随着对先进纺织功能(如冷却感、超疏水性和抗菌保护)需求的增加,服装、防护衣物和生物医学织物的表面整理技术不断创新[1],[2],[3],[4],[5]。然而,将这些多种功能整合到单一整理过程中仍具有挑战性。传统方法通常依赖多步骤工艺和/或能耗较高的激活方式(如垫干固化、热固化、等离子体处理)以及耗时的湿化学过程(如溶胶-凝胶反应、层层组装),这些方法可能对软质或热敏感基材造成苛刻的处理条件,并导致放大过程中的瓶颈[6],[7],[8],[9]。此外,过多的添加剂和连续形成的薄膜可能会损害织物的透气性、手感及外观,限制其在舒适性应用中的实际应用[3],[10]。因此,迫切需要一种一步式、温和且配方兼容的整理方法,能够在保留棉花织物内在特性的同时实现多功能性。
电水动力雾化(EHDA)技术包括电纺、电喷雾和电子喷射打印,为在常温下进行可控形态和沉积的微/纳米制造提供了有效的工具箱[11],[12],[13],[14]。随着喷头的改进,EHDA已从单流体处理发展到同轴、并联和多轴配置,实现了更复杂的层次化结构设计,以实现组分的程序化分布[15],[16],[17]。尽管取得了这些进展,但EHDA领域仍存在不平衡:电纺和芯壳纤维(以及芯壳颗粒)的研究远多于电喷雾和Janus颗粒。尽管芯壳设计在梯度控制释放方面得到广泛应用[18],[19],[20],但Janus纳米产品(具有两个横向分离的物理化学域)由于其在多功能集成、催化和成像方面的独特价值,仍未得到充分开发[21],[22],[23],[24]。除了这些应用外,Janus颗粒还被视为功能性界面的理想构建单元,在各向异性表面化学的作用下可以实现界面定向组织和特定区域的暴露,这在均匀混合物中难以实现[25]。在这种情况下,可靠且可扩展地制备Janus结构成为了重要的研究方向,而不仅仅是展示其潜在用途。
传统并联EHDA技术的一个关键技术挑战是相邻带电射流之间的静电排斥会导致射流分裂和泰勒锥形结构的破坏[26],[27]。最近,引入了偏心并联喷头来物理约束两种流体在喷射点的行为,从而形成了统一的泰勒锥形结构,提高了Janus型分隔的可行性[28]。聚合物的EHDA处理通常在有机溶剂体系中进行以满足溶解性和喷射要求;然而,将并联处理扩展到更温和的介质中是非常有意义的。纯水体系由于表面张力高而难以电喷雾,但加入乙醇作为共溶剂可以降低表面张力并拓宽喷射窗口。结合偏心几何约束,这使得在常温条件下实现稳定的并联电喷雾成为可能。这一点尤为重要,因为商业纺织整理剂和粘合剂通常以水基乳液或分散体的形式提供;温和的乙醇-水处理路线可以提高配方的兼容性,减少溶剂替代或重新配方的需求。
基于这些考虑,本文开发了一种一步式、连续的偏心并联电喷雾技术,用于棉花整理,构建基于Janus颗粒的涂层架构,将锚定功能与表面调节功能分离。具体而言,一种用于赋予冷却感或疏水性的乙醇稀释工业整理剂与含ZnO纳米颗粒的WPU分散体通过偏心双通道喷嘴共同电喷雾,一步生成Janus颗粒并沉积在棉花上。在这种Janus型分隔涂层中,富含ZnO-WPU的域作为锚定基质,有助于涂层在洗涤过程中的固定和保持,同时提供基础抗菌效果和紫外线屏蔽;而富含整理剂的域主要调节表面润湿性或冷却行为。从配方角度来看,单浴系统中的多功能整理容易受到胶体/薄膜形成导致的兼容性问题以及粘合剂对表面活性成分的屏蔽作用影响[29],[30],[31],[32],[33]。通过将锚定基质与表面调节成分空间分离,这种Janus颗粒设计有望减少这种屏蔽效应,并实现两种可配置的组合——冷却-抗菌和疏水-抗菌。整个过程在常温下进行,无需高温交联,这对于含有热敏感成分的配方非常有利[34],[35]。本研究系统地研究了涂层形态和成分分布、多功能性能以及洗涤稳定性,阐明了结构-性能关系,并提供了实现低添加量、视觉效果不明显的多功能棉花织物的实用方法。