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荷叶效应与拒水拒油织物
董旭烨(西安市西安工程大学 710048)
[摘要]:介绍了拒水拒油的基本原理,织物获得拒水拒油性能的途径以及测试织物拒水拒油性能的方法。
[关键词]:拒水,拒油,织物,荷叶效应
前言
拒水拒油织物是纺织产品不断向高性能、多功能发展的一种功能化织物。这种
织物在服装、装饰、产业等领域应用的重要性已被人们逐渐所认识。它作为服装既
能抵御雨水、油迹、寒风的入侵和保护肌体,又能让人体的汗液、汗气及时地排出,
从而使人体保持干爽和温暖。同时,应用在装饰、产业领域中的具有拒水拒油功能
的餐桌布、汽车防护罩等也备受青睐。因此它具有广阔的发展前景。
1 拒水拒油机理
拒水和拒油都是以有限的润湿为条件和前提的,表示在静态条件下,反抗水和
油污渗透作用的能力。因此,要讨论织物拒水和拒油机理,就要从润湿理论出发。
润湿是指水或其他液体在固体表面扩展的过程,当液体在固体表面不能铺展时,在
固体表面就呈现一定的形状。通常用接触角θ来表示液-固界面的特性。
接触角
当液体在固体表面不能铺展时,则液体以一定形状停留于固体表面,由固体表
面和液体边缘切线形成一个夹角θ,(见图1-1)这个角称为接触角,用来表示液体
对固体的润湿性能。
(a)θ=0° (b)0°﹤θ﹤90°
《河北纺织》2006 年第三期专题研究
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(c)90°﹤θ﹤180° (d)θ=180°
图1-1 接触角
从上图所示的接触角大小比较容易判断出润湿状态:
当θ=0°时,液体完全润湿固体,无拒水作用;
当 0°<θ<90°时,液体部分润湿固体,有一定的拒水作用;
当 90°<θ<180°时, 固体表面稍被润湿,拒水作用一般;
当θ=180°时,固体完全不被润湿,拒水作用优良。
临界表面张力
液滴在固体表面上受到下列平衡力的作用,三相交界点的合力为零。液滴在固
体表面上的接触角主要决定于固体和液体的表面能以及液体与固体的界面能。根据
Young 方程式:
YSL -YS+ YL COSθ= 0
图1-2 液滴接触角
式中:
γ
s --固体与气体界面的表面能(即固体的表面能);
γ
l --液体与气体界面的表面能(即液体的表面能);
γ
sl--液体与固体界面的表面能。
由润湿方程可知,当γS增大,则θ减小,即固体表面能越高,润湿越易发生,
而要使拒水性增加,必须使θ增大,因而固体的表面能越低,表面越不易发生润湿。
一般情况下,液体表面能与固体表面能越接近,越难以润湿。但是确定固体表面能
比较难,所以由表面能判断是否润湿也不太容易。然而,接触角和液体的表面张力
是较易测定的,而通过物体的表面张力,容易得到液、固接触时的接触角,从而确
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定是否润湿。
Zis man 等人测定了同系物液体在同一固体表面上的接触角,以其COSθ对液体
表面张力作图将所得直线外推至COSθ=1处所对应的表面张力值,将其定为该固体平
面的临界表面张力,称为γC。液体的表面张力低于γC者,能在固体表面自行铺展,
而液体表面张力大于γC者,则不能在固体表面自行铺展。γC值越低,能在此表面上
铺展的液体越少,其润湿性越差。因而,若改变固体表面的临界表面