文章创新点

      本文介绍了一种新型超疏水棉织物，可应用于油水分离和自清洁。以四甲基四乙烯基环四硅氧烷为起始原料，采用快速温和的巯-烯点击反应进行疏水改性从而制备环四硅氧烷基疏水改性剂，随后通过溶胶-凝胶工艺将其引入棉织物中，得到超疏水棉织物。甲氧基硅基的引入在固化阶段可与棉织物表面的羟基发生脱水缩合反应，使涂层以共价键的形式在棉织物表面原位形成，从而有效提高涂层的耐久性。因此，这种超疏水棉织物表现出良好的稳定性，不仅能有效抗剥离和超声，而且在有机溶剂、酸、碱、盐水溶液造成的化学损伤中也能保持稳定。改性棉织物能够有效分离一系列油/水混合物，分离效率高达99.99%。这种超疏水棉织物在油水分离和自清洁等领域具有广泛的应用前景，同时基于环四硅氧烷的表面改性剂也可作为改性基底的一种策略，以实现多功能应用。

文章背景

      超疏水材料是材料科学研究的热点方向，兼具实用价值与创新潜力。在石油化工领域，泄漏事故频发，冶金、皮革等行业也产生大量含油废水，严重威胁经济、生态与人类健康。传统的油/水分离方法存在工艺复杂、效率低等局限，而超疏水材料基于其独特的润湿性，不仅在抗菌、自清洁和防腐蚀等领域表现优异，更在油/水分离方面展现出巨大潜力，对开发新型高效分离材料意义重大。

文章概述

      基于上述背景，山东大学化学与化工学院刘鸿志教授课题组在紫外光照射下通过巯-烯点击反应向四甲基四乙烯基环四硅氧烷中引入含氟物质和甲氧基硅基，合成了一种新型疏水改性剂(F-D₄)。随后利用溶胶-凝胶工艺对原始棉织物进行疏水改性，从而获得一种超疏水棉织物(F-D₄-Fabric)(图1)。

图1 F-D₄的制备过程和F-D₄-Fabric的制备示意图 

文章对改性棉织物的机械、物理和化学稳定性进行了研究(图2)。机械稳定性通过超声波检测和胶带剥离实验评估，结果显示多次胶带剥离和 80 分钟超声处理后，织物水接触角(WCA)变化较小。物理稳定性测试表明，高温和紫外线辐射对其超疏水性影响甚微。化学稳定性实验中，织物在多种有机溶剂、盐溶液及不同 pH 值水溶液中浸泡 24 小时后，超疏水性总体保持良好，仅在强碱性环境下 WCA 出现明显下降。改性剂分子中甲氧基硅基与织物表面羟基形成的 Si-O-C 键，赋予其优异的稳定性和耐久性。 

图2 F-D₄-Fabric在下列条件下进行测试时的水接触角(WCA): (a) 胶带剥离次数; (b) 超声时间; (c) 温度; (d) 紫外辐照时间，(e) 有机溶剂浸泡，(f) 不同pH值和1mol L^-1氯化钠的水溶液中浸泡

文章系统研究了F-D₄-Fabric的油水分离性能(图3)。以石油醚、正己烷、二氯甲烷和氯仿为代表，在重力驱动下，该织物对轻油和重油均展现高效分离能力，分离效率为99.80%-99.99%。得益于改性织物优异的化学稳定性，其在油水分离应用中展现出良好的可重复使用性。以二氯甲烷和水的混合物为例，经30次循环后，分离效率仍保持在99.80%以上，显示出良好的耐久性。 

图3 (a)石油醚、正己烷、二氯甲烷和氯仿的分离效率和通量; (b) 不同循环周期后的分离效率和通量 

文章展示了F-D₄-Fabric的防污和自清洁性能(图4)。将咖啡、茶、牛奶等常见液体滴在超疏水棉织物表面，均呈近似球形的液滴，而原始棉织物迅速被润湿。将原始织物和改性织物浸入亚甲基蓝水溶液，原始织物因亲水性和毛细效应被染色，而F-D₄-Fabric保持清洁干燥，表现出对水污染的有效抵抗能力。在模拟固体污染实验中，涂覆的咖啡粉在水滴作用下，迅速混合滚落，使织物表面恢复洁净。

图4 (a)原始织物和F-D₄-Fabric的润湿性, (b)原始织物(上)和F-D₄-Fabric(下)被浸入亚甲基蓝水溶液中, (c) F-D₄-Fabric的自清洁过程(污染物：咖啡粉) 

刘梦姝硕士研究生是该论文的第一作者，刘鸿志教授为通信联系人。

原文信息：

Rational design and fabrication of cyclotetrasiloxane-based hybrid superhydrophobic fabrics foroil/water separation and self-cleaning

Liu, M. S.; Kunthom, R.; Dudziec, B.; Liu, H. Z.

Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 1022–1031DOI: 10.1007/s10118-025-3333-7 

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