紡織品超疏水整理的專利技術綜述

潘 成 玉

紡織品超疏水整理的專利技術綜述

潘 成 玉

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心， 江蘇 蘇州 215163）

超疏水功能紡織品以其獨特的自清潔、抗污染等性能，可廣泛應用于醫護人員用裝、防雨/雪服、帳篷、軍用作戰服等方面，日益受到人們的青睞。對涉及超疏水紡織品領域的國內主要申請人及其相關專利進行收集和分析，梳理國內超疏水紡織品的發展脈絡，為今后該領域的專利申請和保護提供一些啟示。

超疏水；荷葉效應；紡織品；專利

隨著科學技術的不斷進步，物質生活水平的逐步提高，人們對紡織品的要求相應的也越來越高。紡織品已不再僅僅是為了防寒保暖，裝飾人體，而且還需要具有多種功能，例如抗靜電、洗可穿、電磁屏蔽、抗菌、除臭、防霉、阻燃等等。其中超疏水功能紡織品就以其獨特的自清潔、抗污染等性能，可廣泛應用于醫護人員用裝、防雨/雪服、帳篷、軍用作戰服等方面，日益受到人們的青睞［1-4］。

德國波恩大學的植物學家Wilhelm Barthlott首次揭曉了荷葉效應［5］，并于 1995年最早申請了基于荷葉效應的自清潔表面的相關專利（DE59504640D），之后其研究了在屋頂、屋面、紀念碑、貯倉以及罐和管道的內涂層等的自潔凈表面的應用。模仿荷葉效應可制備得到超疏水表面，其能否應用于紡織品上并能制備得到超疏水自清潔的紡織品成為國內的研究熱點。現針對國內超疏水織物領域的專利申請進行了梳理和總結。

1 國內超疏水紡織品的專利申請狀況

由圖1可以看出，在超疏水織物研究領域中，其主要為高校與研究所申請，如東華大學、陜西科技大學等。企業申請相對較少的主要是：目前仿荷葉效應的超疏水織物存在成本高、工藝復雜不適用于規模化生產以及其耐水持久性差等問題，從而阻礙了其在企業中的研究與發展。

圖1 申請人分布圖Fig.1 The distribution of the applicants

國內歷年申請量的變化如圖2。

圖2 歷年專利申請量的變化Fig.2 Changes in the number of patent application

由圖 2所示的歷年申請量變化可以看出，從2003年至今，該領域的專利申請量逐漸增加，并于2008年之后申請量大幅增長，其原因是在2008年，國內研究者開始將研究方向轉向采用溶膠-凝膠法來構造粗糙表面，之后圍繞這一構思的專利申請大幅增加，其打破了前期采用含有納米金屬氧化物顆粒的疏水整理劑來構造疏水表面的這一固有思路。

2 國內超疏水紡織品技術演進和發展

在國內超疏水紡織品研究的初期（2003年-2004年），其主要的制備方法是將納米級無機固體顆粒與有機氟整理劑混合后，將其以浸漬、涂層或噴霧的方法整理于織物上(如 CN1525001A、CN1563555A)該方法雖然顯著的提高織物的疏水性能，但是由于無機納米顆粒在疏水劑中易聚集，所形成的粗糙表面粗糙度不勻，從而造成其疏水效果不均勻，另外由于無機納米粒子與織物表面以物理力結合，因此其與織物表面的結合牢度較低，從而疏水的耐洗性差，不利于該類方法的市場化。

2004年至2007年，基于先前方法存在表面粗糙度構造不均勻的問題，研究者將研究方向轉為刻蝕方法，如等離子體表面處理以及化學刻蝕（CN1766222A，CN1854384A，CN1824884A）。雖然上述方法克服了表面粗糙度不均的問題，疏水效果也有所提升，但是等離子表面處理，由于其設備昂貴，生產效率低下，不利于規模化生產；化學刻蝕損害纖維強力，且腐蝕液污染環境等，由于上述原因，上述方法也僅存在于實驗室階段，而未能實現工業化生產。

自2008年之后，由于溶膠-凝膠方法工藝簡單、設備低廉，反應過程易于控制，尤其是在薄膜制備方面，不需要真空條件和太高的溫度，而且可以在大面積或任意形狀的底物上成膜，更顯示出獨特的優越性,因此研究者將構造粗糙表面的方法轉向溶膠凝膠法，常用的溶膠主要有 SiO2溶膠（如CN103276590A,CN102251391A,CN103088629A,CN1 02021819A）、TiO2溶膠(如CN101768854A,CN10169 4057A)、ZnO溶膠(CN103343446A,CN102392346A)、Al2O3溶膠(CN102277720A)、SiO2-TiO2混合溶膠（CN 103147281A,CN103726302A）復合溶膠等，其代表人物主要為東華大學的邢彥軍和陜西科技大學的薛朝華，東華大學的邢彥軍課題組主要研究的是纖維素織物的無氟超疏水整理，其從疏水的耐久性、降低成本、多功能性等角度進行研究。而陜西科技大學的薛朝華課題組主要研究的是滌綸織物的超疏水整理，同時也涉及了棉織物的疏水耐久性。

溶膠-凝膠法構造粗糙表面時，由于溶膠涂層與纖維素織物的結合牢度較低，因此其整理后的織物在洗滌后良好的疏水性能將不復存在，這也是溶膠凝膠法疏水整理無法實現工業化的主要原因之一，針對這一問題東華大學的邢彥軍課題組（CN101591853A）采用多元酸作為橋連劑，通過多元羧基以化學鍵連接織物和溶膠層，從而提高了纖維素織物與二氧化硅涂層之間的穩定結合，得到了疏水耐久性好的超疏水織物；陜西科技大學的薛朝華課題組(CN101768856A)則是先制備環氧化的棉織物，在于氨基化的硅溶膠和環氧基化的硅溶膠進行交聯，從而構造了具備良好堅牢度的粗糙表面。

前期研究的超疏水整理由于其工藝復雜、原料昂貴等問題，因此其一直未實現工業化生產，針對原料的選取方面，邢彥軍課題組采用廉價的水玻璃代替了昂貴的有機硅來制備得到了二氧化硅溶膠（CN101591854A）；其還以廉價的無機鋁鹽為原料制備得到了納米氧化鋁溶膠，并結合廉價的疏水劑長鏈脂肪酸制備得到了超疏水織物，同時，由于氧化鋁涂層還具備一定的抗紫外性能，因此其整理

后的織物不僅具備良好的疏水性還具備抗紫外性能（CN102277721A）。上述研究為超疏水紡織品由實驗室走向工業化生產打下了堅實的基礎。

陜西科技大學的薛朝華課題組則主要研究的是滌綸織物的超疏水整理，其主要采用以下方法來構造粗糙表面：一是采用堿刻蝕滌綸織物，從而在織物表面形成凹凸不平的坑穴（CN102965910A）；二是采用溶膠凝膠法來構造粗糙表面（CN 102953268A）。上述兩種方法均制備得到了超疏水的滌綸織物，其代表了我國在滌綸超疏水整理方面仿荷葉效應的技術水平發展。

3 結 論

通過上述對仿荷葉效應的超疏水紡織品領域的國內專利的分析與研究，可以發現對超疏水紡織品的研究與開發越來越受到研究者的關注。隨著科技的進步，無論是在構造紡織品的粗糙表面，還是疏水劑的選擇與運用上都有了很大的發展和進步，但是超疏水紡織品的實際應用還未能普及，許多問題還亟待解決。如簡單經濟、環境友好的制備方法有待開發，超疏水紡織品的耐久性（如耐洗、耐摩擦性）也有待提高，上述兩個問題是超疏水織物能否實現工業化生產的關鍵，也是今后超疏水紡織品的研究方向。超疏水紡織品的工業化生產將會給紡織行業帶來全新的發展，為企業產品帶來新的競爭力，具有巨大的潛在市場，預計可以產生較好的經濟效益和社會效益。

［1］ 杜文琴．荷葉效應在拒水自潔織物上的應用［J］．印染, 2001, 9: 36-37+43．

［2］ X Feng，L Jiang.Design and Creation of Superwctting /Antiwetting Surfaces［J］．Adv. Mater.,2006，18(23)：3063-3078.

［3］ 趙寧，超疏水表面的研究進展[J], 化學進展, 2007, 6(19): 860-871.

［4］ 閻克路.染整工藝與原理（上冊）[M].第1版.北京:中國紡織出版社，2009-09.

［5］ Barthlott W，Neinhuis C．The purity of sacred lotus or escape from contamination in biological surfaces［J］． Planta, 1997, 202: 1- 8．

Reviews of the Patents About Super-hydrophobic Fabric

PAN Cheng-yu
（Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO, Jiangsu Suzhou 215163，China）

More and more people love super-hydrophobic fabric because it has advantages of self-cleaning and antipollution. Super-hydrophobic fabric can be widely applied to the clothes of medical stuff, raincoat, umbrella, tents, climbing garb etc. The purpose of the reviews is to collect and analyze the patents about super-hydrophobic fabric, master the development venation of super-hydrophobic fabric, and provide some suggestions for application and protection of the patents in this area.

Super-hydrophobic; Lotus effect; Fabric; Patent

TQ 028

： A

： 1671-0460（2015）04-0735-02

2015-01-21

潘成玉（1986-），女，江蘇蘇州人，碩士，2012年畢業于東華大學紡織化學與染整工程專業，研究方向：專利審查。E-mail：panchengyu@sipo.gov.cn。