溶膠-凝膠技術是20世紀60年代發展起來的一種制備無機材料的新工藝，已被廣泛應用于制備無機-有機雜化物。該方法提供了一種將有機單體、功能分子等引入凝膠母體的途徑，形成的雜化物能以薄膜、涂層等不同形式使用，有機和無機組分的聯合則賦予了這種雜化物的多功能性[1-3]。一般情況下，以接觸角90°為界將固體表面分為親水和疏水表面。超疏水是指表面對水的接觸角在150°以上[4-5]，因其潛在的應用近年來成為人們研究的熱點。本文以正硅酸乙酯（TEOS）和十八烷基三乙氧基硅烷（ODTES）為起始材料，通過溶膠-凝膠方法制備無機-有機雜化物后對棉織物進行整理，并研究了處理的棉織物的超疏水性等其它性能。
l試驗
1.1材料與試劑
純棉織物(20s×16s，128×60)，經過退、煮、漂、絲光處理（上海華綸印染有限公司）；正硅酸乙酯（98%，德國Fluka公司）和十八烷基三乙氧基硅烷（95%，德國ABCR公司）。
1.2實驗方法
a.改性溶膠的制備
室溫條件下將10ml正硅酸乙酯（TEOS）、40ml無水乙醇和適量0.01M的鹽酸混合均勻，電磁攪拌下分兩次加入定量十八烷基三乙氧基硅烷（ODTES），繼續攪拌直至生成改性溶膠。
b.整理工藝
棉織物浸入改性溶膠中，兩浸兩軋（軋余率75%～80%），室溫自然晾干，120℃焙烘1h。
1.3測試方法
1.3.1接觸角測定
接觸角通過光學接觸角測量儀（OCA40，Dataphysics，德國）于環境溫度下測定。5μl的蒸餾水滴至樣品表面60s后開始測量其接觸角。在同一樣品不同部位測量5次，取平均值。
1.3.2表面形貌測定
處理前后織物的表面形貌用掃描電鏡(JSM-5600LV，Jeol日本)測定。
1.3.3耐洗性測定
樣品的耐久性采用如下方法測定，按照《AATCC測試方法61-2003.洗滌不褪色，家用和商用：加速》，在WASHTEC-PA2型皂洗機上將處理過的織物進行洗滌。分
2.結果與討論
2.1ODTES濃度對疏水性的影響
織物的疏水性可以通過織物表面被水潤濕的難易來判斷，并利用接觸角來直觀評價。處理的棉織物獲得疏水性的原因是改性溶膠中長碳鏈硅氧烷ODTES的存在，因此，ODTES在溶膠中的含量將影響疏水性能。實驗中考察了ODTES在改性溶膠中的含量在0-5%的變化范圍內對接觸角的影響，試驗結果如圖1所示。
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圖1ODTES濃度與接觸角的關系 |
試驗表明，不加疏水劑ODTES，棉織物經過二氧化硅溶膠處理仍然沒有任何拒水性能，這是由于二氧化硅粒子表面存在不同狀態的親水性羥基所致。從圖1可以看出，盡管添加少量的ODTES（0.25%）使處理的棉織物的接觸角急劇提高到80°，但還是沒有達到理論上的拒水效果。添加量達到0.5%時才顯示一定的拒水性，超過2％時接觸角的增加較為緩和。雖然ODTES的百分含量在4%時接觸角高達152°，顯示超疏水性，但在3％-5％的變化范圍內接觸角變化不大，拒水效果趨于穩定。
2.2表面形貌變化對疏水性的影響
棉織物經改性溶膠處理前、后的表面形貌的電鏡掃描照片如圖2所示。顯而易見，未處理的棉織表面相對光滑，而經改性溶膠處理后，棉織物表面被一層致密、凹凸不平的涂層覆蓋，表面變得非常粗糙。
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(a)未處理 | (b)改性溶膠處理 |
圖2棉織物表面的SEM照片 | |
根據Wenzel方程（，r為粗糙因子，是實際固-液接觸面積與表觀固-液接觸面積之比；：液體在粗糙表面的接觸角；：液體在光滑表面的接觸角），粗糙表面將使疏水表面更加疏水[6]。Cassie-Baxter方程（，和分別為兩種介質上的楊氏接觸角；和分別為這兩種介質在表面的面積分數）進一步說明，當液體在無孔材料表面的接觸角大于90°時，微孔或微坑的表面可以使接觸角增大[7]。由于無機-有機雜化形成了互穿網絡，孔網狀結構的表面有利于空氣的儲存，因此孔網粗糙表
2.3疏水涂層的化學穩定性
超疏水性織物在使用過程中可能會碰到一些酸堿腐蝕性液體。為了研究液滴的pH對接觸角的影響，在1-14的pH范圍內試驗了接觸角隨液滴pH的變化，結果如圖3所示。
圖3超疏水表面上液滴的pH與接觸角的關系 |
圖3的實驗結果表明，當液滴的pH從1.07到13.60之間變化時，所有接觸角的值在146.2°到152.3°之間（圖4為具有不同pH值的液滴在超疏水表面上的照片），接觸角沒有出現顯著的變化。該結果說明液滴的酸堿性對接觸角影響并不明顯。這可能是由于表面被ODTES層覆蓋，ODTES層具有化學抵抗的內在特性。這樣的特性對于超疏水織物在寬pH范圍的腐蝕性液體中使用非常有實際意義，將其應用到一般化工行業工作服的酸堿防腐并非沒有可能。
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A、146.2°（pH1.07） | B、152.3°（pH7.07） | C、149.4°（pH13.60） |
圖4液滴在超疏水表面上的照片。（接觸角與pH值的對應關系） | ||
2.4疏水涂層的耐久性
功能紡織品通常要求有良好的耐久性。因此，研究疏水性織物的洗滌耐久性是必要的。超疏水性棉織物經過皂洗后再測定接觸角，接觸角的變化與皂洗次數的關系如圖4所示。結果表明，隨著皂洗次數的增加，接觸角逐漸變小。30次皂洗后接觸角從152°降低到了110°，但仍然大于90°，疏水性能保持良好。這是由于雜化涂層中的組分彼此以化學鍵結合，從而具有較好的洗滌牢度。
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圖4重復洗滌后接觸角的變化 |
3結論
超疏水性的無機-有機雜化涂層通過正硅酸乙酯和十八烷基三乙氧基硅烷聯合水解縮聚后浸涂到棉織物表面而成功制備。該超疏水涂層的接觸角最高達152.3°并且具有良好的耐酸堿和耐洗滌穩定性。此外，這樣的涂層能在低溫下制備，是一種環境友好的超疏水涂層，具有潛在的應用前景。
參考文獻
[1]ElzbietaZ,MariaBL,Ewa
[2]BokYA,SangIlS,WoonJCh.OpticalMaterials2006,28,374.
[3]TarekA,HajimeT,TsutomuT.Polymer,2004,45,7903.
[4]NakajimaA,FujishimaA.AdvMater1999,11,1365.
[5]ChenW,FadeevAY,HsiehMC,YoungbloodJ,etal.Langmuir1999,15,3395.
[6]WenzelRN.JPhysColloidChem.1948,53,1466.
[7]CassieABD,BaxterS.TransFaradaySoc.1944,40,546.
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