纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料及其性能研究

论文摘要

到目前为止,丙烯酸类浆料虽然在其性能及浆纱质量方面均有所提高,但是由于其吸湿高,对纤维的粘附力还不够强,在浆料配方中的用量受到限制,不能完全取代PVA,尤其是在极高支高密纯棉、涤/棉等品种的浆料配方中或多或少地要加一些PVA。针对这些问题,本文提出把纳米TiO2颗粒充分地分散在单体的水溶液中,保持纳米材料的纳米级粒度,并参与合成,制备纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料。研究纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料,分两步进行,首先,根据浆料性能的要求,研究了浆料分子的结构,认为聚丙烯酸类浆料分子结构应为:带有支链的主链结构为:～C—C—C—C—C—C～的立体分子结构,并且其支链上应具有:1)、-COOH（-COONH-O）基团,该基团使浆料具有良好的水溶性、退浆性,不用极性强、吸湿性高的-CONH2、-CN侧基,减少其吸湿;2)、-OOOR（R为烷基）基团,该基团使合成浆料有良好粘附性、成膜性,-CH3基团调节分子柔顺性;因此,合成聚丙烯酸类浆料的单体主要有丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯。但是,浆料分子的结构除了分子的组成以外,还有各个组成（单体）的比例。因此,本文应用四因子三水平正交设计法,优化浆料组成,得出最优方案A3B3C1D1。即丙烯酸:丙烯酸乙酯:丙烯酸丁酯:甲基丙烯酸甲酯=15:50:20:10。同时优化确定了合成工艺条件,并合成了单体比例经过最优化的新型聚丙烯酸类浆料,测试表明,该浆料粘度低（温度25度,浓度5%,粘度5.8mPa.s）、与T/C的粘附力较大（94.1N,）,其浆纱性能较好,主要包括断裂强力高（346.8cN）、断裂伸长大（8.2%）、耐磨性强（110次）等;其次,在单体优化的基础上,研究纳米TiO2的用量对浆料性能及浆纱质量的影响,考虑到性能价格等因素,认为纳米TiO2的最佳用量为0.8%。合成的纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料粘度低（温度25度、浓度5%时,粘度为5.3mPa.s）、与T/C的粘附力较大（96.2N,）,其浆纱性能较好,主要包括断裂强力高（350.2cN）、断裂伸长大（9%）、耐磨性强（158次）等,与PVA浆料上浆性能的比较:1)拉伸强力提高5～10%;2)拉伸断裂伸长提高10-15%;3)耐磨性提高15～20%。同时本文还研究了纳米TiO2的改性、分散及分散性表征,研究结果表明:1)、用一定量（最佳用量为0.2%）的油酸对纳米TiO2进行表面改性,制得较理想的改性纳米TiO2,由纳米TiO2的红外光谱图和热失重曲线分析得知,油酸和纳米TiO2之间发生了化学反应,从而改变了纳米TiO2表面性能,有利于纳米TiO2的分散;2)、油酸改性纳米TiO2的分散效果及通过参与合成后,纳米TiO2在合成浆料中的分散尽较好。这为纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料的合成提供了保证,也为纳米TiO2在浆纱中发挥良好的作用打下结实的基础。但在纳米TiO2的改性及分散方面还有待进一步研究,尤其是纳米TiO2的含量较高时,其分散及分散液的稳定性还白理想,限制了纳米TiO2改性聚丙烯酸类浆料中纳米TiO2的用量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米改性浆料的研究现状
• 1.2.1 纳米材料
• 1.2.2 纳米改性浆料的研究现状
• 1.3 本课题研究目的、意义及主要内容
• 1.3.1 研究的目的、意义
• 1.3.2 研究的主要内容
• 本章参考文献
• 第二章 纳米材料及其分散
• 2.1 纳米材料的结构及特性
• 2的作用机理'>2.2 浆纱中纳米TiO₂的作用机理
• 2.3 纳米材料的分散方法及分散性表征
• 2.3.1 纳米粒子的分散方法
• 2.3.1.1 物理分散法
• 2.3.1.2 化学分散法
• 2.3.2 纳米材料分散性的表征
• 2.3.2.1 纳米溶液的吸光度
• 2.3.2.2 纳米溶液的粒径
• 2.3.2.3 TEM照片分析
• 2分散实验及分散性表征'>2.4 纳米TiO₂分散实验及分散性表征
• 2及分散性表征'>2.4.1 超声波分散纳米TiO₂及分散性表征
• 2及分散性表征'>2.4.2 选用分散剂分散纳米TiO₂及分散性表征
• 2表面改性分散及分散性表征'>2.4.3 纳米TiO₂表面改性分散及分散性表征
• 2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 聚丙烯酸类浆料分子结构设计
• 3.1 聚丙烯酸类浆料的组成
• 3.2 聚丙烯酸类浆料分子结构设计
• 3.2.1 聚丙烯酸类浆料的性能要求
• 3.2.2 合成聚丙烯酸类浆料的单体及其性能
• 3.2.3 聚丙烯酸类浆料的分子结构
• 3.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 纳米改性聚丙烯酸类浆料的合成
• 4.1 合成方法
• 4.2 乳液聚合原理
• 4.2.1 乳液聚合体系
• 4.2.2 乳液聚合过程
• 4.3 合成工艺参数的确定
• 4.4 合成助剂的优化
• 4.4.1 乳化剂
• 4.4.1.1 乳化剂的选择
• 4.4.1.2 复合乳化剂的配合及用量
• 4.4.2 引发剂
• 4.4.2.1 引发剂种类及选择
• 4.4.2.2 引发剂的引发机理
• 4.4.2.3 引发剂的用量
• 4.5 浆料组成的优化
• 4.5.1 单体组份的优化
• 4.5.1.1 单体组份优化试验方案
• 4.5.1.2 单体优化试验仪器设备
• 4.5.1.3 合成实验
• 4.5.1.4 合成浆料的性能测试与分析
• 4.5.1.5 组分优化
• 4.5.1.6 最佳浆料的合成及性能
• 2含量的优化'>4.5.2 纳米TiO₂含量的优化
• 4.5.2.1 实验材料
• 4.5.2.2 实验仪器及设备
• 4.5.2.3 纳米改性聚丙烯酸类浆料的合成
• 2含量的优化'>4.5.2.4 纳米TiO₂含量的优化
• 4.5.3 最佳浆料的合成
• 4.6 本章小结
• 本章参考文献
• 2改性聚丙烯酸类浆料及上浆性能'>第五章 纳米TiO₂改性聚丙烯酸类浆料及上浆性能
• 2改性聚丙烯酸类浆料的性能'>5.1 纳米TiO₂改性聚丙烯酸类浆料的性能
• 2的状况'>5.1.1 浆液中纳米TiO₂的状况
• 5.1.2 浆液粘度及稳定性测定
• 5.1.3 水溶性及放置稳定性测试
• 5.1.4 混溶性及稳定性测试
• 5.1.5 浆液粘着力测定
• 2改性聚丙烯酸浆料上浆性能'>5.2 纳米TiO₂改性聚丙烯酸浆料上浆性能
• 5.2.1 单纱上浆及浆纱性能
• 5.2.2 片纱上浆及浆纱性能
• 5.3 本章小结
• 第六章本 论文主要结论及研究展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 攻读博士学位期间主要科研成果
• 致谢