一种自愈合功能超疏水棉织物及其制备方法

本发明属于棉织物，涉及一种自愈合功能超疏水棉织物，还涉及一种自愈合功能超疏水棉织物的制备方法。背景技术：1、超疏水材料因特殊的“荷叶效应”，具有极强的防水性。其中基底材料形成的空气层很好地隔开了超疏水表面与外界物质，使其具备自清洁、抗污、抗结冰、抗菌、防腐等功能，被广泛应用于医疗、日常生活、军事等领域。一般通过低表面能修饰与微纳粗糙结构的构建制备超疏水表面，纳米颗粒常常被用于构建微纳粗糙结构，再通过低表面能物质，如氟硅烷，聚四氟乙烯等修饰获取超疏水性。但由于纳米颗粒构成的微纳粗糙结构在极端外界条件下易被破坏，同时表面能增高，表面失去超疏水性。2、研发具有耐久性的超疏水表面成为未来发展的重点与难点。目前已有研究利用环氧树脂的强沾粘性制备了耐磨的超疏水材料。智能自愈合功能的超疏水棉织物在光、电磁焊、磁焊或水分时，有能力从临时形状中永久恢复其原始形状。然而，已有的自愈合功能超疏水表面制备方法复杂，自愈合时间长，条件复杂等限制了其实际应用。3、通过模仿蝴蝶翅膀、蜘蛛丝、玫瑰花瓣、壁虎脚等动植物的生物微观结构，制备出了能用于抗结冰、防腐蚀、自清洁、抗菌等应用领域的超疏水表面。众所周知要得到超疏水表面必须满足两个条件：(1)微纳米粗糙结构；(2)低表面能，再通过喷涂、化学刻蚀、浸渍、水热技术等方法走一步或两步制备。然而，超疏水表面由于涂层与基底之间的结合力差，耐机械磨损能力差，化学稳定性差等缺陷难以在实际应用中得到长远的应用。一种基于具有智能自愈合功能的超疏水表面/界面的新兴概念出现，具有商业生产的可能。目前自修复超疏水表面的实现主要依赖两个策略，一个是将低表面能剂保存在基底里，在表层被破坏后，低表面能减少，通过加热让储存在基底里的低表面能迁移到表层，再次构成自修复超疏水表面。文献“ge m.z.,cao c.y.,liang f.h.,liu r.,zhang y.,zhang w.,zhu t.x.,yib.,tang y.x.,lai y.k.a"pdms-in-water"emulsion enables mechanochemicallyrobust superhydrophobic surfaces with self-healing nature[j].nanoscalehorizons,2020,5(1):65-73”将pdms均匀分散在水中形成乳液，再将其浸涂在棉纺织物上，制备了具有不含氟成分的智能自愈合性质的超疏水棉织物。浸涂时，pdms进入棉纤维的内部空间，待蒸发过后，pdms分子通过强结合力接枝到棉纤维的外体表面。当表面被砂纸磨损后，位于表层的pdms减少，微纳米结构减弱，在80℃加热30分钟后，储存于基底内部的pdms受热自扩散到表层，重新获得高表面能。另外一个是依赖形状记忆聚合物(smps)，一类智能材料，当它们暴露在适当的刺激下，如热、光、电磁焊、磁焊或水分时，有能力从临时形状中永久恢复其原始形状。文献“guo x.j.,xue c.h.,sathasivam s.,page k.,he g.j.,guoj.,promdet p.,heale f.l.,carmalt c.j.,parkin i.p.fabrication of robustsuperhydrophobic surfaces via aerosol-assisted cvd and thermo-triggeredhealing of superhydrophobicity by recovery of roughness structures[j].journalof materials chemistry a,2019,7(29):17604-17612”利用化学气相沉积法将pdms和环氧树脂聚合物薄膜制备了自修复超疏水表面。当超疏水表面被砂纸破坏后，微粗糙结构被破坏，疏水性失去，然而加热后，环氧树脂的聚合物链条活动起来恢复原状及超疏水性能。4、聚二甲基硅氧烷(pdms)聚合物由于其优异的机械性能，如耐磨、耐洗涤和化学稳定性好，良好的拒水性赋予基底较高的接触角，高粘附性使它成为常用的粘合剂。环保方面，pdms无毒，优于含氟化合剂，对环境、人体均无害。除此之外，pdms由于其学透明和柔性，也被广泛应用于软光刻技术，用于微流控器件的制造。双尺度的纳米颗粒相对于单尺度的纳米颗粒交联效果更好，润湿行为从温泽尔状态转变为卡西-巴克斯特状态，在该状态下，液滴位于表面特征的峰值上，具有极大的防水性能。5、文献“liu x.,chen j.l.,gu l.x.,nguyen l.t.,cao j.q.,liu h.l.,du z.q.,yu w.d.a superhydrophobic and flame-retardant cotton fabric fabricated by aneco-friendly assembling method[j].textile research journal,2022,92(15-16):2873-2885”利用分步浸泡和喷涂法制备了超疏水棉织物。先将含有阻燃性的乙氧基硅烷端接磷酸盐聚氨酯浸泡至基底上，再进一步将甲基三乙氧基硅烷、二氧化硅颗粒和聚二甲基硅氧烷的混合溶液喷涂在基底上获得超疏水阻燃棉织物。这种通过多个步骤获取超疏水表面的方法，增大了工艺的复杂性。文献“xue f.x.,shi x.t.,bai w.x.,li j.e.,li y.w.,zhu s.y.,liuy.h.,feng l.b.enhanced durability and versatile superhydrophobiccoatings via facile onestep spraying technique[j].colloids and surfaces a-physicochemical and engineering aspects,2022,640”利用喷涂法将二氧化硅颗粒与粘合剂无机磷酸铝(ap)混合液固定在纺织物上制备了超疏水表面。然而，制作过程中需要重复喷涂与热处理3次。技术实现思路1、本发明要解决的主要的技术问题是：提供一种自愈合功能超疏水棉织物，解决耐久性的问题。2、本发明要解决的次要的技术问题是：提供一种自愈合功能超疏水棉织物的制备方法，制备简单，自愈合时间缩短，条件简化。3、针对主要技术问题，本发明采取的技术方案为：一种自愈合功能超疏水棉织物，包括棉织物基体,棉织物基体中有分散的微米级与纳米级二氧化硅颗粒以及聚二甲基硅氧烷，微米级与纳米级二氧化硅颗粒混合质量比值为1：1。4、进一步地，上述步骤二中的微米级二氧化硅颗粒粒径为1～10μm，纳米级二氧化硅颗粒粒径为10～20nm。5、进一步地，上述步骤二中聚二甲基硅氧烷规格是端羟基封端，其分子量为50000分子量。6、针对次要问题，本发明采用的技术方案为：一种自愈合功能超疏水棉织物的制备方法，包括以下步骤：7、步骤一、分别依次使用无水乙醇与去离子水清洗棉织物，置于干燥箱60～80℃温度下干燥30min；8、步骤二、将微米级二氧化硅颗粒、纳米级二氧化硅颗粒与聚二甲基硅氧烷及其固化剂通过磁力搅拌分散在无水乙醇中形成溶液a；9、步骤三、将棉织物置于溶液a中超声浸涂，最后于60～80℃干燥，得到一种自愈合功能超疏水棉织物。10、进一步地，上述微米级二氧化硅颗粒、纳米级二氧化硅颗粒需在无水乙醇中磁力搅拌90～120min。11、进一步地，上述步骤三中棉织物在溶液a中超声浸涂的时间为15～30min。12、进一步地，上述聚二甲基硅氧烷的固化剂为硅烷偶联剂，型号为kh-550。13、进一步地，上述聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合比为10：1。14、本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种具有水分收集的仿生非均匀润湿性表面，至少具有如下技术或优点：15、1)本发明采用微米级、纳米级双尺度二氧化硅颗粒，构建独特的分层粗糙结构，与聚二甲基硅氧烷混合后，润湿性高于单尺度二氧化硅颗粒。通过硅烷偶联剂(固化剂)将微米级、纳米级颗粒固定在棉织物内部，提高了超疏水棉织物的机械稳定性，并能提高耐久性；16、2)制备的超疏水棉织物具备自愈合功能，在超疏水表面被磨损破坏降低超疏水性后，通过80～120℃加热15～30min修复超疏水性且超疏水表面的微纳结构与低表面能均被修复。17、3)制备的自愈合超疏水棉织物具有优异的自清洁性，在不同领域有应用潜能，如抗菌、抗结冰。18、4)超疏水棉织物制备方法简单，省时，选用无氟的低表面能物质，具有环保无毒的优点。超疏水表面离走向工业生产更近一步。19、5)本发明只需将配置好的超疏水溶液超声浸泡在基底上即完成制备，节约多于工序，时间，节约成本。棉织物的棉纤维为微/纳米颗粒接枝提供了附着点，其中，固化的pdms不仅是作为一种低表面能物质，还是作为将微/纳米颗粒紧紧与棉纤维粘合在一起的粘合剂。双尺度的颗粒交联更充分，粗糙度远高于单尺度的，且在比例1：1时最好,达到自愈合超疏水。双粗糙度二氧化硅颗粒的成功结合加上低表面能修饰赋予了棉织物超疏水性。利用我们的方法，该超疏水棉织物在砂纸研磨、手揉捏情况下具有较强的机械耐久性。即使磨损破坏后，在80°及以上温度下干燥30分钟后即可恢复超疏水性。除了自修复外，si2o/pdms棉织物还具有良好的自清洁与防腐功能。这种超疏水棉织物具有简单、廉价、环保等优点，在医疗、化工、基础设施等领域具有良好的应用前景。