一种超疏水功能材料及其制备方法与流程

本发明属于纺织材料领域，特别涉及一种单向导通的超疏水功能材料及其制备方法。

背景技术：

在炎热季节及湿热环境下，为了防止体温上升过快，人体皮肤会排出大量汗液，汗液蒸发带走热量，来维持正常体温。据文献报道，在气温29度时，人的汗液总量约有1.9～3.8kg。人们日常穿着的衬衫和贴身衣物，经常因汗湿变得粘腻而难以忍受，不利于皮肤的呼吸。汗液中氯化钠、碳酸钙等无机成分的堆积会破坏皮肤表层组织细胞；汗液中的有机成分更会利于微生物在体表的大量繁殖。由于空气污染和在公共场所交叉接触等因素，存在于皮肤表层的细菌会分解汗液中的有机成分，产生各种有毒物质，释放出有异味的气体，甚至引起皮肤病，如湿疹、毛囊炎、疖子、痱子等。汗液过多还会冲掉皮肤表面的皮脂，造成汗液与皮脂比例失调，正常的皮肤酸碱性变为碱性，对细菌的抵抗力减弱，皮肤由此变得粗糙。

近年来，对服装材料的超疏水、防水及拨水处理技术日益成熟，其表面具有疏水功能，该功能能够阻止各种水性成分渗入织物，可以防止进餐时的餐汁沾染，防止高档服装在小雨天气里被雨水浸湿。

但是，在超疏水处理时，由于采用了硅氧烷或含氟聚合物类试剂，纺织材料在高温固化后，手感会变得僵硬。更重要的是，由于聚合物的交联作用，在材料表面形成高分子膜，直接接触皮肤的部分变得闷热不堪，阻碍大量汗液的导出，汗液留存在内层，严重影响了服装材料的穿着舒适性。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明的目的在于提供一种吸湿保型、透气舒适的超疏水功能材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下。

一种超疏水功能材料，包括具有亲水性质的基底，以及位于所述基底的至少一部分上具有包括至少一个亲水部和至少一个超疏水功能部的图案；其中，所述超疏水功能部含有纳米二氧化硅、纳米氧化锌或纳米二氧化钛的复合物。

优选地，所述至少一个超疏水功能部以涂层的形式存在于所述基底之上。

优选地，所述超疏水功能材料中纳米粒子及其复合物的含量为2～5g/m²。

优选地，所述基底的材料选自全棉织物及其混纺织物、丝绸织物、天然麻织物、人造纤维织物。

优选地，所述超疏水部的面积占所述图案的整体面积比例从1％到50％的范围中选择。

优选地，所述超疏水部的面积比例占图案整体面积的15～25％，亲水部的面积占图案整体面积的75～85％。

本发明还提供了一种制备超疏水功能材料的方法，包括：

(1)面料预处理，用以去除材料可能残留的蜡质、油类及表面活性剂；

(2)采用点印方法或连续压印方法将工作液压印在所述面料上，从而制备超疏水图案；所述工作液通过以有机溶剂为介质，将纳米粒子均匀分散在疏水剂中，并添加酸碱度调节剂和润湿剂配制而成；所述纳米粒子为SiO₂、ZnO或TiO₂其中一种；

(3)烘干得到所述超疏水功能材料。

优选地，所述疏水剂的工作浓度为40～70g/l；润湿剂为有机醇类，工作浓度为0.01～0.05g/l。

优选地，所述面料预处理工艺使用Na₂CO₃：5％，温度40～45℃，时间15～20min，带液率50％；随后在100℃烘干2min；

所述烘干选用循环式热风烘干，温度70～100℃，时间1～2.5min。

本发明还提供了一种制备超疏水功能材料的装置，包括储液槽、压印装置、导液回流装置，以及加热装置；

其中，在所述储液槽中以有机溶剂为介质，将纳米粒子均匀分散在疏水剂中，配制成一定浓度的工作液；加入冰乙酸调节工作液的酸碱度，加入有机醇类作为润湿剂，形成稳定均一的溶胶。

所述压印装置为点印装置或连续压印装置，其能够将超疏水剂压印在基底上。

所述加热装置能够对经过压印的基底烘干，从而得到超疏水功能材料。

本发明通过以上技术方案，将超疏水试剂采用压印的加工方式，以星状或条带状等图案模型施加在服装材料表面，由此既能通过功能点的作用防止水性物质的沾污，又能保证穿着时的透气性能，保持服装挺括及外观形貌，防止汗液驻留在贴身衣物上对皮肤造成伤害。

附图说明

图1是根据本发明的具有点阵图案的超疏水功能材料平面示意图，

图2是根据本发明的具有带系图案的超疏水功能材料平面示意图，

图3是具有点阵图案的超疏水功能材料剖面示意图，

图4是具有带系图案的超疏水功能材料剖面示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种超疏水功能材料，例如衬衫材料或内衣材料，该超疏水功能材料包括具有亲水性质的基底，所述基底的至少一部分上具有包括至少一个亲水部和至少一个超疏水功能部的图案。其中，所述至少一个超疏水功能部优选以涂层的形式存在于所述基底之上。

这里的术语“超疏水”，指的是材料界面对水分子的接触角≥150°。相应地，术语“亲水”指的是材料的表面易被水所润湿的性质，通常认为其所指的是材料的表面对水分子的接触角低于90°。

这里的术语“图案”指的是将亲水部的形状与超疏水功能部的形状所进行的拼接与组合，通过这样的组合使得超疏水功能材料的特定部分得以覆盖。亲水部的形状和超疏水部的形状可以是规则的，也可以是不规则的，或者两者的组合。亲水部和超疏水部的比例可以根据实际应用的需要调整，例如亲水部的面积占图案整体面积比例可以从1％到99％的范围中选择。优选地，超疏水部的面积比例占图案整体面积的15～25％，亲水部的面积占图案整体面积的75～85％。

根据本发明的一个优选实施方案，包括至少一个亲水部和至少一个超疏水功能部的所述部分是可吸湿透气的。

根据本发明的一个优选实施方案，所述超疏水功能材料的制备方法是在服装材料上，印制超疏水功能点阵或条带状图案，得到的具有亲/疏水复合功能的材料。功能点阵或带系是超疏水的，面料基底是亲水的。基底材料可以把人体代谢产生的汗液吸湿后导出，而疏水点阵或带系形成支撑材料的骨架，使皮肤和织物不形成大面积的粘附，同时，外界的液滴无法通过润湿作用渗透到材料内部，这一性能可以表述为材料对水性分子的单向导通模式。

通常状态下，气体分子的直径约0.4nm，而液体分子直径约3nm，由于散布在织物上的功能呈点阵或带系形式，既可以导出皮肤排出的汗液，皮肤呼出的气体也可自由透出织物。功能点阵或带系可防止外界水性物质沾污，阻隔如小雨、餐桌酱汁等水性分子的附着。由于超疏水功能点阵或带系的制备，使得服装被赋予了超疏水功能，又在穿着时保留了透气性，保证了服装材料的功能性与舒适性。

具有亲水性质的基底可由各种现有的材料制造，例如全棉织物及其混纺织物、丝绸织物、天然麻织物、人造纤维织物。基底材料可以使用上述纤维制备的梭织品及针织品。

如图1-4所示，本发明的超疏水功能材料的基底为天然纺织材料，基底表面分布着超疏水处理的功能点阵或带系，超疏水点阵形成支撑材料的骨架。人体代谢产生的汗液，可以通过具有亲水特质的基底材料导出，而疏水的外表面可有效避免水性分子的附着。

根据本发明的一个优选实施方案，所述超疏水功能材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)面料预处理，用以去除材料可能残留的蜡质、油类及表面活性剂。

(2)采用点印方法或连续压印方法制备超疏水点阵或带系。

(3)循环式热风烘干。

优选地，所述面料预处理工艺使用Na₂CO₃：5％，温度40～45℃，时间15～20min，带液率50％；随后在100℃烘干2min。

优选地，室温下对材料进行涂层。

优选地，所述循环式热风烘干选用温度70～100℃，时间1～2.5min。

根据本发明的一个优选的实施例，所述的超疏水功能材料是通过化学方法，在纺织材料上使用超疏水剂绘制具有疏水功能的特定图案，使材料具有超疏水及透气透湿的服用功能，使得水性分子和气体分子可以由内向外单向通过。

优选地，所述超疏水剂是由氟化聚合物与无机纳米纤维和有机溶剂组成，其中：无机纳米纤维的含量为5～30wt％、氟化聚合物的含量为5～50wt％、余量为有机溶剂。

所述的氟化聚合物选自氟化聚丙烯、聚偏氟乙烯、氟化聚异丁烯、聚四氟乙烯中的一种。

所述的无机纳米纤维选自碳纳米纤维、氧化锌纳米纤维、二氧化钛纳米纤维中的一种。

所述的碳纳米纤维、氧化锌纳米纤维、二氧化钛纳米纤维的纤维长度都是100nm至2μm。

所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、苯、甲苯、四氢呋喃、二硫化碳中的一种。

根据本发明的一个优选的实施方案，所述的超疏水功能点阵或带系，含有纳米氧化硅、或纳米氧化锌、或纳米氧化钛的复合物。织物中纳米粒子及其复合物的含量为2～5g/m²。

本发明所述的超疏水功能材料的制作是通过如下装置来完成：

一种用于制造超疏水功能材料的装置，包括储液槽、压印装置、导液回流装置，以及加热装置；

其中，在所述储液槽中以有机溶剂为介质，将纳米粒子均匀分散在疏水剂中，配制成一定浓度的工作液；加入冰乙酸调节工作液的酸碱度，加入有机醇类作为润湿剂，形成稳定均一的溶胶。

所述压印装置为点印装置或连续压印装置，其能够将超疏水剂压印在基底上。

所述加热装置能够对经过压印的基底烘干，从而得到超疏水功能材料。

根据本发明的一个优选的实施例，所述工作液中的疏水剂浓度为40～70g/l。

优选地，加入冰乙酸调节工作液的酸碱度至PH6～6.5。

优选地，所述工作液中加入异丁醇，至浓度为0.01～0.05g/l。

其中：纳米粒子为SiO₂、ZnO或TiO₂其中一种，疏水剂的工作浓度为40～70g/l；润湿剂成分为有机醇类，工作浓度为0.01～0.05g/l。

本领域技术人员均能理解，以上用于绘制具有疏水功能的特定图案的超疏水剂的材料应当是能够与基底材料充分结合的、质地柔顺的，并且不会对穿戴者的皮肤产生刺激。

优选地，织物中纳米粒子及其复合物的含量为2～5g/m²。该方法制备的纺织材料，其化学品残留物及制备过程符合国际纺织品生态研究与检验协会制定的Oeko-TexStandard10.0，Oeko-TexStandard2000《生态纺织通用及特殊技术要求》标准及《生态纺织品》国家标准。

下面通过若干更加优选的实施方案来对本发明做进一步的说明。这些实施方案反映了具有较佳实施效果的技术特征组合。

实施例1

将高支纯棉织物进行预处理，用以去除材料可能残留的蜡质、油类及表面活性剂。

以纳米二氧化硅为添加剂，配制浓度为70g/l，PH值6～6.5的超疏水工作液，装入储液槽，在点印装置上进行印制。

放入烘箱，100℃烘干2min，得到超疏水功能纯棉面料。

实施例2

将天然苎麻织物进行预处理，用以去除材料可能残留的蜡质、油类及表面活性剂。

以纳米氧化锌为添加剂，配制浓度为70g/l，PH值6～6.5的超疏水工作液，装入储液槽，在连续压印装置上进行印制。

放入烘箱，100℃烘干2min，得到超疏水功能苎麻面料。

实施例3

将平纹丝织物进行预处理，用以去除材料可能残留的蜡质、油类及表面活性剂。

以纳米二氧化钛为添加剂，配制浓度为50g/l，PH值6～6.5的超疏水工作液，装入储液槽，在点印装置上进行印制。

放入烘箱，100℃烘干1min，得到超疏水功能真丝面料。