Сочинение на тему Гидрофобные поверхности хлопчатобумажной ткани в различных областях применения
- Опубликовано: 08.10.2020
- Предмет: Наука
- Темы: Технологии, Химия
Гидрофобная хлопковая поверхность легко изготавливается с помощью простого нового метода путем адсорбции фторсодержащего поверхностно-активного вещества на хлопчатобумажной поверхности с последующей полимеризацией низкомолекулярного фторсодержащего мономера в присутствии инициатора при температуре окружающей среды в течение короткого времени. Путем введения фторполимера in situ на хлопковые волокна для создания шероховатости поверхности двойного размера с последующей гидрофобизацией трифторэтилметакрилатом (TFEM) обычно гидрофильный хлопок легко превращается в гидрофобный, который имеет статический угол контакта с водой 132 ° для капли 10 мкл. а также капли воды могут легко скатиться с поверхности хлопка. Морфология шероховатой микро / нанотекстурированной поверхности после фторирования поверхности приводит к одновременной гидрофобности и суперолеофильности. Гидрофобный характер был подтвержден простым испытанием на падение и измерением угла контакта. Состав поверхности оценивали с помощью FT IR и SEM, EDS анализа, чтобы подтвердить слой фторполимера на поверхности хлопка.
Вдохновленные феноменом лотоса, конструкция таких специальных супергидрофобных (угол контакта с водой более 1500) поверхностей становится все более привлекательной в различных потенциальных областях применения как в научных исследованиях, так и в практическом применении, таких как самоочищение, защита от загрязнений и защита от загрязнений. прилипание. Супергидрофобность – это необычайная смачиваемость с большим углом контакта с водой и низким углом скольжения. Nienhuis и соавторы разработали, что капли воды, стекающие по поверхности листьев лотоса, обусловлены присутствием на их поверхности шероховатой микро-наноструктуры и воскообразных материалов с низкой поверхностной энергией. Основываясь на этом принципе, ученые и исследователи попытались создать различные специальные гидрофобные и супергидрофобные поверхности, создавая иерархические микро / наноструктуры из материалов с низкой поверхностной энергией.
Хлопок, мягкое пушистое волокно, имеет низкие производственные затраты, низкую плотность, хорошую прочность как во влажном, так и в сухом состоянии, а также другие уникальные свойства, такие как комфортность, воздухопроницаемость, делает их еще более привлекательными для будущих применений. Это чрезвычайно используемое сырье для изготовления одежды на протяжении многих лет. Хлопок состоит из почти чистой целлюлозы, которая содержит гидроксильные группы. Несмотря на многие преимущества хлопка, гидроксильные группы делают их превосходным влаголюбивым адсорбентом, то есть гидрофильным. Чрезмерная водопоглощаемость позволяет легко окрашивать и загрязнять хлопковый текстиль. Иногда хлопковый текстиль также смачивается и загрязняется кровью, маслянистым внешним видом и даже бактериями, которые нежелательны при использовании в качестве ткани, особенно в гостеприимстве. Таким образом, в последние годы не смачиваемый хлопчатобумажный текстиль с высоким значением угла контакта с водой и грязеотталкивающий хлопковый текстиль долгое время был интересным предметом исследований.
Модификация текстиля гидрофобными химическими веществами для придания гидрофобности поверхности является хорошо отработанной технологией, разработанной в начале 1940 года (Roach et al. 2008). Например, патент, опубликованный Gao и McCarthy et al (2006) на основе гидрофобизации с силаном. Они были успешно изготовлены из искусственного полиэстера, похожего на лист лотоса. Два фактора (1) химический состав поверхности и (2) структура поверхности (шероховатость) способствует особым смачивающим воздействиям на ткани. Сообщается о различных подходах для улучшения шероховатости поверхности, таких как внедрение нанотехнологий с помощью электроспиннинга, плазменной обработки и золь-гель технологии, химического осаждения из паровой фазы.
Силиконовый компаунд также, как сообщается, покрывает поверхности тканей в течение многих лет. Помимо нанотехнологий, полимерная технология также играет важную роль в создании поверхностной тонкой пленки с высоким гидрофобным характером. Фторуглеродное покрытие было использовано для получения хороших водоотталкивающих свойств, что было исследовано Shao et al (2004) и другими. Недавно для получения полимерного тонкопленочного покрытия на твердой подложке с помощью адсорбции поверхностно-активного вещества был использован новый метод, называемый адмицеллярной полимеризацией. Это поверхностно-активная полимеризация для покрытия хлопчатобумажной ткани путем образования ультратонкой пленки [13] толщиной порядка 10 нм, то есть в наноразмерных покрытиях без изменения характеристик мягкости, воздухопроницаемости хлопчатобумажных тканей.
Адмицеллярная полимеризация является полезным методом для создания ультратонких полимерных пленок на твердых поверхностях в водном растворе. Мицеллярный процесс – это образование бислоя ПАВ [14] на твердой поверхности, где происходит адсорбция. После добавления мономеров в бислой мономеры будут разделяться на ядро адмицелла в процессе, называемом адсолюбилизацией. Затем в присутствии инициатора этот мономер подвергается реакции полимеризации, образуя область высокой плотности мономера на границе раздела вода / субстрат с образованием толстого или тонкого полимерного слоя на субстрате поверхности. Наконец, подложку промывают, чтобы смыть избыток поверхностно-активного вещества, чтобы выставить полимерный слой на поверхности подложки [15]. Схематическое изображение адмицеллярной полимеризации на твердой подложке показано на рис. 1. КМЦ играет важную роль в агрегации ПАВ. Более низкая КМЦ означает низкую концентрацию, а также меньшее количество поверхностно-активного вещества потребуется для адсорбции на границе раздела твердое тело / жидкость для адмицеллярной полимеризации с более низкой стоимостью. Ву и соавт. изучали образование ультратонких полистирольных пленок на оксиде алюминия по этой методике с использованием додецилсульфата натрия (SDS) в качестве поверхностно-активного вещества. Эссуми и соавт. (1989) также создали оксид алюминия, покрытый поверхностно-активным веществом с размером частиц 200 нм, методом адмицеллярной полимеризации с использованием полимеризуемого поверхностно-активного вещества.
Адмицеллярная полимеризация успешно применяется для создания различных типов полимерных пленок на различных поверхностях, таких как полистирол на диоксиде кремния, полистирол на хлопке, фторполимер на оксиде алюминия.
Адмицеллярная полимеризация имеет превосходные преимущества по сравнению с вышеупомянутым процессом благодаря своей простоте и низкому энергопотреблению при использовании на текстильных тканях (E .A. O’ Rear et al. 2002). Фторсурфактант содержит гидрофильный хвост, а гидрофобная головная группа обладает специфическими свойствами, такими как низкая поляризуемость, низкая диэлектрическая проницаемость, высокое давление пара, высокая растворимость в газе, низкое поверхностное натяжение, а также низкая критическая концентрация мицелл [20]. Кроме того, фторуглерод и фторсурфактант имеют более сильную водородную связь, а также более высокие коэффициенты распределения, более высокую поверхностную активность по сравнению с минимальным количеством углеводородной системы и меньшую концентрацию. Вот подходы к созданию двухфазного гидрофобного хлопчатобумажного текстиля путем адсорбции небольшого количества фторсурфактанта и солюбилизации небольшого количества фтормономеров методом адмицеллярной полимеризации. Небольшие количества являются очень важным критерием для преодоления высокой рентабельности фторсодержащих химических веществ.
Материалы Хлопчатобумажная ткань Pique была куплена в местном текстильном магазине. Ткань изменяли размеры и обрабатывали в 10% -ном растворе NaOH в течение 1 часа, а затем ткань многократно промывали до тех пор, пока она не была свободна от любых оставшихся смазок и других добавок. Используемый мономер 2,2,2-трифторэтилметакрилата (TFEM) был приобретен у Sigma Aldrich. Используемые поверхностно-активные вещества неионного фторсурфактанта FS61 были приобретены у DuPont India. Инициатор персульфата калия был приобретен у Merck. Все химические вещества были использованы без дальнейшей очистки. Модификация поверхности хлопчатобумажных тканей адмицеллярной полимеризацией Модификацию проводили методом адсицеллярной полимеризации посредством адсорбции поверхностно-активного вещества на поверхности. Различные составы образцов были сделаны методом проб и ошибок. Мы описали метод составления образца наилучшего результата.
Гомополимеризацию 1 мл 3 мМ TFEM на хлопке проводили в пробирке на 30 мл, содержащей 20 мл раствора FS61 (1 мл) в КМЦ, вода с pH-4 при температуре 400 ° С. 1% NaCl используется для лучшей адсорбции сурфактанта. В начале эксперимента 1 г хлопчатобумажной ткани помещали во флакон; флакон был запечатан алюминиевой фольгой. Затем запечатанный флакон помещали в термостатированную водяную баню при 400 ° С и встряхивали при 80 об / мин в течение 1 часа. Затем вводили инициатор персульфат калия, чтобы инициировать полимеризацию, чтобы получить соотношение инициатор: мономер 1: 1. Пробирку закрывали, и полимеризации давали еще в течение 1 часа при 600 ° С. Избыток поверхностно-активного вещества смывают несколькими объемами воды, и образец сушат в сушильном шкафу при 700 ° С. Определение гидрофобных свойств. Испытание на падение. Испытание на водоотталкивающую способность представляет собой начальную характеристику обработанной поверхности для оценки гидрофобного покрытия на поверхности хлопка. Два метода испытаний были использованы для оценки водоотталкивающих свойств.
Первоначальная характеристика обработанной поверхности была проведена методом испытания на падение. Каплю 10 мкл дистиллированной воды аккуратно помещали на поверхность хлопчатобумажной ткани без усилия из шприца на 20 мкл. Время впитывания воды (время смачивания) на поверхности ткани в испытании на падение было определено максимум до 120 минут, после чего образец прошел. Лучший второй метод был выполнен в соответствии с методом испытания AATCC 22 (испытание распылением). Измерение угла контакта с водой Углы контакта с водой измеряли с помощью автоматического прибора для измерения угла контакта с видео, оптического тензометра (TL100 Theta) и программного обеспечения, поставляемого с прибором, при температуре 240 ° C. Краевой угол измеряли методом сидячей капли.
Для измерения угла контакта каплю 10 мкл дистиллированной деионизированной воды с поверхностным натяжением 72,75 мН / м наносили на ткань с помощью микропипетки с высоты 2 см. Наблюдения происходили в течение 10 минут, и средний контактный угол определялся путем измерения на пяти разных участках образца на обоих участках хлопкового текстиля. Средний контактный угол был получен в 1320 году. Характеристика хлопковых тканей с фторполимерным покрытием. Морфологию поверхности модифицированной и немодифицированной хлопчатобумажной ткани наблюдали на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), модель № JEOL JSM 5800, сканирующий микроскоп. Все образцы были покрыты золотом перед сканированием. СЭМ изображения показывают поверхность микро / наноструктуры. Что касается химического состава, анализ EDS также проводился с использованием сканирующей электронной микроскопии ZEISS 960A, оснащенной энергодисперсионной спектроскопией Oxford Link. FTIR-спектры немодифицированной и модифицированной хлопчатобумажной ткани регистрировали с использованием метода режима ATR с использованием спектрофотометра FTIR-ATR PerkinElmer (L1600300 Spectrum two Lita S.N.96499). ИК-спектр снимали в диапазоне волновых чисел 4000 см-1-500 см-1. Это исследование объясняет функциональность, присутствующую в различных необработанных и обработанных хлопчатобумажных тканях.
Результат и обсуждение
Гидрофобные свойства покрытий Гидрофобность на хлопковых поверхностях не может быть оценена только одним методом. Испытание на падение и время пребывания в воде позволяют быстро и просто продемонстрировать водоотталкивающие свойства ткани благодаря образованию непрерывной полимерной тонкой пленки на поверхности хлопка. Чтобы определить водоотталкивающие характеристики образцов ткани, были оценены рабочие характеристики с использованием теста на падение, распыления и измерения угла контакта, чтобы получить полное представление о рабочих характеристиках. Капли на поверхности хлопчатобумажной поверхности на рис. 3 и рулоны воды на рис. 4 образуют сферы (также показанные на видео 1, подтверждающие информацию) на поверхности хлопка, что может продемонстрировать, что гидрофобная пленка на поверхности была создана, и это предотвращает попадание воды или влага проникает сквозь поверхность. Гидрофобность связана с углом контакта с поверхностью. Это угол, который образуется, когда капля лежит на твердой (плоской) поверхности и окружена газом.
Было получено лучшее измерение угла контакта с каплями воды 1320, показанным на фиг.2, и время пребывания капель воды на поверхности хлопка составляло 120 минут. Этот высокий угол контакта указывает на слабое взаимодействие между водой и поверхностью хлопка, демонстрирующее превращение гидрофильной поверхности в гидрофобную поверхность. С другой стороны, октан, жидкость с низким поверхностным натяжением (? Lv = 21,62 мН / м), быстро распределяется по покрытой ткани в течение менее 10 секунд, что указывает на суперолеофильность. Это потому, что масло имеет более низкое поверхностное натяжение, чем у воды. Кроме того, поглощение хлороформа было проведено для изучения использования ткани с органическим растворителем, который имел более высокую плотность, чем вода. Когда кусок гидрофобного текстиля приводили в контакт с водой, чтобы приблизиться к хлороформу, капелька хлороформа могла быть мгновенно засосана тканью под водой, показанной на фиг. 5a-d. Целые капли хлороформа были удалены, принимая поглощенную текстуру из воды, оставляя прозрачную область на поверхности воды.
Кроме того, яркая, блестящая и прозрачная поверхность может наблюдаться под нижней частью капли воды на рис. 3, что является признаком захваченного воздуха и создания композитной границы раздела твердое тело-жидкость-воздух. Все результаты, упомянутые выше, указывают на стабильную гидрофобность на поверхности хлопка. Морфология поверхности и химический состав Изображения СЭМ являются полезным дополнением к углу контакта, чтобы обеспечить морфологию поверхностей на модифицированных образцах хлопка. SEM-изображения показывают, что гидрофобное поведение хлопкового субстрата является результатом иерархической шероховатой структуры. Вдохновленные естественными поверхностями (например, листья лотоса, крылья бабочки) были разработаны и изготовлены различные типы искусственных поверхностей. Микроструктура поверхности и состав листьев лотоса были исследованы Neinhuis и сотрудниками.
Nienhuis и сотрудники исследовали микроморфологические характеристики и показали, что водоотталкивающая способность основана на шероховатости поверхности, вызванной различными микроструктурами (трихомы, кутикулярные складки и восковые кристаллы). Вода на твердых поверхностях в основном контактирует с воздушными карманами, попавшими в неровные поверхности. Поведение смачивания можно описать …
Цель этого эксперимента – получить представление о полностью настраиваемой программе LabVIEW и понять, как инженеры используют программу в своих интересах, чтобы создать собственную лабораторию, которая
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Кибербезопасность или защита информационных технологий – это методы защиты компьютеров, сетей, программ и данных от несанкционированного доступа или атак, направленных на эксплуатацию. Существует четыре типа