接觸角測(cè)量?jī)x在超疏油-超親水織物研究中的應(yīng)用

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

受此啟發(fā)，Zhou等展示了一種新的策略，在棉織物上制造穩(wěn)定的，同時(shí)超親水-超疏油(SHI - SOP)表面。采用兩步濕化學(xué)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(jīng)處理，織物具有穩(wěn)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(nèi)擴(kuò)散到織物基體中。織物也表現(xiàn)出超疏油性，無論在空氣干燥狀態(tài)、水潤(rùn)濕后的狀態(tài)還是在水下環(huán)境下，對(duì)表面張力> 27 mN/m的油接觸角均穩(wěn)定超過150°，表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。該涂層非常耐用，可以承受強(qiáng)酸/強(qiáng)堿溶液、反復(fù)磨損和長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中。這就預(yù)示著當(dāng)涂層織物被油或非油污垢污染時(shí)，無需使用任何洗滌劑和化學(xué)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(lán)色十六烷，少量染料使用，對(duì)潤(rùn)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(shí)間的變化，(c) CA對(duì)液體表面張力的依賴關(guān)系。(d)被涂織物的水和油CA隨時(shí)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(rùn)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(lán)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(cè)量涂層織物的油滑動(dòng)角為16°和19°（橄欖油和礦物油）。對(duì)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(dòng)角度要大得多。相比之下，未涂覆的棉織物是親油的，對(duì)于所有這些油狀液體CA為0°。

用水接觸角和水滴擴(kuò)散到織物基質(zhì)中的時(shí)間來表征親水性。當(dāng)黃色的水滴在涂層織物上時(shí)，在1.58秒內(nèi)擴(kuò)散到織物基體中(圖1b)，表明涂層織物對(duì)水有很強(qiáng)的親和力。

除了在干燥狀態(tài)下的潤(rùn)濕性外，還對(duì)其在水下的潤(rùn)濕性進(jìn)行了測(cè)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(rùn)狀態(tài)下，DCE穩(wěn)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(cè)其拒油性。圖1c為液體表面張力與CA的關(guān)系。在干燥狀態(tài)下，對(duì)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(tài)下，對(duì)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(tài)下，對(duì)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(shí)間的變化。除水外，所有油滴均可在涂層織物上穩(wěn)定停留5小時(shí)。在環(huán)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(jié)果表明，涂層織物具有穩(wěn)定的超疏油性能。

參考文獻(xiàn)：

【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.