一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物及其制备方法

本发明属于织物处理技术，具体涉一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物及其制备方法。

背景技术：

1、众所周知，棉织物是一种亲水性织物，很容易被水浸润，同时也易受到其它液体污渍的影响，并且还具有易发霉、易燃等缺点，这限制了它的应用范围。为克服这些缺点，研究人员对棉织物进行功能性整理，具有抗菌、自清洁、防冰、导电等功能。对棉织物进行疏水整理，既有简单的涂层整理，例如静电纺丝、喷涂法、溶胶-凝胶法等物理方法，又可以通过化学接枝反应，利用棉纤维表面羟基的反应活性，接入不同种类的功能单体，也可以实现超疏水织物。但是现有接枝处理得到的织物性能还需改善。

技术实现思路

1、本发明公开了一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物及其制备方法，利用利用全氟聚醚羧酸二次疏水化修饰，使ps改性棉织物接触角从144.8 ± 3.6°提高到155.2± 3.5°，表现出超疏水性能。整理织物具有优异的油水分离性能，在经过10次油水分离循环试验后，其油水分离效率保持为98.6%。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，包括以下步骤，以溴源与棉织物反应，得到棉-br；然后以苯乙烯与棉-br反应，得到棉-ps；然后将棉-ps与全氟聚醚羧酸反应，得到可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物。

4、本发明中，溴源为有机溴化合物，比如2-溴异丁酰溴；碱化棉织物由原棉织物经过氢氧化钠处理得到。优选的，溴源与棉织物的质量比为（0.5～2.5）∶1，优选为（1.5～2.2）∶1。

5、本发明中，溴源与棉织物反应的温度为5～45℃，时间为5～30小时，优选的，现在5℃～室温下反应1～5小时，再于室温～45℃反应20～25小时。

6、本发明中，溴源与棉织物的反应在有机碱以及有机催化剂存在下进行，优选的，有机碱为三乙胺，有机催化剂为吡啶类化合物，比如4-二甲氨基吡啶。有机催化剂的用量为棉织物质量的1～8%，优选3～6%，比如4～5%。

7、本发明中，苯乙烯与棉-br的反应在有机溶剂中进行；优选的，苯乙烯与棉-br反应时，苯乙烯的浓度为0.1～1mol/l，优选0.5～1mol/l，再优选0.6～0.8mol/l；优选的，苯乙烯与棉-br反应时，浴比为1∶（50～150），优选1∶（100～130）。

8、本发明中，苯乙烯与棉-br的反应在有机配体以及铜盐存在下进行；优选的有机配体为pmdeta、铜盐为溴化亚铜；优选的，棉-br、有机配体、铜盐的质量比为1∶（0.8～1.2）∶（1～1.5），优选为1∶（0.9～1.1）∶（1.2～1.3）。

9、本发明中，苯乙烯与棉-br的反应温度为30～100℃，优选50～60℃；时间为5～30小时，优选8～24小时，进一步优选10～16小时。

10、本发明中，棉-ps与全氟聚醚羧酸的反应在有机碱催化下进行，优选的有机碱为dbu；优选的，棉-ps、全氟聚醚羧酸、dbu的质量比为1∶（1.5～3）∶（0.1～0.2），优选为1∶（1.8～2.5）∶（0.12～0.15）。

11、本发明中，全氟聚醚羧酸的分子量为500～20000，优选500～1200，进一步优选500～750。

12、本发明中，棉-ps与全氟聚醚羧酸的反应温度为80～100℃，时间为10～15小时。

13、本发明公开了上述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物在制备或者作为疏水材料中的应用。

14、本发明公开了上述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物在制备或者作为油水分离材料中的应用。

15、本发明以2-溴异丁酰溴在碱化棉织物上反应，使棉织物引入atrp反应基团，以dmf作为反应溶剂，在pmdeta/cubr体系下引发苯乙烯聚合，在棉织物上构建粗糙表面。利用全氟聚醚羧酸进行二次修饰，以制备超疏水棉织物。以sem和wca测试表征，研究了反应液浴比、单体浓度和接枝时间的影响。结果表明，在反应液浴比为1:120，单体浓度为0.75 mol/l，反应时间为8 h以上，均可获得较好粗糙形貌的棉织物。随着接枝时间的增加，对水接触角可增加到144.8 ± 3.6°。通过eds、ft-ir和afm证明了反应的成功进行。afm表示利用atrp接枝苯乙烯，可以构建表面粗糙度rq = 61.6 nm的粗糙表面。粗糙表面的存在使得棉织物由亲水变成疏水。利用全氟聚醚羧酸的二次修饰，使对水接触角144.8 ± 3.6°从提高到155.2 ± 3.5°，eds、ft-ir和xps证明了反应的成功进行。制备的超疏水织物具有优异的油水分离效率和耐摩擦牢度，在经过10次油水分离循环试验后，其油水分离效率保持为98.6%。通过xrd测试证明对棉织物接枝改性基本上发生在纤维表面，对纤维的微细结构不会造成损伤和改变。

16、本发明采用可控接枝苯乙烯在纤维表面构筑粗糙形貌，并进一步利用全氟聚醚羧酸二次疏水化修饰。通过可控接枝在纤维表面生成的粗糙物理结构可以在织物接触水滴时包裹空气，大大减少纤维与水滴直接接触面积，结合全氟聚醚提供的低表面能化学元素，提供超疏水功能。这是本发明方案的有益效果。

技术特征：

1.一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，以溴源与棉织物反应，得到棉-br；然后以苯乙烯与棉-br反应，得到棉-ps；然后将棉-ps与全氟聚醚羧酸反应，得到可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物。

2.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，溴源为有机溴化合物；溴源与棉织物的质量比为（0.5～2.5）∶1；溴源与棉织物反应的温度为5～45℃，时间为5～30小时。

3.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，溴源与棉织物的反应在有机碱以及有机催化剂存在下进行；有机催化剂的用量为棉织物质量的1～8%。

4.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，苯乙烯与棉-br的反应在有机溶剂中进行；苯乙烯与棉-br反应时，苯乙烯的浓度为0.1～1mol/l；苯乙烯与棉-br反应时，浴比为1∶（50～150）。

5.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，苯乙烯与棉-br的反应在有机配体以及铜盐存在下进行；棉-br、有机配体、铜盐的质量比为1∶（0.8～1.2）∶（1～1.5）；苯乙烯与棉-br的反应温度为30～100℃；时间为5～30小时。

6.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，棉-ps与全氟聚醚羧酸的反应在有机碱催化下进行；棉-ps、全氟聚醚羧酸、有机碱的质量比为1∶（1.5～3）∶（0.1～0.2）。

7.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法，其特征在于，棉-ps与全氟聚醚羧酸的反应温度为80～100℃，时间为10～15小时。

8.根据权利要求1所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物的制备方法制备的可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物。

9.权利要求8所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物在制备或者作为疏水材料中的应用。

10.权利要求8所述可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物在制备或者作为油水分离材料中的应用。

技术总结
本发明公开了一种可控接枝苯乙烯二次修饰超疏水棉织物及其制备方法，制备了棉‑Br，在PMDETA/CuBr体系下引发苯乙烯ATRP聚合。通过调控接枝反应条件，获得了棉织物棉‑PS。与常规自由基接枝苯乙烯在纤维表面形成光滑膜层包覆不同，本发明采用可控接枝苯乙烯在纤维表面构筑粗糙形貌，并进一步利用全氟聚醚羧酸二次疏水化修饰，使PS改性棉织物表现出超疏水性能。通过可控接枝在纤维表面生成的粗糙物理结构可以在织物接触水滴时包裹空气，大大减少纤维与水滴直接接触面积，从而具有比光滑表面更优异的拒水效果。而且改性棉织物具有功能性，而且服用性能没有受到影响。整理织物具有优异的油水分离性能，在经过10次油水分离循环试验后，其油水分离效率保持为98.6%。

技术研发人员：李战雄,吕存
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13