纳米碳化锆粉体的偶联改性及改性涤纶织物的性能

纳米碳化锆粉体的偶联改性及改性涤纶织物的性能

作为一种难以研磨的金属碳化合物，风化锆具有良好的特性，如高折射、高硬度、高主导、导电性和高化学稳定性。1实验1.1(1)单件市购未染色涤纶平纹织物,其经、纬纱线线密度均为8tex,经、纬纱密度为380×310根/10cm.(2)-10、分散剂nno无水乙醇、丙酮、氢氧化钠、乙二胺、氨水、磷酸二氢铵、36%乙酸等均为分析纯,85%保险粉、乳化剂OP-10、分散剂NNO(咸阳际华新三零印染有限公司提供),染料分散艳兰2BLN(济南宝达染料化工有限公司),纳米碳化锆粉体(合肥开尔纳米技术发展有限责任公司,平均粒度小于50nm,纯度大于99.0%);硅烷偶联剂KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷,南京道宁化工有限公司).1.2仪器、试药与仪器JA2003型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)、SY2200T型超声波仪(上海声源超声波仪器设备有限公司)、PHB-3型便携式pH计(上海三信仪表厂)、85-2型恒温加热磁力搅拌器(杭州仪表电机有限公司)、SHB-3型循环水多用真空泵(郑州杜甫仪器厂)、DZ-2BC型电热真空干燥箱、DK-98-1型电热恒温水浴锅、101-1B型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)、IR-12P型红外试染机(台湾瑞比染色试机有限公司)、JSM6700F型场发射扫描电子显微镜(日本电子株式会社)、TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪(德国Bruker公司)、TGA/SDTA851e型热重/差热同步分析仪(瑞士梅特勒-托利多公司)、DatacolorSF-300型电脑测色配色仪(美国Datacolor公司)、Y571B型摩擦色牢度仪(温州纺织仪器厂)、YG(B)026D-500型电子织物强力机(温州大荣纺织仪器有限公司).1.3碳化锆偶联剂溶液的配制首先,称取0.5g的纳米碳化锆粉体,在丙酮溶液中浸泡10min,然后用去离子水稀释、静置,待纳米粉体与水溶液完全分层后,用吸管将上层清液吸出,将剩下的纳米溶液放入真空干燥箱中,在80℃条件下烘至恒重;其次,按1∶1体积比配制无水乙醇与去离子水溶液,逐滴加入无水乙醇稀释过的硅烷偶联剂KH560,配制成0.2g/L的偶联剂溶液,用乙酸调节pH值为4.0.接着,将预处理好的纳米碳化锆粉体添加到100mL偶联剂溶液中,超声振荡10min,在60℃条件下搅拌保温2h,每隔0.5h超声振荡3min;最后,将纳米分散液真空抽滤,丙酮洗涤3次,80℃烘干.1.4整理涤纶织物的预处理首先将一定质量的涤纶织物浸在碱胺溶液中,在70℃条件下处理1h,控制碱减量率在15%～20%之间,其中乙二胺用量为2%(o.w.f),氢氧化钠用量为28%(o.w.f),浴比1∶50;然后将偶联改性后的纳米碳化锆粉体用乳化剂OP-10进行分散,纳米碳化锆用量为1g/L,OP-10用量为0.5g/L,溶剂为无水乙醇,超声震荡20min;接着将纳米分散液升温至60℃,浴比1∶40,将预处理好的涤纶织物浸渍30min,每隔5min超声震荡1min;最后将浸渍好的涤纶织物二浸二轧,轧液率90%,在80℃条件下烘10min,120℃条件下焙烘1min,将整理好的织物用100℃热水洗涤3次,每次10min,冷水漂洗2次,80℃烘干.1.5(1)保险粉还原培养采用高温高压染色法,具体染色工艺见图1.染色后织物在85%保险粉2g/L、30%氢氧化钠3.5ml/L溶液中,按浴比1∶80,在70℃条件下还原洗涤20min,50℃漂洗,烘干.(2)氧化二氢铵法分散艳兰2BLN2%(o.w.f),磷酸二氢铵2g/L,扩散剂NNO2g/L,用乙酸调节pH值5.0,浴比1∶50.1.6(1)表面形貌分析用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜观察纳米碳化锆粉体和涤纶织物处理前、后的表面形貌;并用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜配备的X射线能谱仪(OxfordINCA)对纤维进行成分分析.(2)红外光谱分析用TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪测定纳米碳化锆粉体和涤纶织物处理前、后的红外吸收光谱,采用KBr压片法,波数400cm(3)前、后热重分析用TGA/SDTA851e型热重/差热同步分析仪测定纳米碳化锆粉体和涤纶织物处理前、后的热重曲线,氮气流量30mL/min,升温速率10℃/min,温度35～600℃.(4)染色织物的测定用DatacolorSF-300型思维士电脑测色配色仪测定染色织物(5)织物拉伸性能测定用YG(B)026D-500型电子织物强力机按GB/T3923—1997标准测定织物整理前、后的断裂强力和断裂伸长率,拉伸速度100mm/min,预加张力2N,试样工作长度200mm,宽度50mm,测试指标取10个样品的平均值.2结果与讨论2.1整理前后织物的粒度图2是纳米碳化锆粉体偶联前后的扫描电镜照片.可以看出,未改性的纳米碳化锆粉体团聚比较严重,形成了较大的块状物,没有明显的颗粒分布;使用KH560改性之后,颗粒分布相对比较松散,平均粒度有所减小.这是因为偶联剂包覆在纳米碳化锆颗粒表面,减小了纳米颗粒再度团聚的趋势.图3是涤纶织物整理及染色前后的扫描电镜照片.可以看出,未整理的涤纶纤维表面洁净、光滑;经过纳米碳化锆粉体整理之后,纤维表面均匀包覆着一层胶状物,上面粘附有一些细小的颗粒;涤纶织物经过高温高压染色和水洗之后,纤维表面仍然包覆着一层薄膜,上面仍粘附有一些细小的颗粒,表明纳米颗粒与纤维结合比较牢固.2.2碳化硅类化合物图4是纳米碳化锆粉体整理涤纶织物染色后的X射线能谱图.测试结果表明纤维主要成分为碳和锆(9.691keV峰被忽略),其中碳元素质量分数为87.26%,原子分数为98.11%;锆元素质量分数为12.74%,原子分数为1.89%,说明染色之后纤维表面粘附有纳米碳化锆颗粒.2.3红外光谱和差谱图图5(a)是纳米碳化锆粉体改性前后的红外光谱及差谱图.可以看出,3383cm2.4热起始和终止分解温度图6是纳米碳化锆粉体和涤纶织物处理前后的热质量曲线,表1给出了测试结果.可以看出,未改性的纳米碳化锆粉体出现了两次热分解过程,第一次热起始分解温度59.6℃,分解率为15.5%,为吸附水吸热所致;第二次热起始分解温度367.8℃,终止温度379.6℃,分解率为3.8%,可能是所携带的杂质造成的.KH560改性的纳米碳化锆粉体也出现了两次热分解过程,第一次热起始分解温度56.1℃,终止温度100.0℃,分解为11.4%;第二次热起始分解温度326.1℃,终止温度394.5℃,分解率为10.9%,为颗粒表面所包覆的偶联剂热分解所致.与未整理的涤纶织物相比,纳米碳化锆粉体整理的涤纶织物热起始和终止分解温度分别降低了约24℃和27℃.其原因是涤纶织物经过碱胺溶液处理,纤维表层发生了刻蚀;同时纤维表面包覆了一层偶联剂薄膜,还伴随有纳米碳化锆颗粒,纳米颗粒的存在加速了涤纶纤维的热分解.较纳米碳化锆粉体整理的涤纶织物,染色后的涤纶织物热起始和终止分解温度变化不大,因此染色工艺对纳米碳化锆粉体整理涤纶织物的热学性能没有影响.2.5涤纶织物的染色性能表2是涤纶织物染色性能测试结果.可以看出,涤纶织物经过纳米碳化锆粉体整理之后,染色性能没有发生明显变化,其中未整理的涤纶织物2.6织物拉伸性能表3是涤纶织物拉伸性能测试结果.可以看出,涤纶织物经过纳米碳化锆粉体整理之后,经、纬向断裂强力和断裂伸长率均有所下降,其中经向断裂强力下降15.3%,纬向断裂强力下降8.4%,经向断裂伸长率下降7.8%,纬向断裂伸长率下降3.7%.这是因为涤纶织物经过碱胺溶液刻蚀、浸轧和焙烘等整理工艺,纤维质量受到一定程度地损伤.染色之后织物断裂强力和断裂伸长率则没有明显变化.3纳米颗粒与织物的复合用碱胺溶液对涤纶织物进行预处理,再使用硅烷偶联剂KH560改性的纳米碳化锆粉体对涤纶织物进行整理及染色.扫描电镜和能谱分析结果表明,涤纶织物经过纳