SiO2水溶胶的制备及其对棉织物无氟拒水整理研究

论文摘要

随着社会的发展、人类的进步,人们对多功能纺织品显示出了越来越旺盛的需求。其中具有拒水功能的产品,因其具有防污染、抗粘附、自清洁等性能,广泛运用于医护人员用装、户外运动装等服装领域和装饰、产业等领域。利用溶胶凝胶法制备拒水纺织品研究较多,但传统的SiO2醇溶胶法因醇溶液在实际使用中的安全性问题而在实际应用中受到限制。因此,本文通过表面活性剂的乳化作用,采用Si02水溶胶法对棉织物进行拒水整理。本论文采用两种不同的整理工艺制备拒水棉织物。首先,以甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)为前驱体,蒸馏水为溶剂,加入阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及催化剂氨水,制得SiO2水溶胶。棉织物先浸轧SiO2水溶胶以构筑一定的粗糙度,再浸渍一定浓度的拒水添加剂乙醇水解液,对织物进行表面改性,降低织物表面能,形成最终的纳米无氟拒水棉织物。通过控制各项实验条件制各了不同性质的SiO2水溶胶,分别讨论催化剂、前驱体和蒸馏水的用量、表面活性剂浓度、实验温度及不同结构与浓度的拒水添加剂对拒水性能的影响。结果表明,当水解液中十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)浓度为3wt.%时,棉平纹织物的接触角和滚动角分别为145.9°和14°,拒水效果良好；棉斜纹织物的接触角和滚动角分别为151.9°和13°,达到超疏水效果。但两步法整理后棉织物的抗湿和耐洗性能均较差。其次,为了简化工艺,采用一步法整理工艺对棉织物进行拒水整理。在两步法工艺的基础上,通过加入不同结构的硅氧烷拒水添加剂制备改性SiO2水溶胶并浸轧棉织物。分别讨论氨水用量、表面活性剂浓度、反应时间、织物结构和拒水添加剂结构与浓度对改性Si02水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响。在制备改性SiO2水溶胶过程中添加2wtt.%十六烷基三甲氧基硅烷,一步法整理后棉平纹织物的接触角和滚动角分别为146.3°和11°,沾水等级为90,拒水效果良好；棉斜纹织物的接触角和滚动角分别为152°1°和8°,沾水等级为100,达到超疏水效果。采用扫描电子显微镜、场发射扫描电镜和原子力显微镜观察两种工艺整理前后棉织物的表面形态,发现纤维表面粗糙度显著提高。X射线光电子能谱仪测试结果表明整理后棉织物表面有Si元素存在。两种工艺整理后棉织物的各项物理机械性能均变化不大,符合使用要求,但透气性有所下降。对比两种整理工艺发现,一步法整理后棉织物耐洗性较两步法有所提升,但仍有不足。最后,为了进一步改善应用效果,采用添加硅烷偶联剂的方法优化制备改性SiO2水溶胶,提高整理后棉织物的耐洗性。分析了硅烷偶联剂种类及添加量对棉织物耐洗性能的影响。测试结果表明,添加2gTEOS制得改性SiO2水溶胶,整理后的棉斜纹织物皂洗20次后沾水等级仍为75,耐洗性能有较大提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 纺织品拒水整理概述
• 1.1.1 拒水的概念和拒水整理发展
• 1.1.2 拒水整理的基本原理
• 1.2 纺织品拒水整理技术
• 1.2.1 等离子体技术
• 1.2.2 电纺丝技术
• 1.2.3 脉冲激光沉积法
• 1.3 溶胶凝胶技术在纺织品拒水整理中的应用
• 1.3.1 溶胶凝胶技术简介
• 1.3.2 溶胶凝胶技术制备拒水纺织品
• 2拒水整理技术'>1.4 纺织品纳米SiO₂拒水整理技术
• 2粒子'>1.4.1 溶胶凝胶法制备纳米SiO₂粒子
• 2拒水纺织品'>1.4.2 醇溶胶法制备纳米SiO₂拒水纺织品
• 2技术研究现状'>1.4.3 水溶胶法制备纳米SiO₂技术研究现状
• 1.5 课题研究意义和内容
• 1.5.1 课题研究意义
• 1.5.2 课题研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验设计
• 2.2 实验药品与仪器设备
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.2.3 实验用织物规格
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 织物的清洗
• 2水溶胶的制备及对织物的整理'>2.3.2 SiO₂水溶胶的制备及对织物的整理
• 2.3.3 烷烃硅氧烷的水解及对织物的整理
• 2水溶胶的制备及整理工艺'>2.3.4 改性SiO₂水溶胶的制备及整理工艺
• 2.4 测试方法
• 2水溶胶粒径的分布测试'>2.4.1 SiO₂水溶胶粒径的分布测试
• 2.4.2 织物与水的接触角测试
• 2.4.3 织物与水的滚动角测试
• 2.4.4 织物的沾水性能测试
• 2.4.5 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.6 原子力显微镜（AFM）
• 2.4.7 织物表面的XPS元素分析
• 2.4.8 织物热重分析
• 2.4.9 织物耐洗性能测试
• 2.4.10 织物的拉伸强力测试
• 2.4.11 织物的白度测试
• 2.4.12 织物刚柔性能测试
• 2.4.13 织物透气性能的影响
• 2水溶胶两步法拒水整理'>第3章 SiO₂水溶胶两步法拒水整理
• 2水溶胶形成机理分析'>3.1 SiO₂水溶胶形成机理分析
• 2水溶胶两步法拒水整理'>3.2 SiO₂水溶胶两步法拒水整理
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>3.2.1 氨水用量对SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>3.2.2 表面活性剂浓度对SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>3.2.3 甲基三甲氧基硅烷用量对SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>3.2.4 蒸馏水用量对SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>3.2.5 实验温度对SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 3.2.6 硅烷拒水添加剂结构及浓度对棉织物拒水性能的影响
• 3.3 棉织物表面形态变化
• 3.4 棉织物表面元素组成
• 3.5 棉织物热重分析
• 3.6 棉织物耐洗性能测试
• 3.7 棉织物物理机械性能变化
• 3.8 本章小结
• 2水溶胶一步法拒水整理'>第4章 SiO₂水溶胶一步法拒水整理
• 2水溶胶形成机理分析'>4.1 改性SiO₂水溶胶形成机理分析
• 2水溶胶一步法拒水整理'>4.2 改性SiO₂水溶胶一步法拒水整理
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>4.2.1 氨水用量对改性SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>4.2.2 表面活性剂浓度对改性SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 2水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响'>4.2.3 反应时间对改性SiO₂水溶胶粒径及棉织物拒水性能的影响
• 4.2.4 织物结构对棉织物拒水性能的影响
• 4.2.5 硅烷拒水添加剂结构及浓度对棉织物拒水性能的影响
• 4.3 棉织物表面形态变化
• 4.4 棉织物表面元素组成
• 4.5 棉织物热重分析
• 4.6 棉织物耐洗性能测试
• 4.7 棉织物物理机械性能变化
• 4.8 一步法和两步法拒水整理比较
• 4.9 本章小结
• 2水溶胶一步法耐久拒水整理'>第5章 SiO₂水溶胶一步法耐久拒水整理
• 5.1 引言
• 5.2 一步法耐久拒水整理机理分析
• 5.3 硅烷偶联剂种类对棉织物耐洗性能的影响
• 5.4 硅烷偶联剂TEOS添加量对棉织物耐洗性能的影响
• 5.5 皂洗前后棉织物表面形态变化
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢