聚酰胺/改性蒙脱土纳米复合纤维的制备及其性能的研究

论文摘要

聚酰胺重量轻且具有良好的延伸率、耐磨性和耐腐性及优良的机械强度,因而广泛地应用于合成纤维方面,在民用、工业及国防军事上具有广泛的用途。本文选取纺丝用聚酰胺（PA6）作为本体,利用具有近红外伪装功能的纳米中间体（OMMT）进行熔融纺丝,合成具有近红外伪装功能的聚酰胺/改性蒙脱土纳米复合纤维（PA6/OMMT）。首先选择具有天然绿色植物反射率特性的天然染料叶绿素铜（Chlorophyll-Copper,Chl-Cu）,选用合适的溶剂使叶绿素铜与钠基蒙脱土进行插层反应得到了不同配比的叶绿素铜-蒙脱土纳米中间体（Chl-Cu/MMT）。利用X射线单晶衍射（XRD）、傅立叶变换红外（FT-IR）。热重分析（TG）、紫外-可见-近红外光谱反射率（UV-Vis-NIR）、荧光光谱（FL）和粒度分布仪（DLS）,测试Chl-Cu/MMT纳米中间体的微观结构和近红外伪装的性能,并对其插层机理进行了探究。为了进一步提高纳米中间体对纤维的匀染性、易于生产和加工,在纳米中间体设计中引入了表面活性剂苯扎氯铵（Benzalkonium Chloride,1227）,通过叶绿素铜和苯扎氯铵对蒙脱土进行复合插层,合成了系列新型的、具有近红外伪装功能的叶绿素铜-苯扎氯铵/蒙脱土纳米中间体（Chl-Cu-1227/MMT）,通过XRD、FT-IR、TG、UV-Vis-NIR、FL和DLS等测试手段对Chl-Cu-1227/MMT纳米中间体的结构和性能进行了表征,并对其插层机理进行了探究。结果表明：Chl-Cu/MMT和Chl-Cu-1227/MMT纳米中间体具有很好的光热稳定结构和良好的性能,且粒度分布均匀,紫外-可见-近红外光谱反射率曲线显示两种纳米中间体能够很好地模拟绿色植物的反射特性,能将紫外光转化成蓝绿光,降低紫外线对织物的损伤。在上述研究的基础上,通过HAAKE转矩流变仪将具有近红外伪装功能的Chl-Cu/MMT和Chl-Cu-1227/MMT纳米中间体与PA6通过熔融插层反应制备PA6/OMMT色母料,再利用高速纺丝-高速拉伸变形（POY-DTY）二步法工艺路线对PA6/OMMT色母料进行了纺丝实验,将不同含量的PA6/OMMT纳米复合纤维在平行牵伸机上进行拉丝牵引,得到不同色饱和度的纳米复合卷绕丝,利用FTIR、TG、UV-Vis-NIR、FL、SEM、力学性能和色牢度（耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度、耐日晒牢度）和耐盐雾试验等对复合纤维的结构和性能进行研究。通过本论文研究,PA6/Chl-Cu-MMT和PA6/Chl-Cu-1227-MMT纳米复合纤维具有良好的力学强度、热稳定性、色牢度和防紫外功能,紫外-可见-近红外光谱反射率曲线显示纳米复合纤维能够很好地模拟绿色植物的反射特性,能满足林地地区近红外伪装作战需求,在军事隐身上具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 近红外迷彩伪装研究现状
• 1.2.1 军事隐身技术简介
• 1.2.2 近红外迷彩伪装研究
• 1.3 纳米纤维的研究现状简述
• 1.3.1 纳米纤维概述
• 1.3.2 纳米纤维在相关领域中的应用
• 1.4 聚酰胺纤维的研究现状
• 1.4.1 聚酰胺纤维简介
• 1.4.2 聚酰胺纤维产品的应用状况与开发前景
• 1.4.3 改性聚酰胺纤维的国内外研究
• 1.5 聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料简述
• 1.5.1 蒙脱土的结构及聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备方法
• 1.5.2 聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料的研究进展
• 1.6 本论文的研究目标、内容与创新点
• 1.6.1 研究目标与研究内容
• 1.6.3 研究突破与创新点
• 参考文献
• 第二章 叶绿素铜-蒙脱土纳米中间体的合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料及仪器
• 2.2.2 叶绿素铜-蒙脱土纳米中间体的制备
• 2.2.3 分析测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 机理分析
• 2.3.2 XRD分析
• 2.3.3 FTIR分析
• 2.3.4 TG分析
• 2.3.5 UV-Vis-NIR分析
• 2.3.6 FL分析
• 2.3.7 DLS分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 叶绿素铜-苯扎氯铵-蒙脱土纳米中间体的合成及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及仪器
• 3.2.2 叶绿素铜-苯扎氯铵/蒙脱土纳米中间体的制备
• 3.2.3 分析测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 机理分析
• 3.3.2 XRD分析
• 3.3.3 FTIR分析
• 3.3.4 TG分析
• 3.3.5 UV-Vis-NIR光谱反射率曲线分析
• 3.3.6 FL分析
• 3.3.7 DLS分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 聚酰胺/叶绿素铜-蒙脱土纳米复合纤维合成及表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料及仪器
• 4.2.2 PA6/Ch1-Cu-MMT纳米复合纤维的制备
• 4.2.3 分析测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 机理分析
• 4.3.2 HAAKE转矩流变仪对工艺条件的探讨
• 4.3.3 XRD分析
• 4.3.4 FTIR分析
• 4.3.5 TG-DTA分析
• 4.3.6 UV-Vis-NIR分析
• 4.3.7 FL分析
• 4.3.8 SEM分析
• 4.3.9 热氧老化动力学分析
• 4.3.10 长丝拉伸性能分析
• 4.3.11 耐摩擦色牢度分析
• 4.3.12 耐皂洗色牢度分析
• 4.3.13 耐日晒牢度分析
• 4.3.14 耐盐雾试验分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 聚酰胺/叶绿素铜-苯扎氯铵-蒙脱土纳米复合纤维
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料及仪器
• 5.2.2 PA6/Ch1-Cu-MMT纳米复合纤维的制备
• 5.2.3 分析测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 机理分析
• 5.3.2 HAAKE转矩流变仪对工艺条件的探讨
• 5.3.3 XRD分析
• 5.3.4 FTIR分析
• 5.3.5 TG-DTA分析
• 5.3.6 UV-Vis-NIR分析
• 5.3.7 FL分析
• 5.3.8 SEM分析
• 5.3.9 热氧老化动力学分析
• 5.3.10 长丝拉伸性能分析
• 5.3.11 耐摩擦色牢度分析
• 5.3.12 耐皂洗色牢度分析
• 5.3.13 耐日晒牢度分析
• 5.3.14 耐盐雾试验分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 在读期间发表的学术论文及获奖情况
• 致谢