【摘 要】
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随着科技急速发展,人们对纺织品的要求不单单满足于装饰保暖,而是更加关注其功能性。拥有多种功能的纺织品,如超双疏、自清洁、光催化、抗紫外、阻燃、电磁屏蔽等,大大扩展了纺织品的应用场景,并在各领域都表现出广阔的应用前途。根据Wenzel或者Cassie-Baxter模型,织物要想达到超疏水性能必须符合两个条件:织物表面要有微纳米的粗糙结构、表面要有低表面能物质。而SiO_2气凝胶是一种具有三维空间网络
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随着科技急速发展,人们对纺织品的要求不单单满足于装饰保暖,而是更加关注其功能性。拥有多种功能的纺织品,如超双疏、自清洁、光催化、抗紫外、阻燃、电磁屏蔽等,大大扩展了纺织品的应用场景,并在各领域都表现出广阔的应用前途。根据Wenzel或者Cassie-Baxter模型,织物要想达到超疏水性能必须符合两个条件:织物表面要有微纳米的粗糙结构、表面要有低表面能物质。而SiO2气凝胶是一种具有三维空间网络结构的多孔材料,是由微纳米级的粒子构成,其孔隙充满着气态介质,具有大比表面积、高孔隙率、极低的密度、极低的导热系数、极低的介电常数和反射系数等特性,在医疗、吸附、催化、隔热等领域有着广泛的应用,但是在超疏水纺织品上的研究却很少。SiO2气凝胶这种三维网络的多孔粗糙结构可应用于构建超双疏表面,其孔隙内部存在着大量的空气,阻止固体与液体接触。为了使改性SiO2气凝胶具有超双疏的良好条件,可以通过在SiO2气凝胶表面修饰低表面能物质达到超双疏效果。纳米硫化铜作为一种新型的纳米半导体材料,以其独特的化学、光催化及光学(抗紫外)等性能,在生物工程、环保工程、医疗工程、能源工程等领域具有广泛的应用前景。将硫化铜与气凝胶复合并整理到棉织物上就可以得到超双疏多功能棉织物。本课题重点研究CuS/SiO2气凝胶复合材料的制备及其在织物上的应用,主要的研究内容如下:(1)微波法制备硫化铜及其在棉织物上的应用。利用微波法,以醋酸铜和硫脲为原料,聚乙二醇4000(PEG4000)为分散剂,水为溶剂,高效稳定制备了形貌可控的实心球形和空心球形纳米层级硫化铜,避免了有机溶剂的使用,制备的纳米层级硫化铜具有较好的光催化性及防紫外性。分别通过粒径分析仪,扫描电子显微镜(SEM),氮气吸附和脱附以及X射线衍射仪(XRD)表征了硫化铜。讨论了PEG4000,硫脲与醋酸铜的比例以及微波功率对CuS粒径的影响,并探讨了粒径对光催化性能的影响。实心球形CuS的平均粒径为189.1nm,比表面积为9.54m2/g。空心球形CuS的平均粒径为502.7nm,比表面积为16.01m2/g。结果表明,空心球形CuS具有较好的光催化性能。另外,采用空心球形CuS/聚二甲基硅氧烷(PDMS)对棉织物进行整理,以制备超疏水多功能织物。通过SEM对整理后的棉织物进行表征。经整理的棉织物具有超疏水性,接触角为156.9°,滚动角为8°,对亚甲蓝具有良好的光催化性能,并且具有优异的抗紫外线性,UPF为223.52。(2)CuS/SiO2复合改性气凝胶的制备及其超双疏性光催化性。通过将空心球形CuS掺入以甲基三甲氧基硅烷基为前驱体的SiO2溶胶中,然后用十七氟癸基三乙氧基硅烷改性,经酸碱催化的溶胶-凝胶反应最后在常压下干燥,制备CuS/SiO2复合改性气凝胶。采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR),SEM,XRD对CuS/SiO2复合改性气凝胶进行了表征。研究了CuS和氟硅烷浓度对气凝胶密度、孔隙率及其疏油性和光催化性能的影响。结果表明,引入CuS和氟硅烷对气凝胶的结构和物理性能有一定影响,CuS/SiO2复合改性气凝胶密度为0.146g/cm3,比表面积为241m2/g,具有超双疏性,接触角为152.8°,滚动角为10°,并且对亚甲基蓝具有良好的光催化性能。(3)CuS/SiO2复合改性气凝胶在超双疏多功能纺织品上的应用。利用CuS/SiO2复合改性气凝胶和聚二甲基硅氧烷混合通过浸轧法整理棉织物,制备的棉织物具有超双疏,自清洁,抗紫外线和光催化,且具有一定耐久性。并使用SEM,原子力显微镜(AFM),X射线光电子能谱仪(XPS)和FTIR来表征棉织物。结果表明,CuS/SiO2复合改性气凝胶可以成功地整理到棉织物上。制备的棉织物具有优异的超双疏性,其水滴接触角和水滴滚动角为157.7°和7°,油滴接触角和油滴滚动角为153.1°和10°。此外,制得的超双疏织物显示出耐磨性,耐洗涤性,防紫外线性和优异的自修复性能,这种超双疏多功能棉织物为更广泛的应用打下了基础。
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