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纤维素织物功能化及其表面特殊润湿性研究
摘要：
本文主要研究了纤维素织物的功能化和表面特殊润湿性。首先介绍了纤维素织物的基础知识和特性，接着阐述了功能化的意义以及常见的功能化处理方法。在表面特殊润湿性方面，我们讨论了超疏水和超亲水材料的制备方法和性质，进而探讨了如何在纤维素织物表面实现这种特殊润湿性。最后，我们总结了目前的研究状况和存在的问题，并展望未来的研究方向。
关键词：纤维素织物；功能化；表面润湿性；超疏水材料；超亲水材料；应用前景
1.简介
纤维素是一种主要成分为纤维素的天然高分子化合物。它常见于植物细胞壁中，并广泛存在于纸浆、木材和棉花等天然材料中。纤维素具有很高的可再生性、生物降解性和生物兼容性，因此在纺织、包装、造纸等领域得到了广泛应用。不过，由于纤维素的化学结构较为单一，且本身缺乏许多特殊的物理和化学性质，因此需要通过一系列的功能化处理来增强其性能和应用范围。
在纤维素织物中，常见的功能化处理包括印花、染色、防皱、防水、防污、抗菌、防紫外线等。这些处理方法都有助于提高纤维素织物的外观和性能，并满足不同行业和消费者的需求。此外，近年来，随着纤维素纳米材料的新型应用的不断涌现，例如纳米纤维素薄膜、纳米纤维素球等，纤维素材料的功能化研究也得到了新的突破。
表面润湿性是指材料表面与液态介质之间的亲和力，它是材料的重要表面物理性质之一。在实际应用中，材料的表面润湿性常常会影响到它的功能和性能，例如抗水、防污、传质、光学性能等。针对不同的需求和应用环境，介质可以是水、油、有机溶剂等。一般来说，有两种基本的表面润湿性：疏水性和亲水性，对应着分别难以和容易被水湿润的特性。除了这两种基本的表面润湿性外，还有一类抗污、自清洁性更强的特殊润湿性材料，被分别称为超疏水和超亲水材料。
2.纤维素织物的功能化
纤维素织物的功能化处理方法非常多样，以下是常见的几种：
2.1染色
染色是将材料的颜色改为所需的颜色，同时还可以改变材料的其他性质，例如耐光、亮度、防褪色等。最常用的染色方法是分散染色和连续染色。此外，还有反应染色、阳离子染料等新型染色方法。
2.2防皱
防皱处理是为了使纤维素织物能够长时间保持平整、光滑、柔软。常见的防皱处理方法包括树脂涂覆、起皱抗皱处理、特殊机织法等。
2.3防水
防水处理是为了使纤维素织物具有防水性，不遭受水的侵袭。传统的防水处理通常采用蜡质、树脂等物质覆盖，但这些方法会损害织物的透气性。现在，比较流行的防水处理方法是采用纳米防水材料对织物进行涂层处理，能够保障布料的透气性和防水性。
2.4防污
防污处理是为了使纤维素织物不受污垢或液态污染物的侵袭，同时容易清洗干净。常见的防污处理方法包括纳米防污涂层、天然金属离子等。
2.5抗菌
抗菌处理是为了使纤维素织物在使用过程中不受到细菌、真菌侵害，保持清洁、卫生，同时也可以预防某些疾病的传播。常用的抗菌处理方法包括离子交换纤维、金属氧化物抗菌材料等。
3.纤维素织物的表面特殊润湿性
3.1超疏水材料
超疏水材料是指相对于纯净水、乙醇等极性溶液而言，材料表面具有非常好的油水复合物排斥性和极低的表面自由能，即水接触角高于150度的材料。比如，腕表玻璃、莲叶表面、羽毛等，均被广泛认为是天然的超疏水材料。人工合成的超疏水材料通常是通过表面化学修饰和拓扑结构设计得到的，例如多级微结构（蜂窝、多级菜花等）、柔性有序结构、空气涂层等等。
目前，许多超疏水材料已经应用于纤维素织物的表面涂层，例如多级微结构表面的纳米棒阵列、水合硅橡胶涂层、聚酰胺酸钾涂层等。这些超疏水材料的涂层可以大幅提升纤维素织物对水的抗性和耐久性。
3.2超亲水材料
相对于纯油脂、有机蒸发物等非极性溶液而言，材料表面具有很好的润湿性，并形成很强的表面自由能，即水接触角小于10度的材料，被广泛称为超亲水材料。常见的超亲水材料有金刚石、金红石、铜、银等物质，也包括纳米颗粒表面修饰后的材料。
应用于纤维素织物中的超亲水材料具有一定的难度，目前比较成熟的做法是将超亲水材料制成纳米颗粒或微纳米棒，并与纤维素纤维混合织成复合材料。这种复合材料不仅可以形成超亲水表面，还可以保持纤维的柔软、透气性、整体性。
4.总结与展望
纤维素织物的功能化和表面特殊润湿性研究一直是材料科学的热点和难题。在功能化处理方面，我们需要更好地把握材料性质与处理方法的关系，如何减小对环境的影响，同时提高处理方法的经济性和实用性。在表面特殊润湿性方面，需要进一步深入研究超疏水、超亲水材料的制备和特性，探索不同形态、不同物质纳米颗粒对纤维素材料的影响，打破实验室和应用场合之间的鸿沟，加速纤维素织物润湿性材料在实际应用中的推广。
随着人们对环保、健康的关注和科技快速发展的推动，纤维素织物的功能化和润湿性研究前景十分广阔。我们可以期待，未来随着技术、市场的发展，