏水性能，它的凸起较荷叶略大些，在20 μm左右，但玫 瑰上的水滴会被牢固地粘附在表面，凸起的排列形状和密度也 有所不同。学者认为，正是表面微纳米结构的差异使得它们和水 之间的接触状态改变，从而造成粘滞力不同。
04 HOW
超疏水机理
01 WHERE 超疏水技术是将物理与化学方法相结合，既构成微纳米级粗糙 表面，又降低织物的表面能。通常用接触角来表征静止状态下固体 表面是否能被液体润湿，当接触角小于90°时，该固体表面为亲水 表面；当接触角大于90°时，则为疏水表面。而超疏水表面是指固 体表面对水的静态接触角在150°以上并且滚动角小于10°的表面 。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 1 溶胶-凝胶法 溶胶－凝胶法是在织物表面构造合适的粗糙结构，然后通过分 子价键连接上低表面能的物质，从而获得超疏水的表面。溶胶－凝 胶法可以在大气中进行，成分容易控制，工艺简单，可以实现分子 水平上的均匀掺杂。 RAO等以甲基三甲氧基硅烷为前体，制备了具有微结构的二氧 化硅超疏水涂层，测得的接触角高达155°。时银龙以FSiPA乳液为 成膜剂，采用碱催化溶胶－凝胶法制备了具有微－纳米粗糙结构的 SiO2/FSiPA超疏水杂化涂层，所制涂层表面具有良好的成膜性，其 表面的水接触角为154°。
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仿生超疏水表面的构筑方法
2 刻蚀法 刻蚀法是有选择地去除表面材料、赋予表面粗糙结构的方法， 可分为等离子体刻蚀、激光刻蚀和化学刻蚀。 李立名在常压条件下，以空气和少量氩气为气氛，四甲基四乙 烯基环四硅氧烷（D4V）和三氟丙基甲基环三硅氧烷（D3F）为单 体，利用常压等离子体在涤纶表面成功构建性能优良的超疏水表
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面。张平对涤纶进行碱刻蚀，使其表面产生“坑穴状”纳米 结构，提高织物表面微观粗糙度，然后采用烷基硅烷对涤纶 织物进行无溶剂法改性，制备的超疏水纺织品与水的接触角 大于150°，且稳定性良好。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 3.表面沉积法 沉积法是将原材料通过物理或化学的方法沉积在织物表面，从 而形成粗糙结构。该方法可通过气相沉积、电化学沉积、水热法、 层层组装等方式来实现。 卢永华将蔗糖脂肪酸酯在涤纶表面进行纳米半镶嵌，使得涤纶 表面变得粗糙，醋酸酐对涤纶表面的蔗糖环羟基的乙酰化，降低了 涤纶表面的表面能，获得的改性涤纶织物接触角从105.1°提高到了 163.4°,水滴滚落角从41.5°降至7.0°。同时，织物具有良好的耐 洗、耐磨性能。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 4.溶剂-非溶剂法 溶剂－非溶剂法是一种简单的构筑粗糙结构的超疏水表面的方 法，它根据溶解度原理，将液相沉积技术与表面包覆技术相结合。 在制备超疏水织物时，将聚合物溶解在按一定比例混合的溶剂与非 溶剂的混合溶液中，然后在基体上滴加非溶剂，在一定温度下使溶 剂蒸发，获得类似凝胶状的多孔表面，从而使得织物获得超疏水性 能。 杨艳丽等以对二甲苯为溶剂、 2－丁酮为非溶剂，制备了具有 超疏水性的聚丙烯（PP）微孔膜；通过探讨工艺条件对微孔膜疏水 性能的影响规律，在该超疏水微孔膜成功制备的基础上，设定两种 不同的整理方案，对棉织物进行整理，经过整理后的棉织物与水的 接触角可达到155°。
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仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状
01 WHERE 1.超疏水棉织物 姚盼盼等以Al（NO3）3和NaAlO2为原料，用微波加热反应生 成Al2O3，并处理到棉织物上使其产生粗糙表面，再用硬脂酸整理织 物，赋予织物超疏水性能。
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2.超疏水涤纶织物 李倩等利用NaOH对涤纶织物进行化学刻蚀形成粗糙表面，再采 用十六烷基三甲氧基硅烷进行低表面能修饰，获得接触角为 151.62°、滚动角为10°的超疏水涤纶织物。
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仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状
01 WHERE 3.超疏水羊毛织物 刘军将制备的粒径为100 nm左右的SiO2溶胶整理到织物上， 之后用含长链烷烃的硅烷整理，再在毛涤织物上构造疏水涂层，获 得的毛织物水接触角为138.4°±4.72°，测试表明SiO2颗粒均匀整 理到织物表面，且织物物理机械性能保持良好，但透气性略有下降 。 4.超疏水蚕丝织物 卢欣旸等采用甲基丙烯酸十四烷基酯（TMA）对蚕丝进行疏水 自修复处理，利用其疏水长链烷基酯在高温下可向表面迁移的性质 ，制备出具有自修复疏水功能的蚕丝织物。实验获得的织物接触角 可达135°，接枝真丝在分别经历8230次摩擦、 50次洗涤和10次自 修复后仍然具有良好的疏水性能。
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纺织品功能化是发展主流，而超疏水改性是功能性纺织品研究 的重要方向之一。如何利用各种技术制备仿生超疏水表面在研究 和工业生产中都具有重大意义。构造微纳米粗糙表面、修饰低表面 能物质是超疏水改性的主要方法之一。近年来，学者们在基于仿生 技术制备超疏水纺织材料方面取得了重大突破，但还是存在着工艺 复杂、能耗大等问题，且改性后的纺织品耐久性和使用性都不尽人 意，并且对环境造成一定危害，这些问题都亟待解决。
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Thank You
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超疏水纺织材料具有防水、防污和自清洁等特性，可 广泛应用于工业防水布、医用材料、防护服和自清洁材料 等领域，成为当前功能性纺织材料的研究热点之一。表面
能是影响材料表面润湿性能的内在因素，它主要取决于材料表面 的组成元素。单独的只在表面修饰低表面能的物质，只能在一定 程度上提高材料的疏水性，但很难达到超疏水的要求。
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自然界中存在着许多超疏水现象，比如荷叶是由纤维素、叶 绿素和淀粉等多糖类碳水化合物组成的，含有大量的羟基和亚氨 基，本应极易吸附水分和污垢，但荷叶却能一直保持清洁状态， 具有“自清洁效应”。通过对荷叶的微观结构和表面元素分析， 研究者发现荷叶表面具有一层低表面能的长链烯烃类物质，且表 面由具有微纳米复合结构的乳突规整排列而成，这是促使荷叶达 到超疏水性能的主要原因。与荷叶相似却又有所不同的玫瑰花瓣 也具有疏水性能，它的凸起较荷叶略大些，在20 μm左右，但玫 瑰上的水滴会被牢固地粘附在表面，凸起的排列形状和密度也 有所不同。学者认为，正是表面微纳米结构的差异使得它们和水 之间的接触状态改变，从而造成粘滞力不同。
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超疏水机理
01 WHERE 超疏水技术是将物理与化学方法相结合，既构成微纳米级粗糙 表面，又降低织物的表面能。通常用接触角来表征静止状态下固体 表面是否能被液体润湿，当接触角小于90°时，该固体表面为亲水 表面；当接触角大于90°时，则为疏水表面。而超疏水表面是指固 体表面对水的静态接触角在150°以上并且滚动角小于10°的表面 。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 1 溶胶-凝胶法 溶胶－凝胶法是在织物表面构造合适的粗糙结构，然后通过分 子价键连接上低表面能的物质，从而获得超疏水的表面。溶胶－凝 胶法可以在大气中进行，成分容易控制，工艺简单，可以实现分子 水平上的均匀掺杂。 RAO等以甲基三甲氧基硅烷为前体，制备了具有微结构的二氧 化硅超疏水涂层，测得的接触角高达155°。时银龙以FSiPA乳液为 成膜剂，采用碱催化溶胶－凝胶法制备了具有微－纳米粗糙结构的 SiO2/FSiPA超疏水杂化涂层，所制涂层表面具有良好的成膜性，其 表面的水接触角为154°。
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仿生超疏水表面的构筑方法
2 刻蚀法 刻蚀法是有选择地去除表面材料、赋予表面粗糙结构的方法， 可分为等离子体刻蚀、激光刻蚀和化学刻蚀。 李立名在常压条件下，以空气和少量氩气为气氛，四甲基四乙 烯基环四硅氧烷（D4V）和三氟丙基甲基环三硅氧烷（D3F）为单 体，利用常压等离子体在涤纶表面成功构建性能优良的超疏水表
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面。张平对涤纶进行碱刻蚀，使其表面产生“坑穴状”纳米 结构，提高织物表面微观粗糙度，然后采用烷基硅烷对涤纶 织物进行无溶剂法改性，制备的超疏水纺织品与水的接触角 大于150°，且稳定性良好。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 3.表面沉积法 沉积法是将原材料通过物理或化学的方法沉积在织物表面，从 而形成粗糙结构。该方法可通过气相沉积、电化学沉积、水热法、 层层组装等方式来实现。 卢永华将蔗糖脂肪酸酯在涤纶表面进行纳米半镶嵌，使得涤纶 表面变得粗糙，醋酸酐对涤纶表面的蔗糖环羟基的乙酰化，降低了 涤纶表面的表面能，获得的改性涤纶织物接触角从105.1°提高到了 163.4°,水滴滚落角从41.5°降至7.0°。同时，织物具有良好的耐 洗、耐磨性能。
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仿生超疏水表面的构筑方法
01 WHERE 4.溶剂-非溶剂法 溶剂－非溶剂法是一种简单的构筑粗糙结构的超疏水表面的方 法，它根据溶解度原理，将液相沉积技术与表面包覆技术相结合。 在制备超疏水织物时，将聚合物溶解在按一定比例混合的溶剂与非 溶剂的混合溶液中，然后在基体上滴加非溶剂，在一定温度下使溶 剂蒸发，获得类似凝胶状的多孔表面，从而使得织物获得超疏水性 能。 杨艳丽等以对二甲苯为溶剂、 2－丁酮为非溶剂，制备了具有 超疏水性的聚丙烯（PP）微孔膜；通过探讨工艺条件对微孔膜疏水 性能的影响规律，在该超疏水微孔膜成功制备的基础上，设定两种 不同的整理方案，对棉织物进行整理，经过整理后的棉织物与水的 接触角可达到155°。
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仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状
01 WHERE 1.超疏水棉织物 姚盼盼等以Al（NO3）3和NaAlO2为原料，用微波加热反应生 成Al2O3，并处理到棉织物上使其产生粗糙表面，再用硬脂酸整理织 物，赋予织物超疏水性能。
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2.超疏水涤纶织物 李倩等利用NaOH对涤纶织物进行化学刻蚀形成粗糙表面，再采 用十六烷基三甲氧基硅烷进行低表面能修饰，获得接触角为 151.62°、滚动角为10°的超疏水涤纶织物。
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仿生超疏水整理在纺织领域的应用现状
01 WHERE 3.超疏水羊毛织物 刘军将制备的粒径为100 nm左右的SiO2溶胶整理到织物上， 之后用含长链烷烃的硅烷整理，再在毛涤织物上构造疏水涂层，获 得的毛织物水接触角为138.4°±4.72°，测试表明SiO2颗粒均匀整 理到织物表面，且织物物理机械性能保持良好，但透气性略有下降 。 4.超疏水蚕丝织物 卢欣旸等采用甲基丙烯酸十四烷基酯（TMA）对蚕丝进行疏水 自修复处理，利用其疏水长链烷基酯在高温下可向表面迁移的性质 ，制备出具有自修复疏水功能的蚕丝织物。实验获得的织物接触角 可达135°，接枝真丝在分别经历8230次摩擦、 50次洗涤和10次自 修复后仍然具有良好的疏水性能。
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纺织品功能化是发展主流，而超疏水改性是功能性纺织品研究 的重要方向之一。如何利用各种技术制备仿生超疏水表面在研究 和工业生产中都具有重大意义。构造微纳米粗糙表面、修饰低表面 能物质是超疏水改性的主要方法之一。近年来，学者们在基于仿生 技术制备超疏水纺织材料方面取得了重大突破，但还是存在着工艺 复杂、能耗大等问题，且改性后的纺织品耐久性和使用性都不尽人 意，并且对环境造成一定危害，这些问题都亟待解决。
04 HOW
Thank You