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隨著社會的發(fā)展、人類的進(jìn)步，人們對多功能紡織品顯示出了越來越旺盛的需求。其中具有超拒水功能的服裝產(chǎn)品越來越受到消費(fèi)者的歡迎，尤其是醫(yī)護(hù)人員用裝、高檔服裝、戶外裝、運(yùn)動裝和休閑裝等。本文旨在從物體表面潤濕性的基本原理出發(fā)介紹紡織領(lǐng)域進(jìn)行超拒水整理的各種先進(jìn)、創(chuàng)新的技術(shù)。

1疏水基本原理

Youn[1]通過對物質(zhì)表面親、疏水性的開創(chuàng)性研究．揭示了在理想光滑表面上．當(dāng)液滴達(dá)到平衡時各相關(guān)表面張力與接觸角之間的函數(shù)關(guān)系．提出了著名的楊氏方程：COSθ=(уSV-уSL)/уLV式中уSV為固體表面在飽和蒸氣下的表面張力，уLV為液體在它自身飽和蒸汽壓下的表面張力，уSL為固液間的界面張力，θ為氣、固、液三相平衡時的接觸角。一般人們認(rèn)為當(dāng)θ＞90°時固體表面表現(xiàn)為疏水性質(zhì)，θ＜90°時表現(xiàn)為親水性質(zhì)。將與水接觸角大于150°的物體表面稱為超疏水表面。

Wenzel[2]就膜表面的粗糙情況對疏水性的影響進(jìn)行了深入的研究．對楊氏方程進(jìn)行了修正。指出由于實(shí)際表面粗糙使得實(shí)際接觸面積要比理想平面大，提出了Wenzel方程：cosθ1=r(уSV-уSL)/уLV。式中r為實(shí)際接觸面積／表觀接觸面積。與楊氏方程相比cosθ1=rcosθ，稱θ1為表觀接觸角，θ為楊氏接觸角。顯然r>1．根據(jù)Wenzel方程可知．親水膜在增加粗糙度后將更親水．疏水膜則更疏水。

Cassie[3]在研究織物疏水性能時．提出了另一種表面粗糙新模型——空氣墊模型。Cassie提出接觸面由兩部分組成，一部分是液滴與固體表面(R)突起直接接觸，另一部分是與空氣墊(fv)接觸，并假定θ1=180°，引入表面系數(shù)f=fs／(fs+fv)，Cassie推導(dǎo)的方程為：cosθ1=fcosθ+f-1=f(cosθ+1)-1。根據(jù)Cassie的模型及公式的理論計(jì)算．提高空氣墊部分所占的比例將會增強(qiáng)膜表面的超疏水性能。

由上面的討論可知．物體表面的潤濕性由物體表面的化學(xué)成分和表面形貌結(jié)構(gòu)共同決定。一般制備超疏水表面的方法有兩類：一類是在固體表面修飾低表面能物質(zhì)．另一類是在低表面能物質(zhì)表面構(gòu)建微結(jié)構(gòu)。含氟化合物的臨界表面張力明顯小于其它化合物．尤其以-CF3組成的單分子膜的表面張力僅為O.6×10-2N／m．因此目前在紡織品拒水整理方面．主要是利用氟碳化合物具有極低表面能的特點(diǎn)，使織物達(dá)到拒水、拒油、拒污的效果，但是該類整理劑價格昂貴．有機(jī)氟有一定的生物毒性，對環(huán)境存在潛在威脅。且有研究表明．在光滑表面上。僅采用化學(xué)方法．如采用低表面能物質(zhì)氟硅烷(FAS)等來降低表面自由能．其接觸角最多達(dá)到120°，因此從織物表面微結(jié)構(gòu)構(gòu)造角度出發(fā)制備超疏水織物越來越受到人們的重視。

2制備超疏水表面的技術(shù)

目前制備超疏水表面的方法很多．如化學(xué)沉積技術(shù)、模板擠壓技術(shù)、脈沖激光沉積技術(shù)、等離子體技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)、溶膠凝膠技術(shù)、相分離技術(shù)等都有報(bào)道。下面就與紡織品相關(guān)的技術(shù)作簡單介紹。

2．1脈沖激光沉積法(Pulsed Laser，Deposition)

脈沖沉積系統(tǒng)一般由脈沖激光器、光路系統(tǒng)(光闌掃描器、會聚透鏡、激光窗等)；沉積系統(tǒng)(真空室、抽真空泵、充氣系統(tǒng)、靶材、基片加熱器)；輔助設(shè)備(測控裝置、監(jiān)控裝置、電機(jī)冷卻系統(tǒng))等組成[4]。

整個PLD鍍膜過程通常分為3個階段。①激光與靶材相互作用產(chǎn)生等離子體。激光束聚焦在靶材表面．在足夠高的能量密度下和短的脈沖時間內(nèi)，靶材吸收激光能量并使光斑處的溫度迅速升高至靶材的蒸發(fā)溫度以上而產(chǎn)生高溫及燒蝕，靶材氣化蒸發(fā)，有原子、分子、電子、離子和分子團(tuán)簇及微米尺度的液滴、固體顆粒等從靶的表面逸出。這些被蒸發(fā)出來的物質(zhì)反過來又繼續(xù)和激光相互作用，其溫度進(jìn)一步提高．形成區(qū)域化的高溫高密度的等離子體。⑦等離子體在空間的輸運(yùn)。等離子體形成后，其與激光束繼續(xù)作用，進(jìn)一步電離，等離子體的溫度和壓力迅速升高．并在靶面法線方向形成大的溫度和壓力梯度．使其沿該方向向外作等溫(激光作用時)和絕熱(激光終止后)膨脹，此時，電荷云的非均勻分布形成相當(dāng)強(qiáng)的加速電場。在這些極端條件下．高速膨脹過程發(fā)生在數(shù)十納秒瞬間，迅速形成了一個沿法線方向向外的細(xì)長的等離子體羽輝。③等離子體在基片上成核、長大形成薄膜。激光等離子體中的高能粒子轟擊基片表面．使其產(chǎn)生不同程度的輻射式損傷．其中之一就是原子濺射。入射粒子流和濺射原子之間形成了熱化區(qū)，一旦粒子的凝聚速率大于濺射原子的飛濺速率，熱化區(qū)就會消散，粒子在基片上生長出薄膜[5]。

脈沖激光沉積技術(shù)是目前最有前途的制膜技術(shù)之一，該技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：①可對化學(xué)成分復(fù)雜的復(fù)合物材料進(jìn)行全等同鍍膜，易于保證鍍膜后化學(xué)計(jì)量比的穩(wěn)定。與靶材成分容易一致是PLD的最大優(yōu)點(diǎn)，是區(qū)別于其他技術(shù)的主要標(biāo)志。②反應(yīng)迅速，生長快．．③定向性強(qiáng)、薄膜分辨率高，能實(shí)現(xiàn)微區(qū)沉積．④生長過程中可原位引入多種氣體，引入活性或惰性及混合氣體對提高薄膜質(zhì)量有重要意義。⑤易制多層膜和異質(zhì)膜。⑥靶材容易制備，不需加熱。⑦高真空環(huán)境對薄膜污染少，可制成高純薄膜。⑧可制膜種類多．幾乎所有的材料都可用PLD制膜，除非材料對該種激光是透明的。

同時PLD技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)．主要表現(xiàn)在：①脈沖瞬間沉積時不能避免產(chǎn)生液滴及大小不一的顆粒的形成．會以大的團(tuán)簇形狀存留在膜中．影響膜的質(zhì)量。②薄膜厚度不夠均勻。融蝕羽輝具有很強(qiáng)的方向性．在不同的空間方向．等離子體羽輝中的粒子速率不盡相同．使粒子的能量和數(shù)量的分布不均勻。③等離子局域分布難以形成大面積的薄膜。

香港理工大學(xué)Walid A．Daoud．John H．Xin[6]等人在室溫條件下利用脈沖激光沉積技術(shù)在棉織物表面沉積一層聚四氟乙烯(PTFE)薄膜．利用激光刻蝕形成的粗糙結(jié)構(gòu)結(jié)合聚四氟乙烯薄膜，使之具有極低的表面張力，處理后棉織物的接觸角達(dá)到151°。