《Surface and Coatings Technology》：Dual-nozzle atomization method for the construction of hydrophobic coatings with wettability gradient, enabling unidirectional liquid transport on cotton fabrics
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高效单向液体传输与热湿管理纺织品的环保梯度疏水涂层构建及性能研究。采用双喷头雾化技术将丝绸纤维蛋白、单宁酸和水基聚氨酯分散体复合涂覆于棉织物表面，形成具有梯度接触角（水接触角从115°降至75°）的稳定疏水层。实验表明涂层织物在湿热环境下可实现599.6%的定向水分传输效率，皮肤温度降低1.73°C，经50次洗涤后抗菌率仍保持＞98%，且水蒸气透过率提升至404±23.8 g/m2/d。该技术克服了传统Janus织物涂层不均、反渗透和耐洗性差的问题，为智能纺织品开发提供新方案。
李江文|潘佳娜|丛瑞燕|冯昌|连学斌|何涛|何旭轩|向双飞|赵书军|刘向东|傅菲娅
浙江科技大学材料科学与工程学院及复合材料研究所，杭州，310018，中国
摘要
在高湿度条件和剧烈体力活动期间，实现纺织品的高效单向液体传输（ULT）和热湿管理（TMM）仍然具有挑战性。传统的Janus织物通常存在涂层分布不均、抗逆流性能差以及洗涤耐久性有限的问题，这些限制了它们的实际应用。为了解决这些问题，本研究采用丝素（SF）、单宁酸（TA）和水性聚氨酯分散体（PUD）开发了一种环保的改性策略，通过双喷嘴雾化技术在棉织物上构建了具有润湿性梯度的稳定疏水涂层。通过精确控制TA浓度，形成了梯度疏水层，使织物具备了优异的ULT性能。改性后的棉织物最大水分传输效率达到了599.6%，水蒸气透过率从391 ± 28.9 g/m2/d增加到404 ± 23.8 g/m2/d，透气性降低了3%，拉伸强度提高了9.7%。经过50次洗涤循环后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别保持在99.6 ± 0.17%和98.3 ± 0.3%，而接触角仅降低了2.9%。此外，改性织物的散热性能得到提升，皮肤温度降低了1.73 ± 0.21°C。这项工作提供了一种可扩展且可持续的方法，用于制造具有润湿性梯度的稳定、耐洗涤的疏水涂层，为下一代智能TMM纺织品的发展提供了新的机遇。
引言
在炎热、潮湿或体力要求高的环境中，具有高效TMM功能的织物对于保持舒适性和健康至关重要[1]、[2]、[3]。传统的亲水织物可以快速吸收汗水，但容易饱和，导致不适并促进细菌生长[4]。最近的研究在棉织物上开发了疏水涂层，如硬脂酸改性的TiO?/PDMS涂层[5]和无氟的CS/PDMS/PLA涂层[6]，这些涂层具有优异的防水性、自清洁性和机械耐久性。然而，这些涂层主要关注整体疏水性，对于棉织物上的可控单向液体传输（ULT）的展示有限。Coolmax织物因其快速吸湿和独特的横截面结构而受到关注，但其双向水分传输限制了其在高湿度环境中的实际应用。因此，开发兼具单向液体传输和耐久性的功能性涂层仍然是纺织材料领域的关键挑战[7]、[8]。
具有不对称润湿性的Janus织物能够解决炎热潮湿条件下的水分控制问题[9]、[10]、[11]。这类织物通常由两层组成，一层亲水一层疏水[12]、[13]，它们可以将液滴从疏水侧传输到亲水侧，同时抑制反向传输[14]、[15]、[16]，因此在医疗纺织品和运动产品中具有很大的应用潜力[2]、[17]、[18]。Wang等人[19]使用喷涂涂层技术制造了一种具有双面异质结构的疏水/超亲水复合织物，通过在PET织物的一侧固化阳离子-π亲水剂实现了类似二极管的单向液体传输。Zhang等人[20]在织物表面制备了含有二硫键的多功能水性聚氨酯纳米涂层，实现了卓越的方向性传输、疏水性和抗菌性能。然而，在这种明显的疏水/亲水界面下，实现汗液传输过程中正向渗透和反向屏障性能之间的最佳平衡仍然具有挑战性，阻碍了商业化[21]、[22]、[23]。此外，这种多层结构在反复洗涤后常常表现出洗涤耐久性的下降[24]、[25]。
Young–Laplace方程表明，润湿性梯度可以产生稳定的毛细驱动力，促进快速定向液体传输[26]、[27]、[28]。例如，Xi等人[29]将N-异丙基丙烯酰胺接枝到棉织物上，创建了一个温度响应性的传输路径。随后，在织物的底部和顶部表面分别涂覆了疏水性乙基纤维素和亲水性纤维素纳米纤维，形成了润湿性梯度。这种织物展示了从疏水侧到亲水侧的对抗重力定向的液体运动。Li等人[30]通过改变超两亲织物的某一侧，使其具有超疏油/超亲水特性，从而制备出一种独特且耐用的超疏油复合涂层织物，该织物表现出由表面能梯度驱动的油排斥性和水分传输能力。尽管取得了这些进展，但织物的复杂多孔性质给开发均匀且耐用的润湿性梯度涂层带来了挑战。
在我们之前的研究[10]、[15]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]中，开发了雾化喷涂技术，在棉织物的一侧沉积超薄疏水或亲水层，主要使用有机聚合物涂层和无机系统（如SiO?和TiO?），实现了定向功能改性。最近，通过丝素接枝初步实现了润湿性梯度。然而，基于生物的疏水涂层系统和纺织品的稳定润湿性梯度尚未得到充分探索。在本研究中，将丝素（SF）、水性聚氨酯分散体（PUD）和单宁酸（TA）结合在一起，构建了一个基于生物的涂层系统。得益于SF和PUD之间的共价相互作用以及TA参与的强分子间相互作用，形成了稳定的涂层网络。通过采用“双喷嘴”雾化喷涂策略，在棉织物上成功制备了可控的润湿性梯度，实现了高效的单向液体传输、抗菌性能和洗涤耐久性。因此，本研究通过引入基于生物的材料和双喷嘴沉积方法，扩展了我们之前的工作。
材料
棉织物（织物克重（面积密度）为188 ± 10 g/m2，平纹结构，经向纱线密度为259 ± 20根/10 cm，纬向纱线密度为227 ± 20根/10 cm；简称为Co）来自绍兴启东纺织有限公司。水性聚氨酯分散体（PUD，32 ± 5%，深圳吉田化工有限公司）。碳酸钠（Na?CO?，≥99.5%，上海Macklin生化有限公司）。十二烷基磺酸钠（C??H??NaO?S，98%，上海Aladdin）
Co-SUT-G的设计与制备
图1a展示了Janus改性棉织物的疏水梯度结构设计和制备过程。“双喷嘴”雾化方法被用来分别将SF/PUD和TA溶液雾化到空气中，使混合细雾均匀地沉积在棉织物的一侧，形成具有抗菌和疏水特性的涂层。该涂层采用三层结构，通过调节TA的含量来生成梯度结构
结论
总之，我们采用了环保的PUD、SF和TA作为功能成分，基于先前的研究进行了改进。利用“双喷嘴”雾化喷涂方法，在织物上制备了具有梯度润湿性的疏水涂层，实现了从疏水侧到亲水侧的无缝液体传输，使织物内的水分传输在2–4.5秒内完成。这种雾化喷涂技术有效解决了混合物粘度高的问题
CRediT作者贡献声明
李江文：撰写——原始草稿、方法论、数据管理、概念化。潘佳娜：研究、数据分析。丛瑞燕：研究、数据分析。冯昌：可视化。连学斌：指导。何涛：指导。何旭轩：研究。向双飞：资源获取、研究。赵书军：可视化、研究。刘向东：撰写——原始草稿、资源获取。傅菲娅：撰写——审稿与编辑、指导、资金争取。
利益冲突声明
作者声明与本研究没有利益冲突。我们声明与所提交的工作无关任何商业或关联利益。
致谢
本工作得到了中国浙江省自然科学基金（LGC22E030006）的财政支持。
