纺织品上的防水硅溶胶涂层 —溶剂和溶胶浓度的影响外文翻译资料

 2022-07-29 02:07

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纺织品上的防水硅溶胶涂层

---溶剂和溶胶浓度的影响

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摘要

研究了关于溶剂和溶胶的浓度对于纺织品上的疏水性硅溶胶涂层的影响。为此目的，用疏水外加剂正辛基三乙氧基硅烷和全氟辛基三乙氧基硅烷制备的两种硅溶胶用不同的溶剂稀释：水，乙醇和丙酮。

在使用纯水进行稀释的情况下，有涂层的纺织品的疏水性随着所施用的溶胶的不断稀释而急剧降低。对于聚酯织物或由聚酯和棉花制成的混合织物上的涂层，即使在强烈稀释至溶胶浓度lt;1％的情况下，使用有机溶剂乙醇或丙酮导致显着的疏水性。涂覆的聚酰胺织物的疏水效果较小。有涂层的纺织品由于使用水代替有机溶剂而导致不同疏水性的原因通过沉积在纺织纤维上的涂层的不同表面形态来解释，正如通过REM所观察到的。在使用有机溶剂的情况下，涂层包含更平整的形貌，其完全覆盖纤维。相反，具有较高水含量的溶胶导致较少的具有裂纹形成的粘合剂涂层。

即使在低溶胶浓度的情况下，在疏水性硅溶胶中使用水与较不易燃的有机溶剂如二（丙二醇）正丙醚（Dowanol TM DPnP）的混合物可生成具有良好疏水性的纺织品涂层。对于织物涂层的实际应用，特别是具有高含水量的二氧化硅溶胶是令人感兴趣的，因为降低了易燃的风险和较低的生态影响。因此，使用具有少量DPnP的水稀释的疏水性硅溶胶提供了一个通过溶胶 - 凝胶技术来细化纺织品的机会。

关键词：疏水性；纺织品；涂层；溶胶

Hydrophobic Silica Sol Coatings on Textiles

---the Influence of Solvent and Sol Concentration

Abstract

Hydrophobic silica sol coatings on textiles were investigated with respect to the influence of the

solvents and the concentration of the sol. For this purpose, two silica sols, prepared with the hydrophobic additives octyltriethoxysilane and perfluoroctyltriethoxysilane were diluted by different solvents: water, ethanol and aceton.

In case of using pure water for dilution, the hydrophobicity of coated textiles decreases drastically with increasing dilution of the applied sol. For coatings on polyester fabrics or mixed fabrics made from polyester and cotton, the use of the organic solvents ethanol or aceton leads to significant hydrophobicity even in case of strong dilution down to a sol concentration lt;1%. The hydrophobic effect of coated polyamide textile is less. The reason for different hydrophobicity of coated textiles resulting from the use of water instead of organic solvents is explained by different surface morphologies of the coatings deposited on the textile fibres, as observed by REM. In case of using organic solvents the coatings contain a more flat morphology which covers the fibres completely. In contrast, sols with higher water content lead to less adhesive coatings with crack formation.

The use of a combination of water with less inflammable organic solvents such as di(propylene glycol) n-propyl ether (DowanolTM DPnP) in hydrophobic silica sols yields textile coatings with good hydrophobicity, even in case of low sol concentration. For practical application of textile coatings, especially silica sols with high water content are of interest, due to less risk of inflammation and lower ecological mpact.

Therefore, the use of water diluted hydrophobic silica sols with small amounts of DPnP offers a chance for textile refinement by the sol–gel technique.

Keywords: hydrophobicity, textiles, coatings, sol

  1. 引言

纺织品上的溶胶-凝胶涂层已经被用来为纺织品提供新性能,如颜色、紫外线保护、生物或医学应用等。一个特别感兴趣的话题是防水和防油的纺织品哪个可作为样品来制备抗粘着伤口绷带。早前的一项研究报告了加入不同疏水性添加剂后溶胶-凝胶涂层纺织品的疏水性。共10个不同添加剂的影响研究作为添加到硅溶胶浓度中添加剂浓度的函数。它表明特别是添加剂含有烷基长链或氟化组会导致纺织品涂层显著的疏水性能。这之前的论文主要报告了含有大量的有机溶剂乙醇的纳米硅。有机溶剂存在的优势就是缩短干燥时间和降低固化温度,导致更少的能源消耗和减少工艺处理时间。与这些优点形成对比的是,在实际应用上水作为媒介通常是受青睐的,因为其不易燃烧，在环境保护上更加为人们所接受。因此,为疏水涂层开发一个水溶胶-凝胶系统是备受关注的。

现在的论文报告了关于制备纺织品上疏水性涂料的溶胶-凝胶法系统，包含不同类型的溶剂,特别是水。与早期的研究不同的是，调查执行作为溶胶浓度的函数。因为正辛基三乙氧基硅烷和全氟辛基三乙氧基硅烷在纺织品上产生了很好地疏水的属性，所以也把他们当做添加剂使用。

对于含有溶胶-凝胶体系的水溶液的制备，必须进行少量陈述。具有用于大量水的疏水涂层的溶胶-凝胶体系通常必须满足两个条件。首先，疏水性添加剂必须在水性溶胶-凝胶体系中稳定。其次，含有疏水性添加剂的水性溶胶-凝胶体系必须能在水和溶胶的任何比例下与水混溶。由于疏水性化合物在水中的溶解度不足以及疏水性溶胶与水接触的稳定性较低，因此满足两种条件很重要。原则上，制备这种水性溶胶-凝胶体系有两种策略：

（1）制备乙醇溶胶-凝胶体系，用水稀释。然后蒸发乙醇并用水代替，因此无机纳米溶胶颗粒分散在纯水中[13]。

（2）无机烷氧基前体在稀酸水溶液或碱中水解，不加任何有机溶剂。 在这种情况下，所得溶胶-凝胶体系中的乙醇量（例如40vol％）可以进一步用水稀释以提高沸点。也可以蒸发剩余的乙醇并用水代替。 本文件讨论这两个战略与有涂层的纺织物的防水性能。

2.实验部分

2.1概述

四乙氧基硅烷（TEOS）和辛基三乙氧基硅烷得自ABCR，全氟辛基三乙氧基硅烷，得自Degussa-Huml;ulsAG。 二（丙二醇）正丙基醚（Dowanol TM DPnP）从Sigma-Aldrich获得。

2.2样品制备

通过在0.05mol HCl溶液中水解四乙氧基硅烷（TEOS）和正辛基三乙氧基硅烷（重量比40:1）制备固含量为13wt-％的疏水性溶胶1。为了水解，将所有成分的混合物在室温下搅拌24小时。类似地用全氟辛基三乙氧基硅烷代替正辛基三乙氧基硅烷制备溶胶2。在涂层之前，通过使用不同的溶剂（水，乙醇，丙酮）或水和二（丙二醇）正丙醚的混合物（Dowanol TM DPnP-沸点87℃）以3:1的比例来稀释这些溶胶。在一种情况下，蒸发由溶胶1的水解产生的乙醇并用水代替。该纳米溶胶通过使用水进一步稀释。除了玻璃上的涂层，还使用三种类型的纺织品（聚酯PES-85g / m 2，聚酰胺PA-113g / m 2和聚酯和棉PES / CO-201g / m 2的混合物）。在用二氧化硅溶胶浸涂之后，将样品在室温下干燥2小时，并在120℃下退火1小时。

2.3 实验方法

对于接触角测量，使用Surftens仪器（OEG GmbH，德国。用水测定涂覆玻璃上的接触角。为了研究涂层纺织品的防水性，进行了两种类型的试验。首先，测定与水完全接触的织物的吸水率。将20cmtimes;20cm的纺织织物置于300ml蒸馏水中1分钟。第二，进行常规的“喷雾试验”。在该试验中，在30秒期间通过喷嘴并且从距其16cm处将250ml水喷涂在涂布的织物（20cmtimes;20cm）上。 将纺织织物以45°的角度固定在装置上。在该过程中，使用天平测定纺织品样品对水的吸收。

为了确定沉积在织物上的硅的量，将纺织品样品用NaOH水溶液淋洗。滤液中的硅含量通过ICP（Zeiss，Jena）测量。扫描电子显微镜SEM用于研究涂布的PES / CO织物的表面形貌。所有测量在使用Topcon显微镜ATB55用金溅射之后进行。

  1. 结果与讨论

3.1纺织品上的疏水性溶胶-凝胶涂层

通过对涂覆玻璃的接触角测量对由溶胶1产生的涂层进行首次研究（图1）。用水，乙醇或丙酮对溶胶1进行稀释。即使在强稀释和剩余固体含量小于1％的情况下，也观察到大的水接触角。水解后，溶胶1含有40vol％的乙醇。如果由水解产生的这种乙醇被蒸发并被水代替，则通过水进一步稀释溶胶导致疏水性的显着降低（图1）。

使用喷雾和浸渍试验在PES / CO织物上研究类似的涂层（图2）。随着溶胶浓度的降低，纺织品吸收的水量增加，但是该量显着受用于稀释溶胶的溶剂类型的影响。由溶胶1用乙醇或丙酮稀释得到的涂层在喷雾或浸渍后导致纺织品的少量吸水，即使在溶胶浓度lt;1％的情况下。与此相反，同样的含水的溶胶作为溶剂进行涂层，疏水性能大大降低。如果在用水稀释之前乙醇从溶胶1蒸发，吸水率达到最高，对应于在玻璃上测量的较低接触角。如果涂层在PES织物上进行，也观察到相同的趋势。在这种情况下，使用用乙醇稀释的溶胶1相比用水稀释的溶胶1有更好的防水性能（图3）。相比之下，有涂层的PA织物包含不同的性质。甚至PA纺织品与未稀释的溶胶涂层1也含有较高的水吸收，并随着进一步稀释溶胶而增加。

类似地使用用全氟辛基硅烷代替辛基硅烷作为疏水添加剂制备的溶胶2进行PES / CO织物上的涂层（图4）。由溶胶2产生的涂层即使在用乙醇进行高度稀释直至溶胶浓度lt;1％的情况下也显示出高疏水性。与溶胶1相比，优异的疏水性可以通过氟化添加剂的较低表面能来解释。然而，即使使用溶胶2，涂层织物的疏水性能随着溶胶中水含量的增加而急剧下降。

基于实验工作，可得出结论，两种所述疏水性二氧化硅溶胶可生成防水涂层，特别是对于PES或者PES / CO织物，而PA织物的疏水效果较小。 如果溶胶用有机溶剂如乙醇或丙酮稀释，即使用低溶胶浓度也可制备防水涂层。相反，相同的溶胶在用水稀释的情况下明显导致更差的防水性能。

因此，必须说明的是，除了其它参数如溶胶浓度，使用的疏水添加剂或涂层纺织品的类型之外，所用的溶剂的类型是使用溶胶 - 凝胶技术制备纺织品上的疏水涂层的重要参数。 该结果是新颖的，并且必须进行进一步的研究以确定溶剂对纺织品上疏水涂层的形成的影响。

3.2溶剂对织物上疏水涂层形成的影响

到目前为止，必须指出，具有相同的溶胶组成但不同的添加溶剂的疏水性二氧化硅溶胶在纺织品上进行涂层之后导致不同的疏水性质。最近报道了在二氧化硅晶片上旋涂的二氧化硅溶胶涂层，所使用的溶剂的类型不影响分子结构，但可以显出涂层的不同形态[15]。类似地，对于报道的纺织品涂层的情况，其中将不同的溶剂加入到水解的二氧化硅颗粒中，不应该预期溶剂对涂料组合物的影响。因此，必须研究纺织品上沉积的二氧化硅的量是否由所用溶剂的类型决定，同时也可能是造成不同防水性能的原因。为此，将从溶胶1沉积在PES / CO，PES和PA上的硅的量确定为溶胶浓度的函数（图5）。显示沉积的硅的量清楚地由所用的二氧化硅溶胶的浓度确定，而不是由用于稀释溶胶的溶剂来确定。相比之下，纤维上的涂层本身显示结构差异作为溶胶浓度和不同溶剂在微观视图下的参数（图6）。在PES / CO织物上的溶胶1的情况下，由于13％的高固体含量和0.2mg / cm 2沉积硅的量，在纤维上可观察到更大

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