親水織物
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2022-08-09
親水織物的實例教程
馬格蘭尼效應下鹽分在親水織物析出過程模擬 ￥1500
基于COMSOL軟件模擬了鹽分通過兩側導管及溫度影響下的馬格蘭尼效應使得鹽分在親水織物表面進行析出的過程。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/97e95783430a4b3094bb8af45d0a734d.png" alt="m1.png" height="275" width="275"></p><p class="ql-align-center"><strong>頂部水平面結構模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/b93ca30e4c7b4ec68d51cfba501d42ab.png" alt="m2.png" height="366" width="286"></p><p class="ql-align-center"><strong>頂部傾斜面結構模型</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/b47feb6d623c4b0793ae90eead8c315d.gif" alt="Untitled21.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>鹽分在水平板面的析出過程</strong></p><p> 平面在沒有溫度梯度產生馬拉格尼對流的情況下，水分不斷蒸發，會導致鹽分在親水織物表面析出，黏附在織物表面。
展開 傳統的織物整理方法包括浸漬或浸軋等濕處理工藝，為提高整理劑與織物的親和力，往往伴隨大量整理助劑的使用，尤其對于低反應性紡織品如滌綸（PET）織物，較差的整理牢度會造成功能性快速失效和化學品滲出，對環境和人體造成潛在傷害。
受貽貝啟發，香港理工大學和深圳大學合作，設計了一種基于陽離子-π相互作用力的新型超親水聚合物分子，無需添加高污染的紡織助劑，對PET織物產生自粘附效應，配合與PET分子的共結晶作用，極大提高了其在PET纖維上的粘附力，將疏水PET織物轉變為超親水的同時，賦予其抑菌效果，經過改性后的PET織物可以耐150次家庭洗滌。相關工作以 “Mussel-inspired design of a self-adhesive agent for durable moisture management and bacterial inhibition on PET fabric” 為題發表于材料領域國際期刊Advanced Materials上。
圖1. 新型陽離子-π水下自粘附親水劑的設計理念。
圖2. 陽離子-π親水劑的結構、作用機理及整體應用效果。
由于其強大的附著力,可通過噴涂和固化應用于PET織物的一側形成Janus織物，從而提供單向水分運輸(前向運輸能力為1115%,后向阻隔能力為-1509%)。同時，此Janus織物可有效抑制細菌的生長和入侵，并保持皮膚微生物平衡。這項工作為紡織濕整理過程中的粘合劑研究開辟道路，且有更多樣化和更智能的應用前景，如快干運動衣、防護服或空調織物。
圖3.
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具體來說，織物的外層(mE)由親水性聚乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)與改性BNNS (mBNNS)共混而成，而織物的內層(mP)由疏水性聚氨酯(PU)與mBNNS共混而成。由于mBNNS與兩種聚合物具有較強的界面相互作用，在高壓靜場中形成水平導熱通道，隨后的壓制增加了單纖維在織物厚度方向的接觸面積，織物具有雙向高導熱系數，提高了機械強度。
受Nepenthes的可逆可切換潤濕性的啟發，Chen和同事通過將石蠟注入嵌入銀納米線薄膜加熱器的超疏水微柱陣列膜中，報道了焦耳熱響應智能窗口(圖18a,b)。根據焦耳加熱作用下石蠟的相變，在施加6V電壓時，器件的表面潤濕性由超疏水性變為超親水性(圖18d)。同時，光學可見性在不透明和透明狀態之間可逆切換(圖18c)。因此，智能窗戶的概念得到了驗證，并在建筑熱管理中取得了成功。
受Nepenthes的可逆可切換潤濕性的啟發，Chen和同事通過將石蠟注入嵌入銀納米線薄膜加熱器的超疏水微柱陣列膜中，報道了焦耳熱響應智能窗口(圖18a,b)。根據焦耳加熱作用下石蠟的相變，在施加6V電壓時，器件的表面潤濕性由超疏水性變為超親水性(圖18d)。同時，光學可見性在不透明和透明狀態之間可逆切換(圖18c)。因此，智能窗戶的概念得到了驗證，并在建筑熱管理中取得了成功。
(a)一種具有吸汗功能的防垢冷卻織物，用于個人冷卻管理; (b) 受人體呼吸的啟發，疏水/親水設計的人工排汗皮膚; (c)具有單向水運的仿生蒸騰紡織品。
圖8.用于被動熱管理的個人輻射制冷。
表1 以往研究中不同 GO 膜的制備方法、厚度及性能匯總
1.3 多層石墨烯薄膜
各種親水性含氧官能團使得 GO 有親水性并進一步賦予了其加工可能性，但也嚴重破壞了石墨烯的共軛 sp2 網絡，使熱導率的提高受到限制。
5、分散性
圖中是氧化石墨烯在去離子水及二甲苯(非極性有機溶劑)中分散不同時間的對比圖。由圖可知，氧化石墨烯在去離子水中分散性較好，但是在二甲苯中分散性較差。這是因為氧化石墨烯表面含有很多的親水性基團，如羧基、羥基等，易溶于水，難溶于有機溶劑中。
下圖是有機改性氧化石墨烯在去離子水及二甲苯中分散不同時間的對比圖。
基于COMSOL軟件模擬了鹽分通過兩側導管及溫度影響下的馬格蘭尼效應使得鹽分在親水織物表面進行析出的過程。仿真結果如圖2所示。
然而，與傳統紡織工藝兼容、且可為織物電子器件供能的一維SAB尚未見報導。
近期，西南大學魯志松教授團隊開發了一種柔性、可編織和大規模制備的紗線基汗液激發電池（CYSAB），其結構包括炭黑修飾區段、鹽橋區段和鋅箔包裹區段。棉質紗線作為良好的親水性基材，在人體出汗時可吸收汗液激發CYSAB產生電能。串并聯多個CYSAB可形成電池組，實現為小型電子元件供能。
聚酯纖維親水性差，分子結構中缺少活性基團，分子排列緊密，因此染色上染的難度較大，需要在高溫高壓的條件下進行。
1.低溫染色技術
高溫高壓染色技術，對于能源的消耗量較大，產生的廢水污染物也較多，染色成本較高。降低染色溫度、減少能耗，降低染色成本，一直是行業內研究的熱點問題。
該團隊選取具有良好的生物相容性和優異力學性能的天然蠶絲織物作為整個傳感器的核心材料，利用低表面能的十八烷基三氯硅烷（OTS）和蠶絲織物上絲素蛋白（Fibroin）產生的化學反應，制備了超疏水的蠶絲基底。隨后，只對疏水蠶絲織物的一側進行等離子體（Plasma）處理，形成類似荷葉的一面疏水一面親水結構，即Janus 蠶絲織物（Janus silk textile）。
