化学气相沉积联合热老化协同增强织物超疏水性能的机制研究与应用前景

（编辑推荐）本研究创新性地将化学气相沉积（CVD）与热老化技术联用，通过调控聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚酰胺66（PA66）表面纳米粗糙度与低表面能基团分布，显著提升超疏水织物的耐久性与处理效率。0.5小时CVD后0.5小时热老化的协同方案使接触角达159.8°±2.0°，滚动角低至3.8°±0.1°，且经20次胶带摩擦仍保持超疏水性，为环保型功能纺织品开发提供新范式。

　　

1 引言

液态排斥表面技术通过构建超疏水特性（接触角>150°，滚动角<10°）实现织物自清洁与防污染功能。传统热老化法虽能通过分子链重排降低聚酯表面能，但存在处理时间长（>24小时）、耐久性差等缺陷。本研究聚焦PET与PA66两种典型合成纤维，针对其表面能差异（PET 44.6 mN/m vs PA66 46.5 mN/m），创新性提出化学气相沉积（CVD）与热老化的协同处理策略。

2 实验方法

采用碱水解（PET织物）与O₂等离子体刻蚀（PET/PA66薄膜）构建纳米级粗糙结构，通过场发射扫描电镜（FE-SEM）证实PET织物形成155±25 nm不规则凹坑，而PA66薄膜产生442±65 nm更均匀的粗糙结构。X射线光电子能谱（XPS）显示等离子体处理使PET薄膜C=O键含量从39.49%增至40.36%，经热老化后恢复至原始状态。采用十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）进行CVD处理，能谱分析（EDS）检测到硅元素特征峰证实成功沉积。

3 结果与讨论

3.1 表面润湿性调控

单一热老化处理24小时后，仅PET织物达到超疏水性（接触角152.5°±1.7°），而PA66因分子链极性基团阻碍重排未能达标。CVD处理0.5小时即令所有样品实现超疏水，PA66接触角从70.1°跃升至155°以上。时序实验揭示"先CVD后热老化"的协同效应：0.5+0.5小时组合使PET织物接触角达159.8°±2.0°，滚动角3.8°±0.1°，显著优于单一处理（p<0.05）。

3.2 耐久性突破

水洗测试显示协同处理样品经5次洗涤后接触角仍保持142.1°±1.0°，而单一热老化组降至134.2°±1.5°。胶带摩擦20次后，协同处理组滚动角仅7.6°±0.4°，维持超疏水性。分子机制分析表明：CVD生成的Si-O-Si网络经短时热老化交联固化，而过度热老化（>0.5小时）会破坏DTMS与基材的氢键结合。

3.3 材料普适性验证

PA66薄膜通过协同处理实现接触角156.2°±1.8°，突破其固有高表面能限制。但PET织物因碱水解形成的致密纳米结构（间距155 nm）产生更强毛细压力，在水冲击测试中获4.8级（最高5级）防水评级，优于PA66的3.2级。

4 结论

本研究建立的高效环保处理方案将超疏水加工时间缩短95%，突破性解决PA66等难处理材料的应用瓶颈。未来需开发标准化纳米粗糙化工艺，并评估紫外线/洗涤剂等实际环境下的长期稳定性。该技术为智能服装、汽车内饰等产业提供新可能，符合欧盟对全氟化合物（PFCs）的限用趋势。