超疏水表面由于具有獨(dú)特性能而引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究興趣,例如:防粘、防污染、自清潔、油水分離、抗結(jié)冰、防腐蝕、微反應(yīng)器等。古有詩詞“出淤泥而不染,濯清漣而不妖”,這其中描述的就是“荷葉效應(yīng)”,荷葉表面因其具有特殊微/納米多級糙化結(jié)構(gòu)和低表面能蠟質(zhì)的協(xié)同作用而表現(xiàn)出優(yōu)異的低粘附力超疏水性能。而“花瓣效應(yīng)”是表面超疏水性能的另一種特殊形式,同樣因表面具有特殊規(guī)整排列的糙化結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出優(yōu)異的高粘附力超疏水性能。超疏水性是由低表面能化學(xué)物質(zhì)疏水性和具有高粗糙度的微米級和/或納米級表面結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng),因此以這兩個因素為出發(fā)點(diǎn)是制備超疏水表面的關(guān)鍵。然而,通常制備超疏水表面具有諸多不足之處,如:設(shè)備要求苛刻、操作復(fù)雜、成本高、牢度不理想等,特別是對于紡織品而言。因此,制備具有操作簡單、成本低、粗糙形貌結(jié)構(gòu)可控、優(yōu)異牢度的超疏水性能織物,依舊是一個很大的挑戰(zhàn)。
鑒于此,蘇州大學(xué)李戰(zhàn)雄教授課題組基于重氮化學(xué)自由基聚合的方法,以3,5-雙三氟甲基苯胺為聚合單體對棉織物進(jìn)行接枝改性構(gòu)筑具有形貌可控的多級糙化結(jié)構(gòu),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有不同優(yōu)異特性的超疏水功能紡織品。液滴在該表面的接觸角可達(dá)167.2°,滾動角可以實(shí)現(xiàn)1.8°~90°的轉(zhuǎn)換,并展現(xiàn)出荷葉效應(yīng)和花瓣效應(yīng)。
圖1 3,5-雙三氟甲基苯胺重氮自由基自發(fā)接枝糙化改性棉纖維的反應(yīng)機(jī)理圖
通過接枝聚合反應(yīng)過程工藝參數(shù)的優(yōu)化,該團(tuán)隊通過調(diào)控微結(jié)構(gòu)的物理結(jié)構(gòu)形貌對表面的浸潤性實(shí)現(xiàn)了可控調(diào)節(jié),液滴在其表面上的滾動角可以從1.8°~90°變化,同時實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控表面與水滴的粘附力在21.36 μN(yùn)~159.35 μN(yùn)之間變化。
圖2 XPS全譜圖和不同元素的高分辨能譜圖
圖3 不同摩爾濃度鹽酸條件下形成多級糙化結(jié)構(gòu)形貌的電子顯微鏡圖:(a–d) 0.6 M,(e–h) 1.0 M,(i–l) 1.2 M
圖4 納米片(a)和類桑葚(b)結(jié)構(gòu)表面的動態(tài)水滴粘附和排斥過程對比,(c)不同結(jié)構(gòu)表面對水滴的粘附力,(d)不同結(jié)構(gòu)表面的靜態(tài)接觸角和滾動角
圖5 重氮自由基聚合制備的超疏水織物應(yīng)用于(a-d)微液滴化學(xué)反應(yīng),(e-h)自清潔,(i-l)非接觸式磁控運(yùn)動
作者采用重氮自由基聚合法在室溫條件下協(xié)同β-FeOOH糙化改性棉織物,為獲得具有粗糙結(jié)構(gòu)形貌可控且優(yōu)異耐皂洗和耐摩擦牢度的超疏水織物提供了一種簡單、溫和、低成本的解決方案,并為替代長碳鏈全氟烷基聚合物接枝改性纖維原位“糙化”精細(xì)構(gòu)筑表面涂層結(jié)構(gòu),最大限度發(fā)揮其拒液功能指明了方向。
相關(guān)成果以題為One-step spontaneous grafting via diazonium chemistry for the fabrication of robust bionic multifunctional superhydrophobic fabric的論文發(fā)表在Surface and Coatings Technology上。其中論文的第一作者為蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院博士生李武龍,通訊作者為蘇州大學(xué)李戰(zhàn)雄教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金(No. 51673137)和江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計劃項目(No. KYCX20-2665)的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126802
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