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2·3　表面改性對提高羊毛拒水拒油整理效果的作用機理研究

2·3·1　羊毛表面形態(tài)結構的SEM研究　　由羊毛的SEM圖像(圖3)清晰可見,未改性羊毛纖維表面雖然存在著瓦片狀疊蓋的鱗片,但每一鱗片表面光潔平整.經低溫等離子體表面改性和特定化學改性后的羊毛鱗片表面則呈現(xiàn)納米尺度(寬度方向)的溝槽和凹凸結構.這種納米界面結構類似于荷葉表面的微結構形態(tài).據近期納米結構的理論研究[7]認為,由于在納米尺寸低凹的微表面可以吸附氣體分子并使其穩(wěn)定附著,故在宏觀織物表面上形成了一層穩(wěn)定的氣膜,使油或水不能與織物表面直接接觸,從而使織物表面呈現(xiàn)超常的拒水拒油性能.這一宏觀結果可以用經典的Wenzel[8]公式和CassieandBaxter[9]公式來解釋.

Wenzel提出了液體在粗糙表面的接觸角公式:

cosθ′=γcosθ                                   (1)

式中,θ為液體在該材料的光滑表面的接觸角;θ′為液體在該材料的粗糙表面的接觸角;γ為粗糙因子,定義為粗糙表面的實際面積與光滑表面的面積之比.

由于粗糙因子(γ)恒大于1,因而由式(1)可知,材料的粗糙度既使親水性材料的親水性增加,又使疏水性材料的疏水性增加.CassieandBaxter提出了描述液體在由固體和空氣組成的材料表面的接觸角θ′:

cosθ′=f1cosθ-f2                                 (2)

式中,f1為液體與固體的接觸面積分數(shù),f2則為液體與空氣的接觸面積分數(shù).

由式(2)可知,當有空氣陷在粗糙材料的低凹處時,液體在該材料表面的接觸角增大.經低溫等離子體表面改性和化學表面改性劑處理后,羊毛纖維表面形成了納米尺度的溝槽和凹凸結構,根據Wenzel公式和CassieandBaxter公式,表面粗糙度的增加以及表面低凹部位空氣的附著均能增加水滴和油滴在羊毛表面的接觸角,故提高了羊毛拒水拒油整理的效果.同時,這種納米尺度的溝槽和凹凸結構又可以使服用過程中污垢粒子與羊毛表面的接觸面減小,有利于污垢的去除.