仿生超疏水织物 - 360文档中心

现代仿生技术在纺织服装领域的应用

现代仿生技术在纺织服装领域的应用摘要：纺织服装的发展与自然息息相关，无论中西，都出现了服装的仿生设计现象，如Dior的郁金香廓形，中国古代服饰的马蹄袖、鱼鳞百褶裙等。

随着科技的进步，服装更加多样化，应用于纺织服装行业的仿生设计也逐渐地从“模仿”变成了“创造”，现代仿生技术的诞生推动着纺织服装领域的技术进步。

关键词：现代仿生技术；纺织服装；应用1仿生纤维1.1视觉表现———以外观效果为主由于微生物表面的非特异性小结构，它严重影响了光的折射规律，使得最终看到的光显示出独特的性质。

双层扁平纤维的设计灵感来自一种生活在热带雨林中的“蓝色闪光蝴蝶”。

它之所以得名，是因为它的翅膀散发出明亮的深蓝色光泽。

蓝闪蝶的翅膀从未有过深蓝色的黑色素，这不是黑色素着色，而是结构着色。

羽毛鳞片之间的间隙结构使光源能够在彼此之间连续地进行反射、映射、干涉和累积，从而增强高清晰度蓝光幅度，并显示出明亮的蓝色金属纹理。

根据这一特点，可以混合两种具有不同热收缩率的聚酯切片进行熔融纺丝。

通过整个热处理过程，纤维束将具有类似的间隙结构，从而达到仿生技术的实际效果。

一些研究人员使用变色龙的褪色原理作为原型来制造褪色纤维。

根据光敏褪色化学物质的添加，他们将其与聚丙烯切割成薄片，充分混合，然后熔化并旋转以产生纤维，以实现视觉冲击变化。

通常，这种视觉仿生技术纤维用于具有特殊颜色设计方案的服装，如高端时装、军事服装等。

1.2功能表现———以实际作用效果为主中空纤维应基于小动物血管膜的管状形状。

研究表明，这种结构可以储存空气和动能，合理减少热量损失。

在这一阶段，生产方法主要是通过化学方法或物理模塑方法生产孔眼结构。

它生产的纤维触感蓬松，具有很好的透气性，因此通常用于床上用品和衣物填充。

北极熊的毛发具有很好的透气性和疏水性。

科学研究数据显示，小北极熊的每一根毛发都有一个内腔结构，气体被密封在内腔中，减少了热量损失。

它的毛发由许多毛发和绒毛组成，浓密的毛发具有疏水性。

“两面神”薄膜：一面超疏水一面超亲水

“两⾯神”薄膜：⼀⾯超疏⽔⼀⾯超亲⽔⾃然界中，荷叶、稻叶等材料表⾯呈现出不同超疏⽔特性。

道法⾃然，⼈们基于仿⽣策略实现了系列材料超疏⽔表⾯的构筑。

然⽽，荷叶表⾯除具有超疏⽔特性——“荷叶效应”之外，还呈现出表⾯超疏⽔、底⾯亲⽔的“两⾯神（Janus）”润湿特性。

荷叶的两⾯神润湿特性模拟荷叶表⾯这种特性进⾏具有显著润湿性差异Janus膜表⾯构筑。

近⽇，⼀个⼟⽿其—德国联合研究团队以滤纸为多孔基底，通过单⾯修饰聚⼆甲硅氧烷（PDMS）／⽆机微纳颗粒，简便构筑了具有超疏⽔／亲⽔显著润湿性差异的“两⾯神”膜。

这种Janus膜具有优异的化学稳定性、机械稳定性和柔韧性，同时保持良好的透⽓性，在伤⼝处理等⽅⾯具有较⼤的应⽤前景。

荷叶疏⽔表⾯的微观结构研究⼈员选⽤Whatman No. 1滤纸和实验室⼯程棉滤纸为基底材料，将PDMS、硅纳⽶颗粒以及玻璃微球混合均匀后采⽤喷涂技术涂覆到基底表⾯，经过120 ℃加热交联处理后PDMS共价接枝到滤纸表⾯。

该侧滤纸表⾯呈现出超疏⽔特性（接触⾓163.1°± 1.2°）。

同时，研究表明混⼊掺杂三种不同尺⼨的⽆机颗粒（9−13µm、20−60µm、数纳⽶）对于超疏⽔表⾯的构筑⼗分必要，微⽶级尺⼨和纳⽶尺度的⽆机颗粒协同提供微纳粗糙表⾯。

Janus膜的制备及表⾯形貌研究发现加热处理使得PDMS与基底产⽣共价键连接，进⼀步对“两⾯神”膜的内部结构进⾏表征，结果表明在涂层制备过程中涂层组分渗透扩散⾄多孔滤纸内部形成梯度化学改性结构；这⼀结构特性有效地保证了“两⾯神”膜的溶剂／⽔稳定性。

“两⾯神”膜基于底部保持亲⽔特性，其整体保持较⾼的吸⽔率（80 g/m2）。

基于滤纸、表⾯硅橡胶涂层组分优异的柔韧性以及基底与涂层存在共价键连接界⾯，结合⽆机微纳颗粒杂化改性，使得该“两⾯神”膜表⾯具有优异的超疏⽔润湿稳定性。

在循环弯曲以及摩擦测试后，该涂层仍能维持其优异的超疏⽔特性。

超疏水棉织物的简易制备技术

ＺＨＥＮＧＺｈｅｎｒｏｎｇ。一
．
ＷＵＴａｏｌｉｎ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅｓ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｉｎｆ３００３８７，Ｃｈｉｎａ；
文献标志码：Ａ
中图分类号：ＴＳ１９５．５
Ｓｔｕｄｙｏｎｓｉｍｐｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒ０ｐｈＯｂｉｃｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃｓ
ｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｃｏｔｔｏｎｆａｂｒｉｃｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｏｆｏｒｍｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｆａｂｒｉｃａｌｏｗｓｕｒｆａｃｅｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌ－ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅｗｉｔｈｒｏｕｇｈｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ，ｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅ
第３４卷
第９期
纺
织学报
Ｖ０１．３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ４．ＮＯ．９
Ｓｅｐ．，２０１３
２０１３年９月

超疏水材料的应用前景

滚动角
上面所描述的接触角所表征的是水滴在水平面上的表现，而现实中的平面往往不是水平的，更多的是斜面。水滴在倾斜表面上可能滚动或停滞，这种状态可以用滚动角进行表征。所谓滚动角是指液滴在固体表面开始滚动时的临界表面倾斜角度α( 如图所示) 。若液滴开始滚动的倾斜角越小，表明此表面的超疏水性越好。
Baitai Qian等利用beck's位错刻蚀剂腐蚀Al, Zn, Cu多晶型金属，再进行表面氟化从而制得最高接触角156°，滚动角和滞后角都很小的超疏水表面。
化学刻蚀法制备超疏水表面有较好的选择性，并且可以对复杂形状的物体表面进行刻蚀，效率高，成本低，但也有不足，如过度刻蚀对表面造成损伤，破坏基体材料的力学性能，刻蚀过程中会产生废液，需要处理。
在国外许多铝、铁、碳钢等金属以及合金表面都会用超疏水膜来修饰,以提高其防腐蚀性。该方法可有效地运用在如管道气体、液体运输减阻等多方面对降低运输能耗提高输送效率有很大帮助未来有较大的开发应用空间。
在织物及过滤材料方面的应用
采用静电纺丝法或者在材料表面进行处理可制备具有超疏水性的各种微纳米结构纤维。这类材料因具有超疏水性能，可用于制造防水薄膜、疏水滤膜以及防水透气薄膜等，或者使织物因疏水性能而具有防水、防污染、防灰尘等新功能。如美国NANOTEX公司采用纳米技术开发的 Nano-care 功能型面料;德国巴斯夫( BASF) 公司也将荷叶效应应用到纺织品上，开发出具有超疏水自清洁功能的聚酯雨衣、雨篷及衣物面料等。
超疏水材料主要利用其自清洁、耐玷污等生物仿生方面的特性进行开发和应用，在诸如军工、农业微流体毛细自灌溉、管道无损运输、房屋建筑以及各种露天环境下工作的设备的防水和防冰等方面有广阔的前景。具体有以下几方面。

纤维织物基有机（氟）硅超疏水表面的制备与性能研究

申请工学博士学位论文纤维织物基有机（氟）硅超疏水表面的制备与性能研究学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：化学与化工学院博士生：郝丽芬导师：安秋凤教授2013年10月Preparation and Property of(Fluoro)polysiloxane SuperhydrophobicSurfaces on Cotton FabricsA Dissertation Submitted toShaanxi University of Science and Technologyin Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Engineering ScienceBy Lifen HaoDissertation Supervisor: Professor Qiufeng AnOctober 2013纤维织物基有机（氟）硅超疏水表面的制备与性能研究摘要润湿性是固体表面的重要性能之一，由固体表面的化学组成和微观形貌共同决定，因此，通过改变固体表面自由能和粗糙度可实现对固体表面润湿性的调控。

无机-有机纳米杂化材料,结构独特,可赋予材料新的性能，一直是仿生超疏水研究领域的热点。

通常，固体表面微观结构的粗糙化可通过无机纳米材料实现，但界面表层结构粗糙的低表面能聚合物对构筑微观多尺度粗糙界面的作用也不容忽视。

另外，在无机-有机杂化材料中，如何实现无机纳米粒与聚合物的有效键合，改善两者的相容性、增加纳米粒在有机相中分散稳定性，并解决杂化材料在超疏水表面应用中的多功能化及耐久稳定性等问题，是值得探讨的一个科学问题。

基于有机氟硅聚合物的低表面能特性以及超疏水界面构筑中的 “荷叶效应”，本文利用分子设计原理并借助不同化学反应先合成了系列低表面能有机(氟)硅聚合物，然后通过化学接枝或结构修饰，将不同结构的硅溶胶纳米粒键入有机(氟)硅聚合物主（侧）链，从而制得了系列纳米杂化氟硅聚合物,并将其负载固化在纤维基质表面从而构筑了一系列兼具柔软与耐久性的超疏水表面。