=荷叶效应织物

=荷叶效应织物印染(2001 No. 9) WIY1it Clr勺.‘”‘队cn 荷叶效应在拒水自洁织物上的应用??﹂社文琴广东省江门市五邑大学(529020) 摘要通过研究荷叶效应的拓水自洁原理.指出具有高度拒水自洁的织物首先应使纤维表面具有基本的拒水性能几次要使织物表面形成具有纳米水平级的粗糙度两者良好的结合，才能制成高度拒水白洁的织物叙词: 防水整理纳米技术等离子体涂层织物中图分类号 TS195.57 巴近3u多年来。德国科学家通过扫描电镜和原子力显微...

印染(2001 No. 9) WIY1it Clr勺.‘”‘队cn 荷叶效应在拒水自洁织物上的应用??﹂社文琴广东省江门市五邑大学(529020) 摘要通过研究荷叶效应的拓水自洁原理.指出具有高度拒水自洁的织物首先应使纤维表面具有基本的拒水性能几次要使织物表面形成具有纳米水平级的粗糙度两者良好的结合，才能制成高度拒水白洁的织物叙词: 防水整理纳米技术等离子体涂层织物中图分类号 TS195.57 巴近3u多年来。德国科学家通过扫描电镜和原子力显微镜对荷叶等三万种植物的叶而微观结构进行观察，揭示厂荷叶拒水自洁的原理，并申请了专利根据菏叶效应(Lows-cffccl )原理，德国科学家已经研制成功具有拒水自洁的建筑物表面涂料，而旦从1999年开始上市销售。具有同样性能的屋瓦也于2。。。年底上市销售 it有荷叶效应的服装也正在研制中L‘·n由于荷叶效应具有1 `h'}1的应用前景，并具有很高的商业价值，所以关键技术和原理都巾请了专利并严格保密本文就荷叶效应的]j2TIP进行比较深人的研究，并探讨其在拒水织物卜的应用。物的表皮主要成分都是埋置于多元酩母体内的可溶性油脂，因此，植物的表皮都具有一定的拒水性经过对艺万种植物表面进行分析后发现，具有光滑表面的植物都没有拒水自洁的功能，而具有粗糙表面的植物，都有一定的拒水作用在所有的植物中，荷叶的拒水白洁作用最强，水在其表面的接触角达到160. 4。除了荷叶外，芋头叶和大头菜叶的拒水自洁作用也很强，水在其上的接触角分别达到160. 3，和159. 70 I 荷卜卜的表面特征 I'(到1995年，人们 I}'f认为，越光滑的表面越干净，囚此追求光滑一直是研制拒水自洁表面的出发点但通过观察简叶表面才知道，这种观点是错误的。在高倍显微镜下，荷叶的表面如图1所示 7 用润湿理论分析荷叶效应 2. 1 接触角的定义当一滴液休滴在某一固休表面上时，有可能会出现如下情况: (1)液体完全铺展在固体表面，形成一层水膜，在这种情况下，液体完全润湿固体如图2la)所示 (2)液体有可能成水滴状。在这种情况下，由固体表面和液体边缘切线形成一个夹角0，称为接触角当。'0 当090。时粗糙度可使接触角0增大，也就是粗糙度可提高其拒水拒油的能力。当0<90'时，粗糙度可使接触角。，变小.使拒水拒油的能力强者更强，弱者更弱。当然粗糙是有要求的门Tamai-'1说明，粗糙必须是随机的.且波幅小于1p n1 以士结沦说明只有具备拒水和粗糙这两个条件，才能使接触角增大。荷叶表面的蜡质晶体首先是拒水的其次其表面的双微观结构是粗糙的。虽然表面乳瘤的直径为5-15 lm，高度为I ^-20 Ian,, 超过了I lxm, 但是荷叶表面具有双微观结构，在乳瘤的表面有一层毛茸纳米结构，毛茸的直径远小于1 Om可以达到纳米水平所以，荷叶的粗糙表面，使其拒水的能力显著增强 2.3 异质表面对润湿的影响如果固体表面有两种元素S和S,、而且两种元素均匀分布，在这种情况F , Cassi。和Raxie、说明，一种液体在这种表面上的表观接触角0为: ros0二X,COSO, = X COSO, (2) X1{X =1 式中:X?X 一代表S?S两种成分所占面积的分数; 0?0:一一代表每种成分的单材料接触角。例如，在一个有微孔的表面上，表面材料是一种成分，而微孔中的空气形成了第二种成分。空气的表面能 Y一。，那么，0二18。此时公式((2)变为: cos0= X,COSO一X} (3) 因为X.. 1 X 一1,X <1.X < 1 所以，o-, 0, 这个结果说明，当液体在某种光滑无孔材料的表面接触角大于90。时，微孔或微坑(内有空气)的表面可以使接触角增大，这也是荷叶拒水的原理。水滴在荷叶仁时，仅接触乳瘤的顶部，假设乳瘤的顶部面积占全部面积达20% 水在其表面的表观接触角为160. a0.根据公式(3)，水在荷叶上的真实接触角是 135. 2` 如果乳瘤的顶部面积占全部面积达10%，那么水在荷叶上的真实接触角114.80o 2.4 荷叶自洁作用的原理荷叶粗糙的表面上，水珠只是与荷叶表面乳瘤的部分蜡质晶体毛茸相接触，明显地减小了水珠与固体表面的接触面积，扩大了水珠与空气的界面，水通过扩大其表面积获得了一定的能量。在这种情况卜，液滴不会白动扩展，而保持其球体状在植物表皮匕存在的微尘废屑其尺寸一般比表皮的蜡晶休微结构大，所以只落在表VQ乳} 1-13的顶部、接触面积很小由于大多数微尘废屑比表皮蜡晶体更易湿润，当水滴在其表面滚动时，’L们就粘在了水珠的表面。微尘废屑和水珠的粘合力比它们与荷1咔表面的粘合力大，所以它们被水珠卷走。对于作常光滑的表面，液滴的接触角比较小，液滴滚动比较难，而且微尘废屑与表面的接触面积大，粘合牢固水滴经过后，只是从水滴的前端移动到了水滴的后部、但仍然粘在固体的表面上，疏水颗粒更易粘在这样的表而上 3 荷叶效应在拒水织物上的应用根据以上讨论的结果，拒水自洁表面必须具有如下的条件: (1)表面材料必须拒水，即水在其表面的接触角必须大于90 (2)表面必须是粗糙的，而巨粗糙必须是纳米水平或接近纳米水平水在各种常用纤维表面上的接触角如表所示L“ 表各种纤维与水的接触角纤 M 测定Y所测定的接触角.“ 立花等根本书 x"W" "S tfi s. 羊毛吕几 }5 bS stewa,等 47 一} ES79 科i胶锦纶涤纶叮青纶从表中可看出，不同的测定者，数据是有差异的。但从总体上看没有一种纤维的接触角大于，。所以可以说，常用纺织纤维都不具有拒水能力当然，更不具有拒油的能力通过研究荷叶效应的拒水自洁原理可知，具有高度拒水自洁的织物必须具备如下条件: (1)首先应使纤维表面具有基木的拒水性能(即水在其表面的接触角大于900)。对于这一步可以通过纳米技术、等离子处理技术和涂层浸轧技术达到。 (2)要使织物具有粗糙的表面。虽然织物表面本身是非常粗糙的，但这种粗糙结构是以纤维为最小单位，远大于纳米结构的要求。拒水自洁织物表面的粗糙应是纤维表面的粗糙、该粗糙应达到纳米级水平 a 〔F转第43页) 万方数据 200!夕荞亡笋孕搜熬壑必刀着斑步冷些护气蟹'el分L7眉气悠寿涝: 印染(2001 N0.9) 表5 2001年上半年全国染料、有机颜料进口统计进口数星‘J.仁。品类别 J叩工年上半年 2000年上宁年同期比.士% 耗汇金额万美元 2000年上少y.仁同ID]比.十夕f ? ? ? ? ? 1 分)饮染料止酸Il染料吕碱r1染料 1 直按染科 5 还6;;染料 it,卜:靛监 f、抓州染料丁硫化染料 P{6A化黑 S 1上I也染卡} 染料合i 勺了了U澎i料 1167 4 3203 1 672 .I 4258.5 5了3 1 162.2 10150.6 A95 忿 say 了 3101I 25225 ;:3193 1 3564 3 2799 1 819.1 4218.0 445.5 68 0 8于72 7 39(1. 3 12艺 7 2360 0 2217;.4 1635.;. 3 3 吕 4. 4 17 9 anol年上半年 1292 19:2.1 工9了 3 1509.4 3117.3 96. 1 1565. 3 105 t9. 1 工;、05 10891.1 3J78.3 吕 Ih 二 26.了「毛 1 7 吕 139.5 3l 5 】3.8 17 S 11J5.1 1619.2 艺69 3 1122. 1 2h5 4) IG 2 377了 IJ 乃了乃 16.3 卜1}.二 9681:〕」万77 ] 泥_Lf 各类染料的进I-数量和耗汇金额除分散、碱性染料外全部为正增长。进口总的增长幅度超过出口，说明国内染料市场的需求也在不断增加。其中话性、酸性、直接染料的进口数量都较大。活性染料上半年进FI数量达10450. 6吨与200。年上半年同比增长21. 9环，说明国内市场还有一定空间需要我们去开拓。有机颜料的进口数量和耗汇金额继续保持负增长。一方面我国有机颜料的研制开发能力不断提高，高档有机颜料的品种和牛产数量也在不断增加，朴代一部分进口有机颜料;另一方面生产有机颜料的合资、独资企业，近两年相继转人正常生产，定数量的内销林代了进口，也是进日数量减少的一个因素其主要进口国家或地区见表 6 表‘ 有机颜料主要进口国家或地区统计进口数址??Id家或地区耗汇金额，美元 1444816 二715416 1358214 1307964 1504455 554904 11997, 174 CA 27005 78799(,9 3218842 3775491 2431417 总之，2001年上半年全国染料生产经营稳中有升，进出日基本平稳;有机颜料生产和出口稳中有增，并保持一定的增长速度由于世界经济形势增长放缓，国际贸易保护主义抬头，这刘中国染料产量60厂出「!的世界第一出口大国来讲，无疑给我们扩大出口带来相当大的压力和困难。卜半年，外经贸部把扩大出口作为外经贸工作的重中之重,首先要认真落实已出台的鼓励扩大出口的各项措施，如加速出1-1货物验放，快速通关;银行改进金融服务，积极支持扩大出口;国税机关准备落实各项鼓励出口退税政策，我们要更好地用好用足退税指标及各项优惠政策。下半年我国加入世贸后，纺织品出口市场逐步放开，也会为染料市场带来机遇我们要加快产品结构调整，增加品种、提高质量、控制总量，同时要大力推进以质取胜战略，创名牌保质量.保价格，从以数量取胜逐步加快过渡到以质量取胜，这样才能提高我们的市场竞争力，不断开拓国内外市场，努力使下半年染料、有机颜料的生产和出LI保持稳定增长。〔亡 f Ar4Pi H %H .?(l(11一!18一〔11) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ‘、 ‘ .。。. c.。口.。口.，。.口，。。. 、二、n食幻c.o0.:c.，0.ca.，0.JO.卫 .。〕.口。食口‘.。。.e:.，。.:刃，，二。。.自门.a。食口口.。。.。。.，0.00.，。. 口.，”奄L 奋， . 价. 口.。。.二七.。。.二c.，0. 奄 . (卜接第37页) L4] 参考文献 Waeer. Ind. Eng. Chem. 1936.28:988 994 Tal- Y,Aratani K. Experimental Study of the Relation between Contact Angle and Surface Roughnesa. 1. Phs. Chem.,1972,76:3267--3271 A.B.D.Cassie.Contact Angles, D, Faraday So, 1948, (3):11-16. 罗巨涛，姜维利纺织品有机硅及有机氟整理北京:中国纺织出版社 1999,1:21. ? ? [1] Wtlhelm Barthlott.Cbristopl, Neinhuis.l'effet lotus-sur- faces autonettoyante, selon Pexeruple de la naturc.Inter- national Textile Bu1letin.2001. (U:8^ 12. [2] ilolloway PJ. Plat;。iticles:physicochemical characteris- tics and bio.ynthesis. Air pollution and leaf cuticle. Springer,Berlin,1994, I ^ 13. [3] Wenxel R N. Resitance of Solid Surfaces to Wetting by (收稿口期 Zool 05一02) .~- ~- 一，，，，，，，，，，，，，，目........... 万方数据

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