一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法。

背景技术

近年来，棉织品由于其独特的优势，如舒适、柔软、透气等，已被应用于许多领域(医学、军用、服装以及可穿戴电子产品等)。然而，原始的棉纤维面料也存在一些缺点，比如机械强度较低、易皱、易脏、易燃性，以及弱紫外线阻隔能力等，限制其广泛的用途。随着纺织品功能性和多样化的不断提高，一种具有超疏水性能的纺织品材料，因其诱人的前景已引起了国内外研究者的极大关注。如超疏水性、抗污染和自清洁性、紫外线防护、阻燃性、抗菌性能、导电性、抗皱性能、抗静电性能等，可广泛应用于防雪/防雨/防污户外服、潜水衣、室内装饰织物、野营帐篷、军用作战服、工业用防水布、农用纺织品及医药卫生用纺织品等方面。

超疏水表面层的制备主要有两种途径，一是采用共混法、聚合法或混合纺丝技术制备超疏水性纳米纤维，然后再编织成织物，这种方法只适合于合成纤维；另一种是针对天然纤维织物或已经编织好的织物成品进行后整理获得超疏水效果，该方法也是工业上获得柔软、抗紫外、杀菌等多功能型织物的最常用方法。

目前超疏水纺织品多数采用含氟单体、硅氧烷等低表面能物质通过物理涂覆法进行制备，制备成本较高，疏水整理剂与纤维基材的作用力较弱，疏水纺织品在应用时受到机械摩擦或化学腐蚀会逐渐失去超疏水性，从而缩短其使用寿命。因此，如何在不破坏棉纤维原有力学性能基础上，通过简便有效的方法，提高纤维织物表面超疏水层的耐久性、自清洁性、超疏水性、抗紫外线性等性能是当前超疏水织物制备研究中必须要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法，能够使得棉布具备抗紫外线及超疏水性能。

本发明所采用的技术方案是：一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法，具体操作步骤如下：

步骤1：将棉布洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于月桂酸的无水乙醇溶液中，经过8～24h后取出，高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。

步骤1中对棉布第一次完全干燥之前将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤。

步骤1中纳米二氧化钛的无水乙醇溶液的质量浓度为1～6wt％。

步骤1中纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm。

步骤1中分散时温度为20～50℃，分散的时间为25～50min。

步骤2中月桂酸的无水乙醇溶液的质量浓度为2～6wt％。

在进行步骤2时，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为10～80℃。

步骤2中高温干燥的温度为70～100℃、高温干燥的时间为1～8h。

本发明的有益效果是：

1)本发明制备的抗紫外线超疏水棉布工艺简单，制备成本低廉，适合进行工业化生产推广，具有优越的经济效益。

2)本发明采用的是溶液浸泡法对棉布进行表面改性，只需按顺序将棉布浸泡于二氧化钛的无水乙醇溶液和月桂酸的无水乙醇溶液，经干燥后即可获得抗紫外线超疏水棉布，整个生产周期不超过40小时，且制备原料无毒、环境友好、廉价易得。

3)本发明的抗紫外线超疏水棉布具有超疏水性能，水静态接触角大于150度，从而表现出优异的超疏水性和表面自清洁能力。

4)本发明的抗紫外线超疏水棉布具有优异抗紫外线性能，将200～400nm紫外波段光分别照射改性后的棉布与普通棉布一面，通过检测另一面紫外光透过率来评价棉布的抗紫外线能力。结果表面，改性后的棉布基本可阻挡紫外波段的全部紫外光，而普通棉布则无此性能。

5)本发明的抗紫外线超疏水棉布具有良好的透气性，根据gb/t5453—1997《纺织品织物透气性测定》标准，采用yg461d型数字式透气率仪测试织物透气性。普通棉布经表面改性后，其透气率仅下降了2.1％，棉布改性前后的透气性相差不大，对其应用于纺织行业提供了有利的条件。为了直观的表现本发明棉布具有优异的透气性，可通过氨水透过本发明棉布的速率来测试。将盛有氨水的容器口用本发明棉布密封，棉布表面滴几滴加了指示剂的溶液，氨气挥发透过棉布并溶于棉布表面的液滴，使其ph值增加，指示剂变色。变色过程非常迅速(5秒以内)，能有效的证明本发明棉布仍具有良好的透气性。

6)本发明的棉布耐磨损，将制备的超疏水棉布平铺在600目砂纸上，再将200g的砝码固定在超疏水棉布上，给超疏水棉布加以水平外力，使超疏水棉布在砂纸上来回移动，往返距离为20cm，往返摩擦500次，棉布表面仍保持高的超疏水耐久性。

附图说明

图1是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布和普通棉布通过固体紫外光谱仪分析测试两种棉布紫外光透过率的对比图；

图2是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布的平均角度为151°的水接触角表征结果图；

图3是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布的平均角度为154°的水接触角表征结果图；

图4是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布的平均角度为156°的水接触角表征结果图；

图5是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布的平均角度为153°的水接触角表征结果图；

图6是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布的平均角度为152°的水接触角表征结果图；

图7是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布经摩擦测试500次后平均角度为146°的水接触角表征结果图；

图8是利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布和普通棉布的高倍扫描电镜对比图。

具体实施方式

本发明提供的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法具体操作步骤如下：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，使得棉布表面的灰尘和有机物等杂质冲洗干净，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于质量浓度为1～6wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为20～50℃，分散的时间为25～50min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤，洗掉多余的二氧化钛颗粒，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于质量浓度为2～6wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为10～80℃，经过8～24h后取出，高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为70～100℃、高温干燥的时间为1～8h。

利用本发明一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法制得的抗紫外线超疏水棉布。疏水性表现：经检测，该抗紫外线超疏水棉布与水滴的静态接触角可高达156°表现出良好的疏水性，以铅笔芯粉末作为灰尘模拟物，经铅笔芯粉末污染的超疏水棉布在水的冲洗下，铅笔芯粉末很快被水带走，超疏水棉布表面洁净如新，因为超疏水性而表现出自清洁性。抗紫外线性能表现：将普通棉布和抗紫外线超疏水棉布分别用固体紫外光谱分析仪测试，结果表明抗紫外线超疏水棉布基本抵抗掉紫外光区的全部紫外光(见图1)。该抗紫外线超疏水棉布即使在极端条件下(强酸、强碱、高温)，仍能保持优异的抗紫外线、自清洁、超疏水性能。透气性表现：根据gb/t5453—1997《纺织品织物透气性测定》标准，采用yg461d型数字式透气率仪测试织物透气性。为了直观的表现本发明棉布良好的透气性，将盛有氨水的烧杯口部用该抗紫外线超疏水棉布密封，取ph＝2的hcl溶液，加入甲基橙做为指示剂，溶液呈现红色，将该红色溶液滴在超疏水棉布上，由于该抗紫外线超疏水棉布优异的透气性，氨水挥发，氨气溶于红色液滴，使红色液滴ph值上升，红色液滴快速变黄。另外，对该抗紫外线超疏水棉布表面进行磨损试验，经摩擦测试500次后磨损的棉布织物外形严重变形，通过接触角测试仪测定其表面水接触角高达146°(见图7)，仍能保持优异的超疏水性能。经扫描电镜观察普通棉布和本发明棉布，结果显示在同等放大倍数下(标尺为2微米)普通棉布纤维骨架表面光滑，而本发明棉布纤维骨架表面有分布均匀的微纳米结构颗粒(见图8)，正是因为这种分级的微纳米结构，才使得改性后的棉布具有超疏水性能。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于50ml质量浓度为1wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为20℃，分散的时间为25min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤3次，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于50ml质量浓度为2wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为10℃，经过8h后取出，放置在鼓风干燥箱内高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为70℃、高温干燥的时间为1h。

本实施例1制备的抗紫外线超疏水棉布的表面积为4cm²，在dmo-501接触角测量仪上用4μl去离子水测试其表面浸润性能，在其上随机取5个不同位置，测其接触角，取平均值151°(见图2)，可知其表面具有高的疏水接触角，具有优异的拒水性能。

实施例2

本实施例的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于50ml质量浓度为2wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为30℃，分散的时间为30min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤3次，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于50ml质量浓度为3wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为30℃，经过12h后取出，放置在鼓风干燥箱内高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为80℃、高温干燥的时间为2h。

本实施例2制备的抗紫外线超疏水棉布的表面积为4cm²，在dmo-501接触角测量仪上用4μl去离子水测试其表面浸润性能，在其上随机取5个不同位置，测其接触角，取平均值154°(见图3)，可知其表面具有高的疏水接触角，具有优异的拒水性能。

实施例3

本实施例的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于50ml质量浓度为2wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为35℃，分散的时间为35min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤3次，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于50ml质量浓度为4wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为45℃，经过16h后取出，放置在鼓风干燥箱内高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为85℃、高温干燥的时间为4h。

本实施例3制备的抗紫外线超疏水棉布的表面积为4cm²，在dmo-501接触角测量仪上用2μl去离子水测试其表面浸润性能，在其上随机取5个不同位置，测其接触角，取平均值156°(见图4)，可知其表面具有高的疏水接触角，具有优异的拒水性能。

实施例4

本实施例的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于50ml质量浓度为4wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为45℃，分散的时间为40min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤3次，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于50ml质量浓度为5wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为60℃，经过20h后取出，放置在鼓风干燥箱内高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为90℃、高温干燥的时间为6h。

本实施例4制备的抗紫外线超疏水棉布的表面积为4cm²，在dmo-501接触角测量仪上用4μl去离子水测试其表面浸润性能，在其上随机取5个不同位置，测其接触角，取平均值153°(见图5)，可知其表面具有高的疏水接触角，具有优异的拒水性能。

实施例5

本实施例的一种抗紫外线超疏水棉布的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将棉布洗涤三次，每次洗涤先用蒸馏水后用无水乙醇溶液洗涤，随后对棉布第一次完全干燥，将第一次完全干燥后的棉布浸泡于50ml质量浓度为6wt％的纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中，该纳米二氧化钛的无水乙醇溶液中的二氧化钛颗粒粒径为20nm，将容器口密封，置于超声波清洗器内分散，分散使得二氧化钛颗粒均匀的分布在棉布表面，分散时温度为50℃，分散的时间为50min，再取出棉布对其用蒸馏水洗涤3次，洗涤后对棉布第二次完全干燥；

步骤2：将第二次完全干燥后的棉布完全浸泡于50ml质量浓度为6wt％的月桂酸的无水乙醇溶液中进行表面改性，浸泡过程中月桂酸的无水乙醇溶液保持恒温，温度为80℃，经过24h后取出，放置在鼓风干燥箱内高温干燥后即得抗紫外线超疏水棉布。具体地，高温干燥的温度为100℃、高温干燥的时间为8h。

本实施例5制备的抗紫外线超疏水棉布的表面积为4cm²，在dmo-501接触角测量仪上用4μl去离子水测试其表面浸润性能，在其上随机取5个不同位置，测其接触角，取平均值152°(见图6)，可知其表面具有高的疏水接触角，具有优异的拒水性能。