你的位置:纳米防水网 > 防水资讯 > 行业新闻 > 浏览文章

《Nature》子刊:突破!不含全氟化碳(PFC)的疏油纺织品诞生

2020年09月21日 点击:

不小心被油渍弄脏衣服的事情,想必大家都遇到过,让人苦恼又无奈。为此,防油织物被人们开发出来,这种织物易于清洁,减少了保养费用,保持织物的自然外观并改善透气性和耐化学性,是一种理想的衣物原料。


通常,大家是利用长链全氟化合物(PFC-)作为低表面能织物整理剂提高纺织品的防油性/防水性和耐久性。但是,基于PFC的饰面会严重影响健康和环境,降解副产物极为持久,其中一些需要数百年才能分解。在一些最偏远的地方,包括在哈巴雪山的雪中(海拔5,053m)和北极熊的肝脏中都发现了其副产物的存在。为了应对这些环境问题,纺织品制造商已开始使用短链PFC(6长或4长的全氟化碳链)。但短链PFC的副产物不仅仍具有毒性,而且拒油性功能也较差,因而被服装工厂逐步淘汰。所有先前对织物整理剂的研究都表明,如果没有全氟化,就不能实现拒油性。因此,针对无氟织物的开发,是一种巨大的挑战。

5.jpg

近日,哥伦比亚大学Kevin Golovin课题组开发了使用不含PFC的表面化学材料制造防油纺织品整理剂的设计参数。通过在给定编织的每根纤维上添加次级的,较小的长度尺度的纹理,当纹理大小,间距和表面化学性质得到适当控制时,可以实现强大的拒油性。除了合成汗水外,它还对菜籽油,橄榄油和蓖麻油具有疏油性。对于表面张力低至23.9 mN m-1的液体,纺织品仍保持不润湿。相关研究以“Rational design of perfluorocarbon-free oleophobic textiles”发表在Nature Sustainability上。

6.png


疏油织物的制备:
织物用氧等离子体处理,经过异丙醇洗涤,压缩空气干燥后,放入四乙氧基硅烷(TEOS)和乙醇溶液,室温下搅拌。加入水和HCl,并升温搅拌一定时间,冷却至室温老化。将样品进行等离子体处理后,浸入硅烷醇溶液,烤箱中高温固化后,在室温下于1,3-二氯四甲基二硅氧烷蒸气中处理。最后,用异丙醇洗涤以除去样品中未反应的部分,压缩空气干燥后,得到疏油织物。
疏油织物的制备原理及性能:
织物经过等离子蚀刻,表面呈现出亲水性。TEOS水解形成的SiO2含有大量的羟基,可以在织物上形成反应层,固化后,构筑合适粗糙度的微纳结构(Dfibre*≥π时,织物具有疏油性)。
7.png
图1 未润湿的纤维,颗粒和装饰颗粒的纤维的润湿性
浸入硅烷醇溶液后,织物表面含有大量的硅烷醇基团,可以和1,3-二氯四甲基二硅氧烷的硅氧烷发生反应,从而修饰表面的低表面能。在合适的粗糙度和低表面能的协同作用下,织物获得了疏油性。研究结果发现,粒子与纤维共价键合,通过磨蚀,洗涤或反复磨损都不能去除表面化学物质或颗粒,具有稳定的疏油性。基于烷基和基于PDMS的表面化学都可以生物衍生,可生物降解并可以回收利用,因此在机械磨损后重新涂饰可能仍然是可行的,提高技术服装行业的可持续性。
8.png
图2 疏油织物

9.png

图3 层级表面的织物
小结:作者通过合理设计织物表面的结构和采用合适的低表面能物质,制备得到耐久性疏油织物。该织物在复杂环境中可以很好的保持疏油性,可生物降解并回收利用。这种绿色可持续发展织物的制备策略,为工业化的生产提供了参考价值。