多功能超疏水纺织品的制备及应用

多功能超疏水纺织品的制备及应用

林新冠

深圳德诚达光电材料有限公司，518106

摘要：本文阐述了如何通过多种途径制作出具有高性能超疏水的纺织材料，并对其在各行各业中所展现出的广阔运用进行了深入分析。文章先对超疏水表面概念及特征做了简要介绍，强调其对于纺织行业的重要性。并详尽地描述了一系列制造多功能超疏水纺织品的方法，如使用化学手段或建立纳米级别的结构等等。之后，通过讨论这种新型纺织材料在防潮、自我清洗、抵抗污渍、抑菌等方面的作用，展示了一些具体的实例，这些例子涉及到衣物、户外装备以及医疗设备等多个方面。最后，分析了多功能超疏水纺织品的发展方向与潜在应用空间。

关键词：超疏水；纺织品；制备方法；应用

超疏水表面的定义是具备高度疏水特性的表面，其接触角度超过了150°,荷叶是自然界中存在著名的超疏水表面之一,荷叶之所以具有此特性，原因是其表面具有特殊结构，由凸起疏水的纳米级蜡构成[1]。在纺织行业内，拥有这种特殊性质的纺织产品被认为有防水的能力，自我清理的效果，并且能抵抗污渍，所以备受瞩目。近些年，由于纳米科技的飞速发展及材料科学的持续提升，制造出多种功能强大的超疏水纺织产品的途径日益增多，而它们的使用范围也在逐步扩大到各种不同的场景。

图1具有微/纳米结构的荷叶表面 SEM 图[1]

一、超疏水纺织品的制备方法

1.表面改性

经过使用表面改性剂来加工纺织产品，可以把它的外表转化为拥有微小或者纳米尺度的起伏形状，这能带来卓越的水分排斥能力。这类表面改性剂的主要成分一般是氟素化学物质及硅元素合成的产品。在这个过程里，它们会对纺织产品的表面产生影响，生成一层保护膜或是涂料，进而显著地改变纺织产品的外观特征。这样的变革会导致水的接触角度上升，让水分在表面表现得更具滑动性，实现优秀的防潮效果。这个由微小到纳米级的起伏构造不但提升了纺织产品的优良的防水特性，也为其带来了自我清洁、防止污渍的功能。

2.纳米材料复合

采用纳米技术对纺织产品基础材质进行融合，借助了纳米物质外层的微小纳米构造来实现卓越的水分排斥性能。在这个混合过程里，纳米元素被精确且均一地分布于纺织产品的基本构件内，并且牢固地附着到它们的表面。这样的组合使纺织物的外部产生了一个具备细微或者说纳米级的起伏形状的独特外观。这类的细微或是纳米级的结构导致了纺织物的触碰角度大幅度提升，液体在它的表面表现出了极其强烈的滑动特性，因此达到了优异的水分排斥效应。

利用纳米物质与纺织物基础结构的融合，既能显著提升纺织物的表面特性，也能增强其持久度和稳固程度。由于纳米物质自身具备庞大的接触面及独特的物理化学属性，使之与纺织物的基础结构结合之后，可为其带来额外的作用力。此外，此种混合方法也允许我们针对纺织物进行部分修饰，依据具体需要定制并调整特定部位的超疏水能力，从而扩大了其实用领域和适应性。

3.纳米结构构筑

运用纳米构造构建策略，在纺织物表层创建了微型或者纳米级的结构，比如纳米柱和纳米孔等等，以此来增强它们的防水能力。这种创新的技术使用了尖端的纳米制造技巧，把纳米物质有规律地排列到纺织物的表面上，从而形成了独特的结构模式。这类微小或是纳米级的结构拥有极高的秩序感和规则度，使纺织物的外部表现出了如同荷花瓣般的高疏水特性。

在这个过程里，能利用高度精细化的操控与调整来完成对于微观构造如形状、大小、数量等等特性的准确设定，这样就能达到使织物表面具有最佳超疏水效应的目的。这项纳米构建的技术不但能让纺织物的防水能力得到显著提升，还能强化它的持久力和稳定度，确保它无论处于何种环境下都能维持优秀的功能特性。借助纳米构建技术，可以让纺织品获得更深层次且更为精确的功能管理，为它们带来更多独特的属性。

二、多功能超疏水纺织品的应用

1.户外运动服装

具有卓越防水能力的超疏水运动服能成功抵抗雨滴的影响，对穿衣人给予持续性的防护。独特的超疏水表层使衣服与水分直接接触后快速产生水珠并滑落，而不被衣物内侧所吸收。此种抗水特性让运动员在室外活动中始终保持身体的清爽和舒适，防止因为受潮导致的困扰。超疏水型运动服的防水能力不仅仅增强了户外的舒适度，也大幅度的增加了运动员的安全系数。在极端环境下，例如大雨或者多雨时节，传统的服装可能容易吸入大量的水分变得沉重，进而降低运动员的活动力和速度，严重的话还会引发体温下降或是耗尽体力。然而，超疏水型的运动服却可以维持轻便且干爽的状态，不但缓解了运动员的负荷，也有利于他们更高效、安全的完成体育锻炼任务。另外，超疏水运动服的防水作用还可以有效的减小水分进入衣服的可能性，因此也能进一步减轻服装自身的重量及压力。这对长期从事户外工作的运动员而言至关重要，有助于他们在享受户外活动的同时，尽量避免由于穿着不舒服带来的负面影响。

2.医疗卫生用品

作为一种优质且高效的选择用于制造医用产品，例如外科服与面罩等等，高品质防水的医学织物兼具卓越的水分排斥能力及强大的抑菌效果。这些产品的使用可以显著减缓病菌滋生并防止病毒传染的可能性；这主要归功于它们独特的设计构造，独特的防水材料设计使微生物难以粘贴到纤维上并且不能在此处存活或发展壮大。此外，该种材质的高效杀菌特性源于它所拥有的特殊的微观-宏观多层次纹理特征：此特点既可大幅度提高面料对液体的不吸湿性和快速干燥速度，以破坏生物体的适宜生活状态，又可通过增加摩擦力来阻止有害物质进入皮肤内部，进而达到预防疾病的效果。由于此类布料能在医院内提供更高的清洁标准同时，也能保障医生护士的安全工作场所，因此被广泛应用于生产各种医护用物品之中。

3.家居纺织品

家纺产品如沙发布艺、床单被罩等，除了拥有优秀的防水防污特性外，还能防止微生物繁殖，进而维持室内干净整洁的环境。这类超疏水家纺制品通过特殊的水滴滚动效应来实现对水的排斥与污垢的不渗入，这不但能保障家纺产品的洁净度免受液体的侵害，同时也能降低清洗保养的需求次数，给日常生活增添更多便捷。此外，此类家纺也展示出了优越的抗菌能力。它们的表面微观构造可以阻止细菌粘附并遏制其生长，因此大大减缓了细菌在家纺表面的产生。这项抗菌技术有助于确保居住环境始终保持清洁无尘，营造了一个健康的安宁的家。

4.汽车内饰材料

具有优越的超疏水特性的汽车座垫、地板覆盖物等车厢内的装饰品，能有效抵抗水的渗漏并维持车辆内的干爽洁净，进而提高乘客的舒适感。这类超疏水型的车内装配采用了独特的超疏水工艺，使其表面的纹理呈现出微小或者纳米级的起伏形状，与荷花瓣的外形相似。这样的独特构造导致水分不能深入至织物的深层，而是在表面凝聚成水滴，快速滑动掉落。所以，即便有水滴洒落在汽车座垫或地毯之上，也不可能进入它们的内部，始终保持着干净清爽的状态。因为汽车座垫和地毯等室内装修物品常常会遭受污染，运用超疏水科技可以显著降低污染物质的侵入，减缓清理及保养的次数。这样既节约了驾驶员的时间和精神投入，也延展了汽车内装用品的使用年限，同时保证了车内环境的美观与卫生。另外，除去保持车内干爽清新的优点之外，超疏水型的汽车座垫和地板覆盖物还能增强乘客的舒适感受。

三、发展趋势及展望

1.由纳米技术驱动的超疏水纺织品创新

伴随着纳米科技的大力推进，超疏水纺织产品的制造方式及其特性展现出全新的生命力。纳米物质的创新设计及运用赋予超疏水纺织产品强大的推动力，使得它在自我清理、防菌、防止污染等方面取得了显著进展。这种转变不仅反映于技术层面，更标志着纺织业的一次重大改革。超疏水纺织新颖的功能正在刷新大众对纺织制品的期望值，并为其未来的应用提供了无限可能。无论是在体育活动还是健康护理，环保措施或是日常生活中，超疏水纺织都在逐步融入各种场景中，助力社会的持续发展和提升。

2.纳米材料的精密设计

运用纳米技术对超疏水纺织品的表面构造进行了细致且多样的调整。借助微观层级的调控与布局设计，这类产品可以展现出卓越的水分渗透能力和稳定的超疏水效应。以纳米尺度的突起形态为例，其可显著减小表面积能量，从而使接触角变得更小。此种接触角的下降有利于提高超疏水能力，让水分在其表面形成圆形的形状并且快速滑动，同时清除附着于表面的污染物质。这一高精度、纳米级别的设计不仅提高了超疏水纺织品的功能，也强化了其实际使用过程中的稳健性和耐久性。

3.纳米材料的功能增强

除去对微观构造的高精度规划之外，纳米科技也为超级防水织物的特性拓展了更多的选择。借助在纳米层面上附着有特殊性能的分子的表层或者添加生物活性的元素，可以使超级防水的衣物具备额外抵抗细菌和污渍的能力。这个过程的核心是把具有特定性质的成分以纳米级的规模嵌入到超级防水衣物的表面，以此来实现多种特性的融合。

以实例来说明，采用纳米银粒子是一种普遍的方法，这能使超级疏水的织物具备防菌能力。由于其卓越的杀菌效果，它有潜力显著遏制微生物的发展与增殖，进而提升了衣物的卫生品质。此种防菌功效对医用产品、体育活动器材等有着重大影响，有助于大幅度减低病菌孳生的可能，并降低受感染的机会，确保消费者的健康及安宁。

除去其防腐特性之外，纳米科技还能为超级防水织物带来额外的性能提升。比如，添加了光催化物质的超疏水纺织品能够自我清理，借助光源来分解粘附于表面上的有机污渍。这一自我清洗的能力有可能使超疏水纺织品能在室外环境下维持干净状态，从而提高其耐用度和环保效益。

4.生物技术与超疏水纺织品的融合

伴随着生物科技持续进步，对超疏水纺织产品的创新也引入了新颖的方法与理念。通过借鉴仿生学理论，可以从中获取启示，模拟某些生物表面上的超疏水构造及机制，从而研发出具备相似特性的超疏水纺织产品。这是一种新型方式来提升纺织品的超疏水特性。

以莲叶表层的微观和纳米级别的构造为例子，其独特的形态包括细小突出的部分及纳米尺度的蜡状粒子，这导致了水珠与莲叶触碰时产生巨大的角度，进而产生了卓越的水拒现象。根据模仿自然界的原理，可以利用这个特性来制作具备相似功能的纺织产品。当这类纺织产品的表面形成了如同莲叶般的微观和纳米级别构造之后，并能达到高大的接触角，让水珠迅速滑动并且清除掉表面的污染物质，因此能带来更加优秀的自我清理能力。

借助生物科技进步，可以更深层次地解析自然生态系统中的生物表面超疏水特性及其原理，并将这些知识运用于纺织产品的设计与制造过程中。此种策略既能提升超疏水型纺织制品的功能表现，同时也能削减制作费用，减轻对生态环境的负担，因此具备显著的科研价值及实际用途。

四、结语

由于其特殊的性能，多功能超疏水纺织品在各个领域都展示出了广大的应用潜力。随着科技的持续进步和创新，超疏水纺织品将会成为未来纺织业的主要发展趋势，为人类生活带来更多的便利和舒适度。

参考文献

[1]Barthlott, W. and Neinhuis, C.; Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces; Planta 1997, 202,1.

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[4]陈淑嫔,李红强,赖学军,等.超疏水阻燃织物的研究进展[J].涂料工业,2020(12):83-84.

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[6]张红阳,任煜,徐林,等.仿生超疏水织物的研究进展[J].纺织导报,2017(9):23-25.

作者简介：林新冠，1981.05，男，广西壮族自治区德保县，壮族，研究生，研究方向：纳米疏水功能材料