无惧风雨？有了它，还能无惧盐酸、烧碱、咖啡、番茄酱……

爱玩户外的人，在选冲锋衣时，会关注其防水指数（单位，mm/H₂O）、透气指数（单位：g/m²/24Hr），当然还有价格（单位：元）。衣服的面料如聚酯纤维、锦纶等本身并不防水，而是通过粘贴工艺将防水薄膜与面料复合。所以当我们穿着防水冲锋衣淋雨时，水会渗入到衣服外层，就像普通服装一样，但是服装内层却是干燥的，并没有水渗进来，这便是重合面料中间的那层防水薄膜发挥了作用。

防水复合面料示意图。图片来自某购物网站

那么问题来了，为什么雨水淋到冲锋衣表面，大多数雨点也能分散成小水珠然后滑落呢？通常，是因为所采用的面料经过了防泼水的处理。防泼水处理其实就是在面料成品定型时加入DWR（Durable Water Repellency）涂层，使水在滴落到服装表面的时候可以形成小水珠或者直接从服装表面滑落从而阻止面料吸收过多水分，也使得附着在服装表面的油污等更容易被除去。但一般的防泼水涂层并不能完全防水，如果水滴保留在衣物上，还是会有部分渗透进去。

防泼水处理。图片来自某购物网站

纵观衣服防水剂的发展历程，早期人们采用石蜡和有机硅型防水剂，由于循环性能不好，需要经常喷涂，因此催生了全氟八碳防水剂，目前被服装行业普遍使用。随着使用，人们发现生产过程中产生的PFOA（全氟辛酸铵）等副产物不易降解，并且可以通过受热、浸泡、紫外线等方式释放到水源和大气之中，对人类和其他动植物造成危害。目前科学家们已经在世界各地的人类和动物血样标本中，抽检发现该化合物的存在。虽然迄今为止还没有依据指出PFOA致癌风险以及针对PFOA限制的相关法规，但是德国联邦环境局（UBA）已经提出将PFOA列入对生殖系统有毒害嫌疑的化学物质列表之中。

有没有更加环保绿色的防水剂呢？答案是有的。近日，美国麻省理工学院（MIT）Kripa K. Varanasi教授（点击查看介绍）等研究者在Adv. Funct. Mater. 杂志上发表文章，利用“引发化学气相沉积（initiated chemical vapor deposition，iCVD）”技术，制备了短氟化聚合物涂层材料，用来代替全氟八碳防水剂。这种少于八个全氟化碳的涂层表现出优异的疏水性和低粘附性，可为天然或人工织物提供防水性能，比现有的涂料更加有效。

有（左）无（右）涂层的防水性能比较。图片来源：Adv. Funct. Mater.

研究者选择全氟七碳的侧链结构，通过iCVD法聚合，然后与二乙烯基苯（DVB）交联，形成共聚物。在iCVD工艺中，单体和引发剂流入真空室并接触电阻加热丝，引发剂分解形成自由基，在基材表面上引发单体的自由基聚合反应。整个过程可在较低温度下完成，生成非常薄且均匀的涂层，这一涂层会与织物纤维的纹理保持一致而不会导致孔隙堵塞。其中二乙烯基苯控制在30%-60%之间，既可以保证良好的疏水性，又可以抑制接触角的滞后现象。

聚合物性质测试。图片来源：Adv. Funct. Mater.

随后，研究者将该涂层应用于涤纶（PET）织物上，滴落的水滴可以轻松地从织物表面滑走，不留下任何痕迹。

水滴撞击45°倾斜基底的瞬时摄影。图片来源：Adv. Funct. Mater.

同时，该工艺适用于许多不同的织物，包括棉、尼龙和亚麻，甚至在纸张等非织物材料上也有潜在的应用。这一工艺已经通过不同类型的织物以及织物不同编织方式的测试，以及一系列实验室测试，包括工业使用的标准雨水测试。处理后的织物不仅通过了水测试，还通过了如咖啡、番茄酱、氢氧化钠及各种酸碱等液体的测试，表现出良好的性能。

不同液体、不同类型的织物以及不同编织方式的防水性能测试。图片来源：Adv. Funct. Mater.

Kripa Varanasi教授说，“目前大多数‘防水’织物实际上只是拒水，如果将雨水滴在织物上，最终这些水还是会渗透进去。而新的材料则更接近真正的防水目标。”而且，这种新材料还耐洗耐磨，反复洗涤多次以及磨损试验，都不能造成防水涂层的降解。Kripa Varanasi教授开玩笑地说，实验中“织物纤维都受损了，但涂层却还好好地在哪儿。”^[1] 除了防水衣物，这种新材料在军用帐篷甚至建筑涂料领域中都有广泛的应用前景。

防水性能测试。图片来源：Adv. Funct. Mater.

另外八卦一下，Kripa Varanasi教授是位很有趣的科学家，据说他曾因为太太抱怨蜂蜜瓶子里的蜂蜜永远倒不干净，于是带着自己的学生在容器的内壁上涂上一层防粘涂层，而解决了此问题。当然该方法也适用于胶水瓶和番茄酱瓶，并已经实现了商业化（成立了LiquiGlide公司），以后再也不会为了番茄酱倒不出来而烦恼。更有趣的是，他将这个故事画成了漫画，挂在自己课题组的主页上（首页正中的幻灯片，多翻几张就看到了）^[2]，不知你看懂了么……

图片来源：Varanasi Group ^[2]

Kripa Varanasi教授。图片来源：MIT

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Short-Fluorinated iCVD Coatings for Nonwetting Fabrics

Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201707355

导师介绍

Kripa K. Varanasi

http://www.x-mol.com/university/faculty/49803

参考资料：

1.http://news.mit.edu/2018/coatings-make-natural-fabrics-waterproof-0629

2.http://varanasi.mit.edu/

（本文由小希供稿）