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《东华大学》 2010年
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溶胶—凝胶技术在纺织品多功能整理中的应用

汪青  
【摘要】:溶胶-凝胶技术作为材料制备中的新方法之一,在纺织品功能整理中的应用研究也越来越受到人们的重视。采用金属醇盐或无机盐化合物作前驱物,控制一定反应条件,醇解或水解缩合成溶胶,溶胶整理到纺织品上形成透明的金属或非金属氧化物薄膜,赋予织物特殊的性能。这种方法不论是在溶胶形成阶段还是在织物表面形成氧化物薄层后,都能方便的进行物理或化学改性,实现溶胶-凝胶技术在自清洁、防紫外线、抗菌、抗静电纺织品制备上的应用。金属氧化物溶胶体系不存在毒害问题。因此,溶胶-凝胶技术具有安全性、多面性,在纺织品上的应用使功能纺织品的制备具有可行性,而且有着广阔的发展空间。 纳米TiO2是一种催化活性高、氧化能力强的无机纳米材料,将其应用在纺织品上,可赋予织物抗菌、自清洁、紫外防护、抗静电等多种功能,是当前纺织行业研究的热点。本文在国内外相关研究的基础上,将自制的含钛复合水溶胶在溶胶阶段对织物进行多功能整理,探讨纳米TiO2用于纺织品多功能整理的新途径。 首先,本文研究了基于钛醇盐二氧化钛水溶胶的制备,以钛酸丁酯为前驱体,以乙酸为催化剂能够制备稳定、可控、均一的纳米二氧化钛水溶胶。在形成溶胶的有效pH值范围内,钛溶胶浓度越低,体系的pH值越低,放置温度越低,溶胶稳定性越好。同时,溶胶的平均粒径随pH值、温度及溶胶浓度的升高而增大。放置时间越长,溶胶的平均粒径和粘度越大,凝胶化趋势越高。通过研究确定了稳定二氧化钛水溶胶的制备工艺条件,其最佳工艺配方如下:钛酸丁酯与乙酸的摩尔比为1:5,无水乙醇用量0.02mol,反应物或溶剂H2O与钛酸丁酯的摩尔比r值90。 其次,本文研究了水溶胶摩尔浓度、TiO2/znO摩尔比、掺杂Ag+、La3+及其掺杂量、陈化时间、测试条件、皂洗次数等因素对整理后棉织物抗菌效果的影响,结果表明:随着水溶胶摩尔浓度的增加,整理后试样抗菌效果越明显,但摩尔浓度过大,抗菌效果反而降低,适宜的摩尔浓度为0.2-0.3mol/L;TiO2/ZnO复合水溶胶整理后棉织物抑菌效果要优于纯TiO2或纯ZnO,TiO2/ZnO摩尔比为2:1较为适宜;掺Ag+复合水溶胶整理棉织物的抑菌效果随着掺Ag+量的增大有较大幅度的提高,继续增大掺Ag+量,抑菌率则提高程度较小,并趋向一固定值,考虑银为重金属,用量过大会造成重金属污染,所以TiO2/ZnO水溶胶掺Ag+量应控制在0.5%以内;掺0.3%La3+-TiO2/ZnO水溶胶整理后织物抗菌性能最好;陈化后TiO2/ZnO水溶胶整理棉织物的抗菌性降低;有光、无光条件下对比实验表明:有光条件下TiO2/ZnO水溶胶整理试样抗菌效果良好,但无光条件下抗菌效果大幅下降;掺入适量Ag+后在有光、无光条件下都具有良好的抗菌效果;TiO2/ZnO复合水溶胶整理棉织物抗菌性能具有一定的耐洗性,随着皂洗次数增加,抑菌率有一定的下降,皂洗60次后,抑菌率仍保持在70%;本文还探讨了影响涤纶抗静电整理效果的因素,得出:随着水溶胶摩尔浓度的增大,整理后涤纶织物的抗静电性略有提升,浓度以小于0.3mol/L为宜;TiO2/ZnO摩尔比为1:1时,抗静电性最好;掺La3+0.5%水溶胶整理后涤纶织物的抗静电性大幅提高;掺Ag+水溶胶整理后涤纶织物抗静电性反而下降,且掺Ag+量越大,抗静电性越差,还是不掺Ag+为好;经多次皂洗后抗静电性有不同程度的下降,但是与未处理的涤纶织物相比,抗静电性仍然有着较明显的改善。 最后,本文在国内外相关研究的基础上,将自制的La3+/TiO2-SiO2水溶胶在溶胶阶段对织物进行自清洁、抗紫外和抗静电整理,探讨纳米TiO2用于纺织品多功能整理的新途径。 本文以钛酸正四丁脂、正硅酸乙酯、乙酸和醋酸镧为原料,采用无醇、少酸工艺,室温条件下制备出La3+/TiO2-SiO2水溶胶,探讨了TiO2与SiO2摩尔比、掺镧量等因素对溶胶稳定性的影响规律。将这种用于棉织物的自清洁和抗紫外整理,研究了水溶胶摩尔浓度、TiO2/SiO2摩尔比、掺杂La3+及其掺杂量、陈化时间、测试条件、皂洗次数等因素对整理后棉织物自清洁和防紫外效果的影响,结果表明:随溶胶中Ti02含量的增大,织物的自清洁和抗紫外性能都是先提高后降低,在TiO2/SiO2摩尔比为40:1时,达到最大;随着掺镧量的增大,织物的自清洁和抗紫外效果逐渐变好,掺镧量达到0.3%后开始下降;随溶胶摩尔浓度的增大,织物的自清洁和抗紫外效果先增大后减小,最佳摩尔浓度为0.3mol/L;在整理过程中,织物的自清洁效果随浸渍时间的延长而增大,随沸水处理时间的增大先提高后减小,自清洁最佳沸水处理时间为60min,沸水处理40min抗紫外效果就达到最大。通过对织物自清洁性能耐久性进行分析,自清洁织物的耐水洗性能较差,抗紫外性能耐水洗性好。采用SEM扫面电镜观察整理前后织物的表面形态,发现有较多的TiO2颗粒附着在纤维表面;经X射线衍射分析得知,经复合掺杂后的TiO2溶胶整理后的织物较纯钛溶胶整理后织物出现多个衍射峰,有可能产生锐钛矿TiO2晶体,凝胶膜上这种以锐钛矿TiO2晶体为中心颗粒,具有光催化作用,使织物具有自清洁能力;对紫外线吸收、散射和反射,使得织物具有很强的抗紫外能力。本文还采用了La3+/TiO2-SiO2水溶胶对涤纶织物织物进行抗静电整理,研究表明采用纯钛和TiO2/SiO2复合水溶胶整理涤纶织物后其抗静电性能大大提高,其中TiO2/SiO2复合水溶胶的抗静电效果比纯钛溶胶整理的稍好,但不同比例钛和硅复合水溶胶整理的织物抗静电效果差别不大。水溶胶整理的涤纶织物具有很好的抗静电性能,是由于织物表面形成的连续的纳米粒子网络凝胶膜,具有导电性所致。 总体而言,本研究采用基钛复合水溶胶处理的纺织品,其整理织物后取得预期的抗紫外、抗菌、自清洁、抗静电效果。将以纯水为溶剂取代常规的乙醇为溶剂来制备钛复合水溶胶,前驱物的选择范围大,同时节约了能源,大大降低了生产成本,这样必将扩大溶胶-凝胶技术在纺织品上的应用,工业化生产也有可能实现。另外,用无机溶胶处理纺织品,既经济、安全,又对环境友好,并且符合绿色化学的要求。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TS195.5

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