一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法

文档序号：563457 发布日期：2021-05-18 浏览：29次 >En<

阅读说明：本技术 一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法 (Self-cleaning hydrotalcite/fiber fabric composite material with wear-resisting and self-repairing functions and preparation method thereof ) 是由李永李�瑞宋浩杰贾晓华杨进王思哲于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法。该方法采用原位生长工艺,包括以下步骤：首先,将棉织物、涤纶等不同种类织物在乙醇和水的混合溶液中清洗干净,烘干后备用；其次,配置不同水滑石前驱液,搅拌均匀后,加入反应釜中；再其次,将不同种类的织物浸泡到上述溶液中,一定时间后,进行水热反应,在织物表面原位生长不同种类的水滑石；最后,将上述织物浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中进行改性,得到一种耐磨自修复水滑石自清洁织物。不同种类水滑石在纤维束表面能够均匀生长,形成多孔微纳结构,所得织物具有优异的自清洁性能,接触角在155°以上,滚动角小于5°。(The invention discloses a self-cleaning hydrotalcite/fiber fabric composite material with wear-resisting and self-repairing functions and a preparation method thereof. The method adopts an in-situ growth process and comprises the following steps: firstly, cleaning different fabrics such as cotton fabrics, terylene and the like in a mixed solution of ethanol and water, and drying for later use; secondly, preparing different hydrotalcite precursor solutions, stirring uniformly, and adding into a reaction kettle; secondly, soaking different fabrics into the solution, carrying out hydrothermal reaction after a certain time, and growing different kinds of hydrotalcite on the surfaces of the fabrics in situ; and finally, soaking the fabric in an ethanol solution of stearic acid for modification to obtain the wear-resistant self-repairing hydrotalcite self-cleaning fabric. Different kinds of hydrotalcite can grow uniformly on the surface of the fiber bundle to form a porous micro-nano structure, and the obtained fabric has excellent self-cleaning performance, the contact angle is more than 155 degrees, and the rolling angle is less than 5 degrees.)

【技术领域】

本发明属于功能复合材料技术领域，具体涉及一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法。

【背景技术】

织物是人们赖以生存的重要材料之一，具有疏松多孔式结构特性，应用领域极其广泛，如医疗、服装、家庭装饰、床上用品、交通运输、军事领域、公共场所等。织物具有较好的吸湿、吸水性，所以极易被污染，导致其在一些场合的应用受到限制。近年来超疏水织物作为一种重要的功能性材料，受到了人们的广泛关注。织物本身具有一定的表面粗糙度，借助于织物的纹理结构，可实现超疏水表面微纳米级的粗糙结构快速、简单的构筑，这种结构有利于空气层的形成，从而使得织物表面具有高的接触角和极低的滚动角，从而达到自清洁的效果。超疏水织物的自清洁性可以有效地减少洗涤次数，从而避免了洗涤所需资源与能源的浪费。然而，大多数超疏水纺织品的耐久性很差，特别是当它们面对机械刮擦、紫外线照射、燃烧、化学侵蚀等极端环境时，这种极端环境可能导致纺织品的超疏水性能永久损失，严重阻碍了超疏水纺织品的实际应用。

Lv等将棉织物经紫外光照射100s后，将功能化金属纳米粒子、端乙烯基聚二甲基硅氧烷(VPDMS)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和2-羟基-2-甲基丙苯酚修饰到织物表面，得到具有磁性的阻燃超疏水织物(ACS Appl.Mater.Interfaces,2020 12,45296-45305)。Anjum等采用碱蚀刻、阳离子化法制备了接触角为171°的超疏水性织物。所得的超疏水性织物具有良好的疏水性，表现出一定的化学、机械稳定性和自洁性(Journal of Colloid andInterface Science，2020，563，62-73)。李武龙等人公开了一种超疏水织物及其制备方法。以氟烷基芳香胺为反应单体，经过重氮化反应和自由基聚合，制得一种超疏水织物(CN202010421498.4)。虽然已有很多超疏水织物的报到，但是现有制备超疏水自清洁织物的技术制备工艺比较繁琐、产生大量废弃物，原材料昂贵、原料有毒有害且功能相对单一。重要的是，制备所得的超疏水织物表面的粗糙结构易被破坏，在极端环境下的稳定性依然较差，严重限制了超疏水织物的实际应用。如何通过简单的方法和技术制得耐磨、耐极端环境的多功能超疏水织物是当前亟待解决的问题。

【

发明内容

】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法，以解决现有技术中制备方法繁琐，制备出的超疏水织物表面的粗糙结构易被破坏，在极端环境下的稳定性差的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将二价金属盐和三价金属盐加入至去离子水中，搅拌均匀后形成溶液A；在溶液A中依次加入氟化铵和尿素，获得水滑石的前驱液B；

步骤2，将纤维织物浸泡在水滑石的前驱液B中，进行水热反应；

步骤3，将水热反应后的织物取出，清洗干净后，干燥纤维织物，获得表面生长有水滑石的纤维织物备用；

步骤4，将表面生长有水滑石的纤维织物在硬脂酸的乙醇溶液中浸泡，浸泡后取出烘干，获得兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料。

本发明的进一步改进在于：

优选的，步骤1中，所述三价金属盐为硝酸铝，二价金属盐为氯化镁、硝酸镁、硝酸钴或硝酸镍。

优选的，所述前驱液B中三价金属盐的浓度为0.01～0.15mol/L，二价金属盐的浓度为0.05～0.2mol/L，氟化铵的浓度为0.05～0.5mol/L，尿素的浓度为0.1～0.5mol/L。

优选的，步骤2中，将纤维织物浸泡在水滑石的前驱液B中5-30min。

优选的，步骤2中，水热反应的温度为50-140℃，水热时间为5-24h。

优选的，步骤3中，干燥温度为50-100℃，干燥时间为2-12h。

优选的，步骤4中，硬脂酸的乙醇溶液中硬脂酸的浓度为0.01～0.08mol/L。

优选的，步骤4中，烘干温度为50～100℃，烘干时间为10～100min。

优选的，步骤1中，加入氟化铵和尿素后分别搅拌10min。

一种通过上述任意一项制备方法制得的兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料，所述纤维织物的表面生长有片层状的水滑石，片层状的水滑石相互堆叠形成多孔结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料的制备方法。该方法采用原位生长工艺，首先，将棉织物、涤纶等不同种类织物在乙醇和水的混合溶液中清洗干净，烘干后备用；其次，配置不同水滑石前驱液，搅拌均匀后，加入反应釜中；再其次，将不同种类的织物浸泡到上述溶液中一定时间后，进行水热反应，在织物表面原位生长不同种类的水滑石；最后，将上述织物浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中进行改性，得到一种耐磨自修复水滑石自清洁织物。不同种类水滑石在纤维束表面能够原位均匀生长，将生长有水滑石的织物浸泡在硬脂酸中，水滑石表面的化学组成发生了改变，水滑石表面接枝了硬脂酸，最终片层的水滑石相互堆叠形成多孔微纳结构，所得织物具有优异的自清洁性能，接触角在155°以上，滚动角小于5°。本发明的制备方法原料廉价易得，制备工艺简单，成本低，可大规模使用，在高性能纤维织物的开发和应用方面具有广阔的应用前景。该方法制备工艺简单，成本低，可大规模使用，生产工艺条件温和，不使用有机溶剂，产生废弃物少，所用原料环保安全无毒，制得的材料具有优异阻燃性能和可循环的自修复功能。整个制备过程简单，成本低廉，原料无氟、无毒、无害，不产生危害。

本发明还公开了一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料，该材料在纤维织物的表面生长有水滑石，水滑石成片层状。该材料经碱溶液、盐溶液浸泡、紫外光辐照、砂纸打磨、尖锐物体刮擦后仍保持自清洁功能，显示出优异的机械耐磨性和环境耐候性；此外，该材料还具有优异阻燃性能和可循环的自修复功能。所得兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料具备优异超疏水性能，具备优异的机械耐磨性和自修复功能，经酸碱浸泡、紫外光辐照、砂纸打磨、尖锐物体刮擦后仍保持自清洁功能，显示出优异的机械耐磨性和环境耐候性。可大规模使用，在高性能纤维织物的开发和应用方面具有广阔的应用前景。

【附图说明】

图1是本发明制备的材料的硬脂酸改性后的XRD照片和电镜照片；其中，(a)图为镍铝水滑石的XRD；(b)图为生长有镍铝水滑石的纤维形貌图；

图2是本发明制备的材料的自修复性能测试的图片；其中，(a)图为循环自修复过程中材料的接触角图片；(b)图为水滴在织物表面成球形；

图3是本发明制备的材料的阻燃性能测试的照片；其中，(a)图为超疏水织物燃烧后的图片，具有优异的阻燃性能；(b)图为纯织物燃烧图片，极易容易燃烧。

图4是本发明制备的材料的电镜照片；

图5是本发明制备材料的抗紫外性能测试的照片。

【

具体实施方式

】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种兼具耐磨和自修复功能的自清洁水滑石/纤维织物复合材料及其制备方法，该制备方法具体包括以下内容：

(1)用洗涤剂将织物洗涤，并在去离子水和乙醇漂洗干净，烘干后备用。

(2)在室温条件下，分别将一定量的二价金属盐和三价金属盐加入到适量去离子水中，所述二价金属盐为硝酸铝，三价金属盐为硝酸铝、氯化镁、硝酸镁、硝酸钴或硝酸镍。在磁力转子的作用下搅拌均匀，搅拌速率为100～500r/min，搅拌时间5～20min，搅拌后形成均一溶液A；然后分批次加入氟化铵和尿素，氟化铵和尿素加入后分别搅拌10-30min，加入尿素后，能够控制溶液的酸碱性，最终获得水滑石的前驱液B；

前驱液B中硝酸铝的浓度为0.01～0.15mol/L，硝酸镁、氯化镁、硝酸镍或硝酸钴的浓度为0.05～0.2mol/L，氟化铵浓度为0.05～0.5mol/L，尿素浓度为0.1～0.5mol/L。

(3)将配制好的水滑石的前驱液B装入水热反应釜中，加入清洗干净的织物预浸泡5-30min后，在一定温度下进行水热反应；水热反应的温度为50-140℃，水热时间为5-24h。

(4)水热反应结束后，将样品取出，用去离子水冲漂洗干净，放置到烘箱中干燥备用，干燥温度为50-100℃，干燥时间为2-12h。

(5)将生长有水滑石的织物浸泡在浓度为0.01～0.08mol/L硬脂酸的乙醇溶液中浸泡10-40min，以进行化学修饰，使得水滑石表面接枝了硬脂酸，然后取出烘干，干燥温度为50～100℃，时间为10～100min，即可得到兼具耐磨和自修复功能的水滑石/纤维织物复合材料。

实施例1