一种多酚改性制备超疏水织物的方法

文档序号:10712818阅读:1199来源:国知局
一种多酚改性制备超疏水织物的方法
【专利摘要】本发明公开一种多酚改性制备超疏水织物的方法,属于纺织技术领域。该方法采用将织物依次浸渍在氯化铁和多酚类化合物溶液中,得到表面金属?多酚膜层修饰的织物,随后将表面金属?多酚膜层修饰的织物浸渍于含有低表面能物质的乙醇和水混合液中,反应6~24小时后,依次用去离子水和无水乙醇洗涤,40℃下,真空干燥织物5~10小时,得到酚改性的超疏水织物。该超疏水织物具有很好的耐皂洗度及高效持久的疏水性,经20次洗涤后,静态接触角仍可大于150℃,织物品种多样化,应用广泛,且制备工艺简单,绿色环保,成本低,适合大规模生产。
【专利说明】
一种多酚改性制备超疏水织物的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种多酚改性制备超疏水织物的方法,属于纺织技术领域。
【背景技术】
[0002]织物的拒水和疏水整理对提升纺织品的功能和改善织物的自清洁、防污染以及抑制细菌滋生等方面都具有非常重要的作用,近年来,对纺织品表面构筑超疏水表面受到了很大的关注。制备超疏水纺织品的常用方法是,首先在纺织品表面构筑合适的粗糙度,然后对具有粗糙结构的纺织品表面进行表面疏水化改性。目前,在纺织品表面构筑微纳粗糙结构的方法主要有:溶胶-凝胶法、水热法、层层组装法、聚合物改性法、气相沉积法、纳米粒子负载法等。
[0003]上述改性方法有的会破坏织物内部结构、操作复杂、反应条件苛刻、反应效率低,极大地限制了超疏水表面的实际应用。用于超疏水织物的整理剂大多为氟化合物或硅烷化合物,需要添加纳米颗粒增大表面粗糙度。氟化合物具有毒性,不适合纺织品等亲肤类材料;硅烷化合物格昂贵;纳米颗粒的使用容易造成涂层脱落。探索绿色环保、新型高效的制备超疏水织物的方法,对于扩展超疏水织物的应用具有重要的意义。
[0004]近年来,仿生表面改性技术作为一种非常重要的方法应用于材料的表面的功能化处理。例如,仿贻贝粘附性能已经成功的应用于构建超疏水织物的处理,中国专利CN104988737A公开了一种将涤纶纤维织物依次浸泡在不同的缓冲溶液中,多巴胺聚合产生的纳米颗粒沉积到粘附有聚多巴胺的纤维表面,最后采用低表面能改性剂处理纤维获得超疏水纺织品的方法,中国专利CN104562709A公开了在普通织物表面沉积聚多巴胺薄膜,然后利用其对纳米粒子的螯合性,在其表面沉积氧化银颗粒,最后利用低表面能物质对织物进行疏水化处理而得到耐用超疏水织物的方法。上述两种方法分别利用多巴胺仿生修饰的特点,制备了耐久性的超疏水织物,但是所选用的多巴胺成本高,而且多巴胺在织物表面的沉积聚合时间长,可用的多巴胺类似物的范围有限,限制了其应用。
[0005]最近,Caruso等开发出一种简单、快速、安全、廉价的涂饰材料,此涂层通过一步自组装铁(III)和天然多酚类化合物而成,多酚类化合物广泛存在于植物中,多酚中含有丰富的邻苯三酚,可通过氢键、疏水键或共价键与各种基材作用,能够在几乎所有基材表面附着,形成稳定的包覆层(Science 2013,341,154)。同时多酚-金属包覆层中含有丰富的儿茶酚基团,在生理环境下,这些基团很容易被氧化成醌式结构,从而与含有硫醇(SH)、氨基(NH2)或亚氨基(NH)的有机分子发生迈克尔加成或席夫碱反应,从而有效地将功能性分子化学键合到材料表面。多酚改性方法操作简单,经济高效,绿色环保,目前已经被成功的应用于生物材料、油水分离、能源等研究领域。
[0006]尽管如此,在已经公开的研究文献及专利中,还未见使用此种方法在织物表面实现对低表面能物质的键合,因此利用金属-多酚层的快速反应、强附着性和二次反应活性的优势,实现温和条件下,高效快速的制备得到耐久性超疏水织物,在工业上具有广泛的应用前景。

【发明内容】

[0007]针对上述存在问题,本发明的目的在于克服上述缺陷,建立一种基于多酚改性制备超疏水织物的方法,该方法反应条件温和,反应快速,所用材料经济易得,实验过程简单环保,制备的超疏水纺织品具有很好的持久性。
[0008]为满足本发明目的的技术解决方案是:一种多酚改性制备超疏水织物的方法,所述制备方法按以下步骤进行:
[0009]A.将洗净的织物浸渍于FeCl3.6H20与去离子水质量比为0.0008?0.004组成的溶液中,洗净的织物与去离子水的质量比为1: 50,在25?40 0C条件下,搅拌反应0.0I?0.1小时,搅拌速度为100?300r/min,再向溶液中加入与去离子水质量比为0.0032?0.016的多酚类化合物,继续在25?40°C下,搅拌反应0.05-1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将上述混合溶液调节到pH值为8.0-9.5,在25?40 °C条件下,将调节后的混合溶液搅拌I小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,经风干得到表面修饰有多酚-铁膜层的织物;
[0010]B.将经A步骤处理后得到的表面修饰有多酚-铁膜层的织物浸渍在含有低表面能物质的浓度为1.0mg/mL-4.0mg/mL的乙醇和水混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,多酚-铁膜层修饰的织物与混合溶液的质量与体积比为I: 50,其中乙醇和水的体积比为7:3,用三乙胺将上述混合溶液调节至IjpH值为8?10,在25?40°C条件下,搅拌反应6?24小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,在40 °C下,真空干燥织物5?10小时,得到多酚改性的超疏水织物。
[0011]所述织物为棉或苎麻或蚕丝或涤纶或锦纶或腈纶中的一种。
[0012]所述多酚类化合物为单宁酸或茶多酚或葡萄多酚或没食子酸中的一种。
[0013]所述低表面能物质为正十二烷基硫醇或正十六烷基硫醇或正十八烷基硫醇或正十二胺或正十八胺中的一种。
[0014]由于采用了以上技术方案,本发明具有以下优点:
[0015]本发明方法基于共价层层自组装原理,依靠金属-多酚膜层的快速形成、粘附和沉积于纤维表面构成超疏水表面所需的粗糙结构,同时金属-多酚膜层中的儿茶酚基团在碱性条件下形成大量的邻二醌基团,该邻二醌基团能与长链烷烃硫醇或胺基化合物发生迈克尔加成或席夫碱反应而牢固的将低表面能物质结合在材料表面,从而得到多酚改性持久性超疏水织物。本发明方法以浸渍方式将金属-多酚沉积于织物表面,该沉积方式快速,价格便宜,可以大大的提高了超疏水织物的生产效率。该仿生修饰层具有优异的抗形变性能、稳定性能、反应活性以及生物相容性,能直接与长链氨基或硫醇化合物反应而将低表面能化合物共价固定在织物表面,无需加入额外的粘附剂或偶联剂。本发明方法所用的多酚化合物和氯化铁来源广泛,多酚在织物表面结合快速且牢固制备得到的超疏水织物具有很好的耐皂洗度,经20次洗涤后,静态接触角仍可大于150°C,对织物材料的种类没有限制,对织物的自身结构不会破坏,产品多样化,应用广泛,且制备工艺简单,对环境不造成污染,成本低,适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0016]以下结合具体实施例对本发明做进一步的描述。一种多酚改性制备超疏水织物的方法,所述制备方法按以下步骤进行:
[0017]A.将洗净的织物浸渍于FeCl3.6H20与去离子水质量比为0.0008?0.004组成的溶液中,洗净的织物与去离子水的质量比为1: 50,在25?40 0C条件下,搅拌反应0.0I?0.1小时,搅拌速度为100?300r/min,再向溶液中加入与去离子水质量比为0.0032?0.016的多酚类化合物,继续在25?40°C下,搅拌反应0.05-1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将上述混合溶液调节到pH值为8.0-9.5,在25?40 °C条件下,将调节后的混合溶液搅拌I小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,经风干得到表面修饰有多酚-铁膜层的织物,所述织物为棉或苎麻或蚕丝或涤纶或锦纶或腈纶中的一种,所述多酚类化合物为单宁酸或茶多酚或葡萄多酚或没食子酸中的一种。
[0018]B.将经A步骤处理后得到的表面修饰有多酚-铁膜层的织物浸渍在含有低表面能物质的浓度为1.0mg/mL-4.0mg/mL的乙醇和水混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,多酚-铁膜层修饰的织物与混合溶液的质量与体积比为1: 50,用三乙胺将上述混合溶液调节到pH值为8?10,在25?40°C条件下,搅拌反应6?24小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,在40°C下,真空干燥织物5?10小时,得到多酚改性的超疏水织物。所述低表面能物质为正十二烷基硫醇或正十六烷基硫醇或正十八烷基硫醇或正十二胺或正十八胺中的一种,这些低表面能物质和多酚类化合物能够方便的通过市场购买,且多酚化合物广泛存在于植物体内,来源广泛。本发明通过简单的浸渍法在碱性条件下,能将金属-多酚膜迅速的沉积于纤维表面构成超疏水表面所需的粗糙结构,浸渍过程中,铁与多酚之间通过共价层层自组装作用,在织物表面逐层的形成金属-多酚膜,从而增加了织物表面的粗糙度,并且成膜过程时间短,结合牢固,为构建超疏水织物所需的粗糙度提供了基础;同时金属-多酚膜层中的领苯三酚或儿茶酚基团在碱性条件下形成大量的邻二醌基团,该邻二醌基团能与长链烷烃硫醇或胺基化合物发生迈克尔加成或席夫碱反应而牢固的将低表面能物质结合在织物表面,从而得到多酚改性持久性超疏水织物。该仿生修饰层,具有优异的抗形变性能、稳定性能、快速反应活性以及生物相容性,无需加入额外的粘附剂或偶联剂,反应条件温和,所用试剂少,是一种绿色环保、新型高效的制备超疏水织物的方法。
[0019]具体实施例
[0020]实施例1
[0021]将Ig洗净的棉织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.04g的FeCl3.6H20,在20°C条件下,以100r/min的搅拌速度搅拌反应0.01小时后,再加入0.168的单宁酸,继续在25°(:下,搅拌反应0.05小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为8.0,得到的混合液在25°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,经风干得到表面单宁酸-铁膜层修饰的棉织物;将Ig表面修饰有单宁酸-铁膜层的棉织物浸渍在含有50mg正十二烷基硫醇的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,用三乙胺调节混合溶液pH值为8,在25°C条件下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,40°C下真空干燥织物5小时,得到表面多酚改性的超疏水棉织物。
[0022]实施例2
[0023]将Ig洗净的苎麻织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.08g的FeCl3.6H20,在25°C条件下,以200r/min的搅拌速度搅拌反应0.02小时后,再加入0.32g的茶多酚,继续在25°C下,搅拌反应0.08小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为8.5,得到的混合液在35°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,经风干得到表面茶多酚-铁膜层修饰的苎麻织物;将Ig表面修饰茶多酚-铁膜层的苎麻织物浸渍在含有10mg正十六烷基硫醇的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,用三乙胺调节混合溶液pH值为8.5,在20°C下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次,40°C下真空干燥织物6小时,得到多酚改性超疏水苎麻织物。
[0024]实施例3
[0025]将Ig洗净的蚕丝织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.08g的FeCl3.6H20,在25°C条件下,以150r/min的搅拌速度搅拌反应0.01小时后,再加入0.32g的葡萄多酸,继续在25°C下,搅拌反应0.1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为8.5,得到的混合液在25°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤蚕丝织物3次,经风干得到表面葡萄多酚-铁膜层修饰的蚕丝织物;将Ig表面修饰有葡萄多酸-铁膜层的蚕丝织物浸渍在含有50mg正十八烧基硫醇的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7: 3,用三乙胺调节混合溶液pH值为9.0,在30°C下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次,40°C下真空干燥织物8小时,得到多酚改性超疏水蚕丝织物。
[0026]实施例4
[0027]将Ig洗净的涤纶织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.1g的FeCl3.6H20,在30°C条件下,以300r/min的搅拌速度搅拌反应0.01小时后,再加入0.4g的没食子酸,继续在25°C下,搅拌反应0.1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为9,得到的混合液在25°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤涤纶织物3次,经风干得到表面没食子酸-铁膜层修饰的涤纶织物;将Ig表面修饰有没食子酸-铁膜层的涤纶织物浸渍在含有150mg正十八烷基硫醇的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7: 3,用三乙胺调节混合溶液pH值为9.0,在30°C下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次,40°C下真空干燥织物8小时,得到多酚改性超疏水涤纶织物。
[0028]实施例5
[0029]将Ig洗净的锦纶织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.2g的FeCl3.6H20,在40°C条件下,以300r/min的搅拌速度搅拌反应0.01小时后,再加入0.8g的单宁酸,继续在25°C下,搅拌反应0.1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为9,得到的混合液在25°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤锦纶织物3次,经风干得到表面多酚-铁膜层修饰的锦纶织物;将Ig表面修饰有单宁酸-铁膜层的锦纶织物浸渍在含有150mg正十二胺的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,用三乙胺调节混合溶液pH值为9.0,在35°C下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次,40°C下真空干燥织物10小时,得到多酚改性超疏水锦纶织物。
[0030]实施例6
[0031]将Ig洗净的腈纶织物浸渍在50g的去离子水中,加入0.08g的FeCl3.6H20,在40°C条件下,以300r/min的搅拌速度搅拌反应0.01小时后,再加入0.32g的单宁酸,继续在25°C下,搅拌反应0.1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将混合溶液调节到pH值为9,得到的混合液在40°C下,以300r/min的搅拌速度继续搅拌I小时后,取出织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤腈纶织物3次,经风干得到表面多酚-铁膜层修饰的涤纶织物;将Ig表面修饰有单宁酸-铁膜层的腈纶织物浸渍在含有200mg正十八胺的50mL乙醇和水的混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,用三乙胺调节混合溶液pH值为9.0,在30°C下,以200r/min速度搅拌反应24小时后取出,依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次,40°C下真空干燥织物8小时,得到多酚改性超疏水腈纶织物。
【主权项】
1.一种多酚改性制备超疏水织物的方法,其特征在于,所述制备方法按以下步骤进行: A.将洗净的织物浸渍于FeCl3.6H20与去离子水质量比为0.0008?0.004组成的溶液中,洗净的织物与去离子水的质量比为1:50,在25?40 °C条件下,搅拌反应0.0I?0.1小时,搅拌速度为100?300r/min,再向溶液中加入与去离子水质量比为0.0032?0.016的多酚类化合物,继续在25?40°C下,搅拌反应0.05-1小时,随后用0.lmol/L的NaOH溶液将上述混合溶液调节到pH值为8.0-9.5,在25?40 °C条件下,将调节后的混合溶液搅拌I小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,经风干得到表面修饰有多酚-铁膜层的织物; B.将经A步骤处理后得到的表面修饰有多酚-铁膜层的织物浸渍在含有低表面能物质的浓度为1.0mg/mL-4.0mg/mL的的乙醇和水混合溶液中,其中乙醇和水的体积比为7:3,多酚-铁膜层修饰的织物与混合溶液的质量与体积比为1: 50,用三乙胺将上述混合溶液调节至丨JpH值为8?10,在25?40 °C条件下,搅拌反应6?24小时,搅拌速度为100?300r/min,取出反应后的织物,依次用去离子水和无水乙醇洗涤织物3次,在40°C条件下,真空干燥织物5?1小时,得到多酚改性的超疏水织物。2.根据权利要求1所述的一种多酚改性制备超疏水织物的方法,其特征在于:所述织物为棉或苎麻或蚕丝或涤纶或锦纶或腈纶中的一种。3.根据权利要求1所述的一种多酚改性制备超疏水织物的方法,其特征在于:所述多酚类化合物为单宁酸或茶多酚或葡萄多酚或没食子酸中的一种。4.根据权利要求1所述的一种多酚改性制备超疏水织物的方法,其特征在于:所述低表面能物质为正十二烷基硫醇或正十六烷基硫醇或正十八烷基硫醇或正十二胺或正十八胺中的一种。
【文档编号】D06M13/252GK106087404SQ201610390220
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610390220.9, CN 106087404 A, CN 106087404A, CN 201610390220, CN-A-106087404, CN106087404 A, CN106087404A, CN201610390220, CN201610390220.9
【发明人】顾绍金, 杨玲, 黄菁菁, 徐卫林, 杨红军, 周应山, 卜怿明
【申请人】武汉纺织大学
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