聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的制备及棉织物超疏水整理研究

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超疏水纺织品由于其独特的自清洁、抗沾污等性能,广泛应用于运动休闲面料、厨房用布、帐篷、防护服等领域。受到荷叶效应的启示,微纳米粗糙结构和低表面能物质的共同作用可实现超疏水表面的构筑,其中纳米Si O2被广泛应用于超疏水纺织品表面粗糙结构的构建,但纳米SiO2对纺织品的亲和力不足,很难在纤维表面固着,与纤维的结合牢度差,经多次水洗后,纤维表面的粗糙结构逐步丧失,从而失去超疏水性能。而低表面能聚合物/纳米SiO2有机无机复合材料同时具有构建粗糙结构的纳米粒子和赋予基底低表面能的疏水物质,以其优异的粘结性应用于超疏水纺织品的制备,能够提升无机纳米材料与纺织品的结合牢度,增加其耐洗性能,具有重要意义。聚丙烯酸酯因其来源广,成本低,具有无污染、良好的粘结性、成膜性、保色性、光泽高等优异性能,使得其在诸多领域有广泛地应用;但其耐水性、耐溶剂性及渗透性差,还存在热黏冷脆的特性,制约了其应用。本文通过将具有低表面能的聚丙烯酸酯引入纳米SiO2表面,通过溶液聚合法制备了聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料,得到了具有高硬度、强附着力和优异超疏水性能的有机无机纳米复合材料,并对其结构、性能及在织物整理剂方面的应用进行了研究。主要研究内容如下:(1)改性纳米SiO2溶胶的制备及其在超疏水棉织物上的应用:以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,氨水为催化剂,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)和十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)为改性剂,通过溶胶-凝胶法制备改性纳米SiO2溶胶,探讨正硅酸四乙酯(TEOS)、氨水、甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(KH-570)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对所制备的改性纳米SiO2粒径及分布的影响,获得了改性纳米SiO2的最佳制备工艺,并用制备的改性纳米SiO2对棉织物进行超疏水整理,探讨不同用量TEOS、HDTMS对棉织物疏水性能的影响,得出超疏水棉织物的最佳制备工艺条件,实验结果表明:当TEOS浓度为3%、KH-570浓度为4%、氨水用量为2mL的条件下制备的改性纳米SiO2的平均粒径为53.38nm,聚分散指数(PDI)为0.078,分布均匀,分散性较好,溶胶透明且泛蓝光;而HDTMS的加入使得复合改性纳米SiO2的粒径和PDI逐渐增大。FT-IR图谱表明KH-570和HDTMS成功接枝到纳米Si O2表面。当TEOS的浓度为3%和HDTMS的浓度为4%时,整理后棉织物的接触角152.2°,滚动角10°,具有较好的超疏水性能,通过SEM图可以看到棉纤维表面覆盖有很多颗粒状物质,在棉纤维表面增加了粗糙度,一定程度上提高了棉织物的疏水性。(2)聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的制备表征及其在棉织物上的超疏水性:以甲基丙烯酸十八烷基酯(OM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体,改性纳米SiO2为原料,通过溶液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料,探讨反应时间、反应温度、引发剂用量对单体转化率的影响,并探讨聚丙烯酸酯/纳米SiO2,探讨不同用量的改性纳米SiO2溶胶、甲基丙烯酸十八烷基酯(OM)对棉织物疏水性能的影响,实验结果表明:当聚合反应温度为70℃、聚合反应时间为5h、引发剂用量为单体总量的2%时,单体转化率高达96.6%;FT-IR图谱表明成功制备了聚丙烯酸酯/纳米Si O2复合材料;通过SEM图可以看出制备的聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的粒径在300nm左右且呈现为微球形;TG分析表明,纳米SiO2的引入可有效提高聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的热稳定性。当改性纳米SiO2的用量为12%和OM的用量为4%时,棉织物可以获得超疏水性能,此时,棉织物接触角为152.63°,滚动角为10°,具有较好的超疏水性能。(3)聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料对棉织物超疏水整理工艺及整理棉织物的耐洗性能研究:采用聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料为整理剂对棉织物进行超疏水整理,通过工艺优化,探讨整理剂用量、焙烘温度及焙烘时间对棉织物疏水性能的影响,实验结果表明:当聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的用量为90g/L,焙烘时间为5min,焙烘温度为170℃,整理的棉织物接触角为153.14°,滚动角为9°,实现了超疏水性。为了进一步提升聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料与棉织物的结合牢度,在聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料的聚合过程中引入甲基丙烯酸(MAA),制成耐久型聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料整理剂,利用棉纤维表面的-OH与引入的-COOH发生共价结合,从而进一步提升聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料与棉织物的结合牢度,并对比耐久整理前后棉织物服用性能的变化,探讨皂洗次数对超疏水棉织物耐久性的影响,实验结果表明:耐久型聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合材料整理后的超疏水棉织物具有更好的耐洗性能。
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