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    技術文章

    接觸角測量儀在超疏油-超親水織物研究中的應用

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    水下超級疏油表面在水生生物中廣泛存在。一個著名的例子是魚的鱗片,它表現出極大的水下接觸角和出色的抗油污性能。

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    受此啟發,Zhou等展示了一種新的策略,在棉織物上制造穩定的,同時超親水-超疏油(SHI - SOP)表面。采用兩步濕化學涂覆法,將低表面能的含氟烷基和聚乙二醇-磷酸親水性部分組成的低聚物、二氧化硅納米顆粒和含氟烷基硅烷涂覆在織物基底上。經處理,織物具有穩定的超親水性,水接觸角為0°,如果將其涂在織物上,它可以在2秒內擴散到織物基體中??椢镆脖憩F出超疏油性,無論在空氣干燥狀態、水潤濕后的狀態還是在水下環境下,對表面張力> 27 mN/m的油接觸角均穩定超過150°,表現出良好的耐腐蝕性能。該涂層非常耐用,可以承受強酸/強堿溶液、反復磨損和長時間浸泡在水中。這就預示著當涂層織物被油或非油污垢污染時,無需使用任何洗滌劑和化學品,只需用水即可輕松清洗。

    圖1. (a)在空氣中(每滴10 mL,黃色水,透明石蠟油,紫色礦物油,紅色橄欖油(左),紅色柴油(右),藍色十六烷,少量染料使用,對潤濕性沒有影響)和水下(紅色液滴為DCE, 15 mL), (b)涂層棉織物上水滴隨時間的變化,(c) CA對液體表面張力的依賴關系。(d)被涂織物的水和油CA隨時間的變化;(e)在被涂織物上留下油滴前后5天的照片

    圖1a顯示了涂層織物的潤濕性能。將透明的石蠟油、紅色的橄欖油、紫色的礦物油、淺紅色的柴油和藍色的十六烷滴在織物上,它們都形成了球狀的液滴。這些油狀液體的織物接觸角(ca)為157°, 160°, 159°, 145 °和153°,表明涂層織物具有超疏油表面。

    測量涂層織物的油滑動角為16°和19°(橄欖油和礦物油)。對于表面張力低于27.5 mN/m、它們停留在表面而沒有滾下來,這表明滑動角度要大得多。相比之下,未涂覆的棉織物是親油的,對于所有這些油狀液體CA為0°。

    用水接觸角和水滴擴散到織物基質中的時間來表征親水性。當黃色的水滴在涂層織物上時,在1.58秒內擴散到織物基體中(圖1b),表明涂層織物對水有很強的親和力。

    除了在干燥狀態下的潤濕性外,還對其在水下的潤濕性進行了測試。圖1a還顯示了水中涂層織物上的1,2-二氯乙烷(DCE)液滴。在這種濕潤狀態下,DCE穩定地以球形液滴的形式存在于織物表面,其水下CA (CAuw)為170°。

    通過一系列表面張力值在15.5 mN/m ~ 72.8 mN/m液體來檢測其拒油性。圖1c為液體表面張力與CA的關系。在干燥狀態下,對于表面張力在27 ~ 63 mN/m之間的液體,涂層織物的CA大于150°。在水下狀態下,對于表面張力在27-50.8 mN/m,油的溫度高于150°。然而,在干燥和水下狀態下,對于表面張力在23mN/m以下的水和油液,織物的接觸角均為0°。

    圖1d為CA隨時間的變化。除水外,所有油滴均可在涂層織物上穩定停留5小時。在環境條件下,油滴甚至可以在織物上停留5天(見圖1e中的照片)。結果表明,涂層織物具有穩定的超疏油性能。

    參考文獻:

    【1】Zhou, H., Wang, H., Yang, W., Niu, H., Wei, X., Fu, S., Liu, S., Shao, H., Lin, T., Durable superoleophobic–superhydrophilic fabrics with high anti-oil-fouling property[J]. RSC Advances, 2018, 8(47), 26939–26947.


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