（纺织化学与染整工程专业论文）溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

溶脸一凝胶技术在纺织e 的应用与研究摘要 摘要 溶胶凝胶技术是金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再 经热处理而形成氧化物或其它化合物固体的一种技术。作为一种材料的制备方 法，该技术在许多方面得到了广泛应用，如制备玻璃、纤维、粉末、薄膜、涂层、 复合材料等，尚未在纺织应用上展开研究和应用。本论文从溶胶凝胶法的基本 原理出发，制备不同的溶胶，采用漫轧、焙烘等常用工艺，将该方法初步应用到 纺织品上，对纺织品进行后整理，赋予纺织品多种功能。初步的实验结果表明， 溶胶一凝胶技术用于纺织品的整理不仅具有可行性，而且有着广阔的发展空间。 溶胶一凝胶处理可在织物表面形成复杂的三维网络结构。利用这一特性，将 溶胶一凝胶技术用于染色织物的固色处理上，对染料分子有着良好的“锚固”作 用，可以不同程度的提高直接染料、反应性染料和酸性染料的色牢度，既减轻了 印染的水污染，又提高了我国纺织品在国际上的竞争力。 本论文制备含硅醇溶胶并对壹接黑g 进行固色处理，取得了较高的固色效 果。制备含硅水溶胶和含钛水溶胶，并将两种水溶胶按照不问摩尔比复合后，_ 对 直接染料、活性染料、酸性染料进行固色处理。实验结果表明： 当s i t i = 5 ：l ( 摩尔比) 时对直接染料有很好的固色效果，湿牢度普遍提高。 皂洗的原样变色级数降低是由于经溶胶凝胶法处理后的布样在皂洗后有“洗涤 增深”现象，但该现象在数次洗涤后逐渐减少或消失。 当s i t i = 1 0 ：1 ( 摩尔比) 时对反应性染料有很好的固色效果，湿牢度普遍提 高。 对不同酸性染料在不同织物上有不同的固色效果，其中以对棉织物上的酸性 染料固色作用最为明显。溶胶对于不同织物上酸性染料的固色效果不同，很可能 是由于硅氧烷上的有机长链与织物之间的化学反应程度不一样引起的。 本论文对含硅的醇溶胶、硅的水溶胶和钛的永溶胶的制备条件，以及溶胶一 凝胶技术用于纺织品整理的工艺条件进行了初步探讨，确定了较为合适的溶胶制 备条件和整理的工艺条件。 本论文对硅的水溶胶用于直接黑g f 的固色和增深处理进行了探讨。实验结 果显示，硅的水溶胶对直接黑g f 有着明显的固色作用和增深作用。经溶胶凝 溶腔一凝靛技术在绕躐上的应臻每研究按簧 胶整理匿，壹接黑g f 懿各项彀挛度能与藏鼗黑、反应牲黑摆娥美，反魃率夔线 较处理前有较大幅度的降低，增深效果使得用较少的染料染得较浓的黑色成为可 藐。 本论文对溶胶凝胶技术在纺织上的其它应用进行了初步探索，如抗紫外、 撵汞、凑丝绸和钎绥耘的增重、1 3 一环糊精在绞豁上斡鬻着、香精的缓释等。蜜 验结果寝明，钛的水溶胶整理詹的棉布具有较好的抗紫外效果和拒水效果，处理 后的棉布紫外线透过章大幅度降低，按触角超过1 3 0 。；硅的水溶胶对丝绸和针 织物有良好的增菱作用，增重比侧可以通过调节溶胶浓度和带液率来控铡，整理 后对手感、自魔、k s 值没有明显影响；t e o s g p t s 混合水解得到的复合溶胶 黯环凝精在织物上有良姆豹固定痒用，滚胶秘环羧精豹捺谓捧熊辩霉穗骞良好瓣 缓释效果。 关键谲：溶胶。凝胶技术，纺织，色牢度，增深，应用 2 堕鉴：笙壁篓垄壅望望圭鳖壅星兰登窒 苎茎 a b s t r a c t t h es o l g e lp r o c e s si sat e c h n o l o g yt h a ts t a r t sw i t ho r g a n i cm e t a lc o m p o u n d s o ri n o r g a n i cc o m p o u n d sa n ds o l i d i f i e st h r o u g has o l u t i o n s o l 。g e le v o l v e m e n t ， f i n a l l yr e s u l t i n gv e r y f i n e p a r t i c l e s o fo x i d e a sam e t h o do fp r e p a r i n gs u c h m a t e r i a l s ，t h i st e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e dt o ag r e a td e a lo fa s p e c t ss u c ha s p r e p a r i n gs p e c i f i cg l a s s e s ，f i b e r s ，p o w d e r , f i l r n i s , c o a t i n g s ，c o m p o s i t e m a t e f i m s ，e t c h o w e v e r , t h e r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no f t h es o l g e lp r o c e s so n t e x t i l eh a v e n tb e e n s e e ns of a r i nt h i sp a p e r , as e r i e so fs o l sw e r ep r e p a r e db a s e do nt h ep r i n c i p l e so f t h es o l g e lp r o c e s s ，a n dt h e nw e r e a p p l i e do n t e x t i l et h r o u g hc o m m o n p a d d r y c u r e k c h n i q u e s ，e n d o w i n g t e x t i l e sw i t hk i n d so f f i m c t i o n s ，p r i m a r ye x p e r i m e n t a lr e s u l 如 s h o w e dt h a tt h e s o l g e lt e c h n o l o g y w a sn o t o n l y f e a s i b l ef o rt e x t i l e s a f t e r t r e a t m e n t s ，b u ta l s oh a da w i d e d e v e l o p i n gs p a c e g e n e r a ls p e a k i n g , ac o m p o u n dt h r e e d i m e n s i o n a ln e t w o r k sc a r lb ef o r m e d0 1 1 t h es k a f a c eo ff i b e r sa f t e rt h e s o l g e lt r e a t m e n t ，w h i c h c a nb e u s e df o r f i x i n gc o l o u r o ft h ed y e df a b r i c s t h ed y em o l e c u l e sw e r et h u sa n c h o r e do nt h ef i b e r s ，a n dt h e c o l o rf a s t n e s s e so fd i r e c t ，r e a c t i v ea n da c i dd y e sw e r ee n h a n c e dt os o m ee x t e n t s t h u st h ew a t e r p o l l u t i o n i np r i n t i n ga n d d y e i n gi n d u s t r yw o u l d b eg r e a t l y l i g h t e n e d ， a n dt h ec o m p e t i n gs u p e r i o r i t yo fo u rc o u n t r y st e x t i l ec o u l db ei n c r e a s e da tt h e s a m et i m e 。 i nt h i s p a p e r , s i l i c as o l i ne t h a n o lw a sp r e p a r e da n du s e df o rf i x i n gd i r e c t b l a c kg d y e dc o t t o n , a n dg o o dw a s h i n gf a s t n e s sw a so b t a i n e d a q u e o u ss i l i c as o l a n dt i t a n i u ms o lw e r ep r e p a r e da n dm i x e da c c o r d i n gt od i f f e r e n tm o lr a t i o s ，a n d t h e nu s e df o r f i x i n gd i r e c t ，r e a c t i v ea n d a c i dd y e s e x p e r i m e n t a ld a t as h o w e dt h a t ： d i r e c td y e df a b r i c sg o tg o o dc o l o rf a s t n e s sa f t e rt h es o l g e lt r e a t m e n tb yt h e m i n e ds o lo fs i t i = 5 ：1 f m e lr a t i o ) t h er e a s o nf o rc o l o rc h a n g el e v e lo f w a s h i n g d e c r e a s i n gw a st h a tt h et r e a t e ds a m p l e sb e c a m ed a r k e ro nw a s h i n g , w h i c hw a s c a l l e d w a s h i n gd a r k e n i n g ”p h e n o m e n o n b u tt h i sp h e n o m e n o n r e d u c e d g r a d u a l l y 3 签堕：鳖窭蓬查垄茎鉴圭鳖壅璺是堡窒 塑矍一 o re v e nv a n i s h e da f t e rs e v e r a lc y c l e so f w a s h i n g s r e a c t i v ed y e i n g sg o tg o o dc o l o rf a s t n e s sa f t e rt l l es o l g e lt r e a t m e n tb y t h em i x e d s o lo f s i t i = t o ：l ( m o lr a t i o ) a sf o ra c i dd y e s f i l ef i x i n ge f f e c t sv a r i e df o rd i f f e r e n ta c i dd y e so nd i f f e r e n t f a b r i c s 强es 0 1 一g e lt r e a t m e n tw a sm o s te f f e c t i v ef o ra c i d 毋e so nc o t t o n t h e d i f f e r e n c eo ff i x i n ge f f e c t sf o rd i f f e r e n tf a b r i c sm i g h tb ec a u s e db yt h ed i f f e r e n t c h e m i c a lr e a c t i v ed e g r e eb e t w e e nt h eo r g a n i cc h a i no ns i l i c aa n df i b e r s b o t ht h ep r e p a r a t i o nc o n d i t i o n so fs i l i c as o li ne t h a n o l ，a q u e o u ss i l i c as o la n d a q u e o u s t i t a n i u ms o l ，a n dt h et e c h n i q u ec o n d i t i o n sf o rt h ea p p l i c a t i o no ft h es o l g e l t e c h n o l o g yo nt e x t i l e sf i n i s h i n gw e r ed i s c u s s e d i nt h i sp a p e r a n da p p r o p r i a t e c o n d i t i o n sw e r ed e t e r m i n e da p p r o x i m a t e l y t h e f i x i n ga n dd a r k e n i n ge f f e c t so nd i r e c tb l a c kg f t r e a t e db ya q u e o u ss i l i c a s o lw e r ea l s od i s c u s s e di nt h i sp a p e r e x p e r i m e n t a ld a t as h o w e dt h a tt h ea q u e o u s s i l i c as o lh a de x c e l l e n tf i x i n ga n dd a r k e n i n ge f f e c t so nd i r e c tb l a c kg fo i lc o t t o n 。 t h ec o l o rf a s t n e s s e so ft r e a t e df a b r i c sd y e dw i t l ld i r e c tb l a c kg fc o u l dc o m p a r e b e a u t y w i t hs u l f u rb l a c ko rr e a c t i v eb l a c k t h er e f l e c t i v i t yc u l v ef e l l g r e a t l y c o m p a r e d w i t hu n t r e a t e d ，a n dt h ed a r k e n i n ge f f e c tm a d ei tp o s s i b l et og e tv e r yf l a i l b l a c kc o l o u rw i t he x c e l l e n tw e tf a s t n e s sw i t hr e l a t i v es m a l la m o u n to ft h ed y e 0 3 i r e c t b l a c k g f ) o t h e ra p p l i c a t i o n so ft h es o l - g e lt e c h n o l o g y0 1 1t e x t i l ew e r ed i s c u s s e di nt h i s p a p e r 毽sw e l l ，s u c ha su l t r a - v i o l e tc u t t i n g ，w a t e rr e p e l l e n c y , w e i g h t i n go f s i l ka n d k n i t t i n gf a b r i c s ，f i x i n gt h eb c y x l o d e x t i no nc o t t o nf o r h o s t - g u e s t e f f e c te t c e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o r o nt r e a t e db yt h ea q u e o u st i t a n i u ms o l r e s u l t e di n g o o d u l t r a - v i o l e t c u r i n g a n dw a t e r r e p e l l e n te f f e c t ，u l t r a - v i o l e t ， e s p e c i a l l yi nt h eba n dcb a n d s ，w a sc u tg r e a t l ya f t e rt h es o l g e lt r e a t m e n t , a n dt h e c o n t a c ta n g l eo fw a t e re x c e e d e d1 3 0 t h ea q u e o u ss i l i c as o ls h o w e d g o o d w e i g h t i n ge f f e c to us i l ka n dk n i t t i n gf a b r i c s a d j u s t i n gt h es o lc o n c e n t r a t i o na n dt h e p i c k u pc o u l dc o n t r o lt h ep e r c e n t a g e so fw e i g h t i n g + f o rw e i g h t i n g ，t h et r e a t m e n t h a dl i t t l ei n f l u e n c eo nh a n d l e ，w h i t e n e s sa n dk sv a l u e am i x e ds o lo f s i l i c af r o m 4 溶腔增l 腔技术程纺织上的藏用与研究 摘要 t e o s g p t sc o u l dw e l lf i x 一c y x l o d e x t i no i lc o 撞o n , 谤谳穗am a r v e l o u s “h o s t g u e s t ”e f f e c tw a sv e s t e dw i t h ， l u om i n ( t e x t i l ec h e m i s t r ya n d d y e i n g a n d f i n i s h i n ge n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f c h e ns h u i l i n k e y w o r d s ：s o l 一黪t e c h n o l o g y , t e x t i l e , c o l o rf i x a t i o n ，d a r k e n i n g , w e i g h t i n g 5 溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 第一章前言 1 1 溶胶凝胶技术的概念 溶胶一凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固 化，再经热处理而形成氧化物或其它化合物固体的方法【l j 。该法可追溯 到1 9 世纪中叶，e b e l m e n 发现正硅酸乙酯水解形成的s i 0 2 里玻璃状， 随后g r a h a m 研究发现s i 0 2 凝胶中的水可以被有机溶剂置换吲。直到2 0 世纪3 0 年代，wg e f f c k e n 证实用该方法即金属盐的水解和胶凝化，可 以制备氧化物薄膜【3 】。1 9 7 1 年德国h d i s l i c h 报道了通过金属醇盐水解 得到溶胶，经胶凝化，再于9 2 3 - 9 7 3 k 的温度和1 0 0 n 的压力下处理，制 备了s i o b o - a i o n a o k o 多组分玻璃，引起了材料科学界的极大兴趣 和重视 3 1 。1 9 7 5 年b e y o l d a s 和m y a m a n e 等仔细将凝胶干燥，制得 了整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜【4 】。核化学家也利用此法制各核 燃料，避免了危险粉尘的产生i “。3 0 7 0 年代这段时间把胶体化学原理应 用到制备无机材料获得初步成功，人们认识到该法与传统烧结、熔融等 物理方法的不同，引出“通过化学途径制备优良陶瓷”的概念，并称该 法为化学合成法或s s g 法( s o l u t i o n s 0 1 g e l ) 【2 j 。该法在制备材料初期 就进行控制，使均匀性可达到亚微米级、纳米级甚至分子级水平，也就 是说在材料形成初期就着手控制材料的微观结构，而引出“超微结构工 艺过程”的概念，进而认识到利用此法可对材料性能进行剪裁。这一系 列认识的提高，使8 0 年代成为溶胶凝胶科学技术发展的高峰时期。2 0 世纪8 0 年代以来，s 0 1 g e l 技术受到了国内外材料领域专家学者的普遍重 视，在超导材料、功能陶瓷材料、非线性光学材料、催化剂及酶载体的 合成、多孔玻璃材料、材料的表面镀膜处理等方面得到成功的应用，已 成为无机材料合成中的一个独特的办法。溶胶凝胶技术在材料的开发和 应用方面必将起着越来越重要的作用。 1 2 溶胶一凝胶技术的基本原理 溶胶一凝胶法是湿化学反应方法之一，不论所用的起始原料( 称为前 驱物) 为无机盐或金属醇盐，其主要反应步骤都是将前驱物溶于溶剂( 水 或有机溶剂) 中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或醇解，反应生 成物聚集成l n m 左右的粒子并形成溶胶，经蒸发干燥转变为凝胶，其基 本反应原理如下1 3 5 j ： 1 溶剂化：能电离的前驱物金属盐的金属阳离子m ”吸引水分 子形成溶剂单元m ( h 2 0 ) z + ( z 为m 离子的价数) ，为保持它的配位数而有 强烈的释放h 十的趋势。 m ( h 2 0 ) 。”一m ( h 2 0 ) 。1 ( o h ) ( 1 卜+ w 溶胶磺胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 这对如有其它离子进入就可能产生聚会反应，但反应极为复杂。 2 水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐m ( o r ) 。( n 为金属 醚熬嚣予价 与求爱痘： m ( o r ) 。+ x h 2 0 一 m ( o h ) 。( o r ) 。x 十xr o h 反应搿持续遴抒，直至生成m ( o h ) o 。 3 缩聚反应：缩聚反成可分为 失水缩聚 * m - o h + h o - m 一一m o m 一+ h 2 0 和失醇缩聚 。m o r + h o m 一一醚国一醚+ r o 1 3 溶胶凝菠技术的王艺过裰 有关溶胶凝胶技术工艺的报邋颇多【6 * 3 2 1 ，基本工艺过程如图1 1 所 示嘲： 首先簧制取包禽金属醇盐和水的均相溶液，以保证醇盐的水解反应 在分子水平上进行。由于金属醇盐在水中熬溶解度不大，一般选用醇终 为溶剂，醇和水的加入应邋量，习惯上以水醇盐的摩尔比计量。俄化剂 对水解速率、缩聚速率、凝胶在陈化过程中的结构演变都有重要影响， 鬻掰懿酸褴帮藏睦催往裁分为h c l 和n h 3 h 2 0 ，催仡帮加入量瑰常以 催化剂醇靛的摩尔比计量。为保证前期溶液的均相性，在配制过程中需 强熬搅拌。 坚圈篆芋圈 旦圈骂圆 圈1 - 1 溶胶凝胶技术的基本工蕊过程圈 第二步是制备溶胶。制备溶胶有两种方法：聚含法和颗粒法。两者 间的差别是加水量的多少。所谓聚台法，题在控制水解的条件下馊水解 产物及部分未永解豹醇盐分子之闻浆合而成的，因托加永懿很少；而颗 粒法则是在加入大摄水，使醇盐分予完全水解的条件下形成的。金属醇 盐瓣求鳃条锋露缩聚反应楚坞稳溶滚转交为溶荻羚鬏本蒙戮，控裁簿整 水解缩聚的条件如加水量、催化剂和溶液的p h 值以及水解温度等，是 2 溶胶凝胶技术在纺织二的应用与研究 第一章 制备高质量溶胶的前提。 第三步是将溶胶通过陈化得到湿凝胶。溶胶在敝口或密闭的容器中 放置时，由于溶剂蒸发或缩聚反应继续进行而导致向凝胶的逐渐转变， 此过程往往伴随粒子的o s t w a r d 熟化，即因大小粒子溶解度不同而造成 的平均粒径增加。在陈化过程中，胶体粒子逐渐聚集形成网络结构，整 个体系失去流动特性，溶胶从牛顿体向宾汉体转变，并带有明显的触变 性，制品的成型如成纤、涂膜、浇注等可在此阶段完成。 第四步是凝胶的干燥，湿凝胶内包裹着较大量溶剂，干燥过程往往 伴随着很大的体积收缩，因而容易引起开裂。防止凝胶在干燥过程中开 裂是溶胶凝胶工艺中至关重要而又较为困难的一环，特别对尺寸较大的 块状材料。为此需要严格控制干燥条件，或添加控制干燥的化学添加剂， 或采用超临界干燥技术。 最后对于凝胶进行热处理。其目的是消除干凝胶中的气孔，使制品 的相组成和显微结构能满足产品性能要求。在热处理时发生导致凝胶致 密化的烧结过程，由于凝胶的高比表面积、高活性、其烧结温度比通常 的粉体坯体低数百度，采用热压烧结工艺可以缩短烧结时间，提高制品 质量。 1 4 溶胶凝胶技术的特点 溶胶一凝胶法作为湿化学反应方法之一，其主要优点如下【3 】： 1 温度低，反应过程易于控制： 2 制品均匀，纯度高( 均匀度可达分子或原子水平) ； 3 化学计量准确，易于改性，掺杂的范围宽； 4 从同一原料出发，改变工艺过程可以获得不同的产品，如粉料、 薄膜、纤维等： 5 工艺简单，不需要昂贵的设备。 该方法的缺点是： 1 原料多为有机化合物，成本较高，有些对健康有害； 2 处理过程耗时较长，制品易产生开裂； 3 烧结不够完美，制品中会残留细孔及o h 。根或c ，后者使制品带黑 色。 1 5 溶胶凝胶技术的应用 由于溶胶一凝胶法独特的优点，日益受到人们的重视，其用途十分广 泛。 1 5 1 块状材料 溶胶一凝胶法制备的块状材料的概念是指每一维尺度大于l m m 的各 溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 种形状并无裂纹的产物【2 】。通过此方法制备块状材料具有在较低温度下 形成各种复杂形状并致密化的特点。主要应用是制备光学透镜、梯度折 射率玻璃和透明泡沫玻璃等h 瑚3 4 】。 1 5 2 纤维材料 当分子前躯体经化学反应形成类线性无机聚合物或络合物间呈类线 性缔合时，体系粘度不断提高，当粘度值达1 0 1 0 0 p a s 时，通过挑丝 或漏丝法可从凝胶中拉制成凝胶纤维，经热处理后可转变成相应玻璃或 陶瓷纤维。从不同的前驱物出发，可以制得s i 0 2 ，a 1 2 0 3 ，t i 0 2 ， s i 0 2 一t i 0 2 ，s i 0 2 a 1 2 0 3 ，s i 0 2 - z r 0 2 ，z r 0 2 y 2 0 3 等各种纤维【3 5 1 。 1 5 3 粉末 溶胶一凝胶法制备粉末的过程是将所需组成的前躯体配成混合溶液， 经凝胶化、热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末。由于凝胶中 含有大量的液相或气孔，使得在热处理过程中不容易使粉末颗粒产生团 聚。由于此法容易在制备过程中控制粉末颗粒尺寸，因而是制备纳米材 料最常用的方法之一1 3 7 1 。近年来用该法可制得各种氧化物纳米材料， 如s i 0 2 ，a 1 2 0 3 ，t i 0 2 及各种复合粉末等。 1 5 4 复合材料 把各种添加荆、功能有机物或分子、晶种等均匀的分散在凝胶基质 中，经热处理致密化后，此种均匀分布状态仍能保存下来，使得材料更 好的显示出复合材料特性。由于掺入物可以多种多样，因而溶胶凝胶法 可形成种类繁多的复合材料，既可以是无机无机复合材料，又可以是无 机有机复合材料p ”9 】。 1 5 5 薄膜和涂层h 8 j 溶胶一凝胶法制备薄膜和涂层材料的方法最有应用的前途。其制备过 程是将溶液或溶胶通过浸渍法或转盘法在基板上形成液膜，经凝胶化后 通过热处理可转变成无定形态或多晶态膜或涂层。有时为增加膜厚需反 复几次至几十次。其单层膜厚和显微结构受到溶液或溶胶中聚合物结构、 粘度、水量、提升速度、旋转速度及时问等因素影响。溶胶凝胶法可用 于制备减反射膜、波导膜、着色膜、电光效应膜、分离膜、防腐蚀膜等 等。 4 溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 1 6 溶胶凝胶技术用于纺织品固色处理的技术背景 1 6 1 溶胶一凝胶技术在纺织品上的应用 目前，溶胶凝胶技术多用于制备纳米陶瓷粉和制膜上，应用到纺织 上的研究性报道极为少见。但是，根据其基本原理，将其应用到纺织品 上，制备功能性织物是具有可行性而且很有意义的。 利用溶胶一凝胶技术可以在各种纺织品上形成透明的、粘附性强的金 属或非金属氧化物薄膜1 4 9 j 。根据织物表面不同的性能要求，可以对涂层 进行大幅度的化学或物理改性。经化学或物理改性后的纳米溶胶可以大 幅度的改变织物的性能。用溶胶。凝胶技术整理织物时，不同种类的溶胶 可以通过浸涂、喷涂或连续涂层等方式用于纺织品的整理。这都是纺织 品整理中经常使用的机械加工技术。在目前的研究中，织物多是通过浸 轧或浸渍来实施表面处理。然后在一定条件下干燥，在纺织品表面形成 一层薄而透明的金属或非金属氧化物薄膜。 涂层后织物的手感取决于前驱物的特性和薄膜的厚度f 矧。要得到柔 韧性较好，手感好的涂层，一方面可以增加前驱体中的有机成分，或者 通过加入添加剂，如聚乙二醇等；另一方面可以改变涂层的参数( 如溶 胶浓度等) ，使薄膜的厚度控制在只有几微米以内。 通常溶胶一凝胶的改性可分为化学方法和物理方法【5 1 5 2 1 。 化学改性是通过加入添加剂，在制备溶胶过程中使添加剂以共价键 的形式键合在金属氧化物粒子上。一种化学改性是通过不同类型的金属 烷氧基化合物之间的反应来完成的，用这种方法，金属氧化物以不同的 比例在织物上混合，可以制得多种涂层，如二氧化硅、氧化铝、氧化钛、 氧化锌等的混合金属氧化物涂层。另一种化学改性是通过含一个r 侧基 的三烷氧基硅氧烷r - s i ( 0 r ) 3 的共水解、共凝聚完成的。水解产生的硅 烷醇之间的缩聚反应最终形成无机网络结构，而有机长链可以赋予涂层 膜各种性能。如果有机官能团也能发生交联作用，那么可以同时形成有 机阿络结构。通过连接不同的侧基可以调节纳米溶胶膜的性能。如r ，基 为烷基时可以获得疏水性的膜，r 基为全氟烷基时，可获缛疏油性能的 膜。还可将更大、更复杂的有机化合物如染料、生物活性物质作为侧基， 以共价键的形式直接键合在三烷氧基硅氧烷上。 物理改性是把添加剂均匀的混入并固定在金属氧化物母体中，而无 任何共价键的形成，这些添加剂通常是大分子，如聚合物、染料、生物 活性物质或生物分子。添加剂的不同，使得制备的纳米溶胶膜具有许多 新的性能。 以硅氧烷的化学改性和物理改性为例，可用图1 2 加以说明【5 1 】： 溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 j ；i o ) n o ( m e ：铝、钛、锆等) i i 守_ o f i _ n ro ( r ：烷基、芳基、全氟烷、染料、生物分子) a 硅氧烷的化学改性 溶胶液凝胶干凝胶 。硅氧化物颗粒口添加剂 b 硅氧烷的物理改性 图1 2 溶胶涂层的化学改性和物理改性 织物经溶胶凝胶技术涂层整理改性后可获得的一些重要性能列于 表1 1 ： 表1 1 溶胶涂层赋予织物的一些重要性能 影响性能变化 a 物理机械性能抗磨强度、抗静电性、 粘性抗粘性、阻燃 b 光学性能着色、光泽、 光致变色、 紫外光稳定性 c 生物性能生物相容性、生物催化作用、 抗菌、抗过敏、 生物活性物质及香昧的释放 1 6 1 1 改变织物的表面性能 4 9 , s 3 1 通过溶胶凝胶技术在织物上形成组分不同的薄膜，可以提高织物的 耐磨强度、抗静电性、抗粘性、阻燃性和拒水拒油性等。在耐磨方面研 究较多的是玻璃纤维、聚酰胺6 6 和聚酯纤维。采用不同的溶胶，并适当 o e m i o o o 一 一。一 ilo 溶胶凝黢接术在纺缎土黥应用岛辩究 筹一章 添加无捉纳米级衾羼氧化扬对漆胶进行改牲，可以获得防护性戆不同的 觉机一有机混聚物涂层，达到较好的耐磨性能。丽t i 0 2 在尼龙表面涂鼷 后，其吸水性和时化学试剂性能均有改蒋，而加入环氧剂硅烷的t i 0 2 涂 馐对尾麓的这释改善效莱更持久。渊翁采溶藏膜可戳增鞠缀耪酌抗静毫 性，如将阳离予或阴离子改性的二氧化硅纳米溶胶涂覆于p v c 材料上， 凝合麴毒耋避鞠表嚣遗疆麸1 0 1 3q 辫至1 0 7q 。薅含有全籁烧基兹二氧纯礁 纳米溶胶涂覆纤维，可增加纤维的疏水疏油性。从含长碳链的谴氧烷出 发制备的溶胶可赋予织物拒水的性能，狮从含全氟链的硅氧烷出发制备 的溶胶可赋予织物拒漓游注麓。 纳米溶胶涂层的化学和物理改性可以使织物的接触角及表谳能大幅 澄毅变。但是，这羲藜寒溶驳涂爨熬瑟承洗牵痰还毒德羧避。窳洗牢覆 不够主要是由于为增加涂层疏水性导致溶胶凝胶层对织物的附着力下 降。 1 6 1 2 改变织物的光学性髓1 5 ”q 在光学性能方面，对紫外光区光学性能的改变可以提高织物颜色及 缀黪本鸯静瓣光牢度，遴过傻臻含有氧纯铁紫岁 毙吸浚潮静纯学浚穗襞 化硅涂屡就可咀获得此种效果。用含有纳米氧化钛、氧化锌的化学改性 二氧化礁溶胶整遴织物，可娃撬薅织物鹣耐光掌度秘紫辨吸收燃链。含 紫外光吸收剂的物理改性纳米溶胶涂层w 以提高纤维的紫外线稳定性。 添加小分子或聚合物紫夕 光吸收剂的物理改性纳米溶胶涂层，也是一种 键高绎缭紫多 线稳定性十分重要鹃技术。 另外，通过在溶胶中加入染料可以j 敷行着色涂层。戏者将水溶性染 瓣黯入到拳溶瞧缌岽滚胶中遴行染色，繁辩玻黧定在穗拳e 演母镩中，霹 用于织物染色。将染料、涂料加入到硅氧烷中制得的纳米溶胶涂层，可 以在可见光区改变织物的光学性能。其麓单制淡为将水游性染料加入到 求溶性缡米溶胶中进行染色。在这种情况下，较使宣的水溶性染料固定 在硅氧烧母体中染色可获锝优良的色牢膨。将涂层织物在高温下进行热 缝瑾可敬增麴浚蒺与织戆之藩翡辩蓑力。舅一秘方法是添船髓形成霹状 组织的磁化合物，如环孰硅烷化合物。旗它添加剂如铝化合物、阳离子 浅弱离予聚舍麴也霹使翅。这耱带电聚会物遥遗静毫捧爝霹以鼹定荣稳 反电荷的染料。 1 , 6 1 3 制各有生物活性豹织物i s t - 0 l 溶黢- 凝胶技术适合予将生物活性物横、生物大分子及整个活缩胞堙 匀的混合在金属氧化物母体中。用这种潞胶浸涂的绷带材料有利于伤口 熬凌理，嚣虽还憩够铡褥其存垒镄簧惑魏憝熬织物。躅不弱靛缡寒溶驳 墚可以调控嵌入的生物活性物质的固定化程度，一种生物活性物质可以 完全固定于氧化醚母体中，也可以与毙够渗入母体豹小分子反墩，还可 以通过控制固定的不充分性来擦制活性物质的释放。这种涂层的商业用 遮为其提供了一个广泛的应用领域，但谯纺织工址中的应用尚未开发。 最毒趣熬爱途还在予生秘活瞧耱震森缩米滚羧涂屡中靛控肇释放， 7 溶胶凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 可用于疾病的治疗，如在涂层中混入含银化合物或有机杀菌剂并控制释 放可以得到抗菌涂层。在这种情况下，就可以实现生物功能化织物的治 疗用途。在纺织领域的首次应用研究是在涂层中混入含银化合物或有机 杀菌剂，控制释放可设计为抗菌涂层。同样的方法也可实现液体活性物 质或芳香物质的控制释放。溶胶一凝胶技术还可以将油脂及高沸点液体固 定于纳米溶胶层中，含液量达到5 0 ，并可在相当长的时间范围内缓慢 释放。甚至高粘度物质或油状物，如维生素e 等也可混入金属氧化物膜 中，制成干燥且非粘性的涂层。 1 6 1 4 提高羊毛的保水性能 在进行涂层之前，干洗过的羊毛织物被浸在稀释的由疏水性的烷氧 基硅烷组成的溶胶里，该溶胶中充满了三氧化二铝纳米微粒。对羊毛的 保水性能值进行测量，涂层后较涂层前提高大约2 0 2 8 睁。 1 6 1 5 用于羊毛的防缩绒整理 在6 0 下分别对未处理的羊毛和用三甲氧基硅烷溶胶整理后的羊 毛织物进行洗涤试验，未处理的羊毛织物发生重度缩绒，而用溶胶一凝胶 技术处理后的羊毛没有明显的变化【5 “。 1 6 1 6 用于纺织品的改性处理 利用溶胶凝胶技术，可以把一些功能性分子固定于纤维表面，从而 赋予织物以特有的功能性，例如把环糊精锚固在纤维素纤维表面，赋予 织物以“巢栖”功能。可根据需要对织物充香形成芳香医疗保健纺织品 【6 l 6 2 1 1 6 2 本课题的目的及主要研究的问题 1 6 2 1 本课题的目的 染料的牢度问题是印染工业中不断研究的一个问题。虽然染料行业 的工作者们一直在研究开发高牢度的新的染料品种，但是新染料的合成 耗时较长，成本较高且难度较大，因此对已有染料品种通过固色处理来 提高牢度不失为一条成本较低、方便易行的有效途径。 在对现有各种固色剂的固色机理的研究基础上，我们提出一种新型 的固色技术溶胶一凝胶技术。采用纺织品常用的后处理方法，使溶胶 覆盖在纤维上，并在交联的过程中形成较为复杂的网络薄膜，在继承已 有的交联型固色方法的基础上，引入有机无机复合溶胶整理织物形成复 合网络的全新概念，达到固色的目的。 根据溶胶一凝胶技术的基本原理，以及对该技术已有的一些应用成果 的总结回顾，我们设想用溶胶一凝胶技术对染色织物进行处理，在纤维上 形成网络状薄膜，可以对染料分子起到“锚固”作用。这种锚固作用既 有物理作用也有化学作用。物理作用表现在两方面：一方面染料分子可 能被“锚固”在网络的空穴中，另一方面染料分子可能被吸附在干凝胶 膜的微孔中。化学作用则利用带有可与织物发生化学键合的基团的改性 洛胶一凝腔技术在纺缎主酌应蠲与研究簿一章 醢氧烷来提嘉凝胶貘与织物之闼驰结合牢度，这样织物表面的凝胶膜起 列“架桥”的作用，一方面与织物以化学键结合，另一方面靠阿络的作 用固定染料，从而降低了染料分子从织物上脱离的倾向，起到圃色的作 罐。 1 6 。2 2 零课题憨主要磅究海疆 本课题的主要研究阀题有： 1 。铡备均一、稳定的溶胶。已见报道的制器溶胶的方法多采用醇或 群和永的混台秘作为硅辅烷或金属醇盐和东的共溶剂，因丽溶羧中存在 大量的醇，给应用带来不便，在纺织品上的实用价值不高。本课题拟在 魏有溶黢翻备方法豹基獭上铡务淤本为溶券l 载承溶茨，鼓使滚黢凝荻教 术在纺织上的应用既有其独特的功能，又与其窀后处理工艺有相容性。 2 。将制各瓣溶胶用于染色织物的翳处理，提高各炎染料如直接染 料、活饿染料、酸性染料等的色牢度。通过溶胶凝胶法处理，夜织物的 纤维表面上形成摄薄而透明的网络，将染料分子锚固在纤维上，从而迭 掰露色静蟊兹。 3 研究影响溶胶制繇的因素以及溶胶在织物上应用时的工慧条件， 技至l 较为舍适戆溶荻配方嚣整瑗工艺，遮劐良好魏国色俘趸。 4 研究经溶胶- 凝胶技术处理后织物的一些物理性髓，初步了解溶胶 凝胶处理在提麓染料色率度的嗣孵对织物物理性能的影响。 5 磷究溶胶凝胶技术对予赢接黑色染辩的豳色和增深作用，使其潆 牢度与硫化黑、活性黑捆媲美，颜色比二者更浓，寻求用直接黑取代硫 讫黑、溪性黑懿哥g l 牲，麸瑟筵传染色王艺，臻僬染色成零，并达到藏 少污染、保护环境的目的。 6 磺究溶胶* 凝胶技术在纺织屠上的其它应髑，如织物抗紫夕 整理、 织物增蠹、环糊精在织物上的固定及香精的缓释等，初步了解溶胶一凝胶 技术在纺织上应用的广泛性。 参考文献 【1 】张立德，牟攀美纳米材料和纳米缩构，2 0 0 1 ，科学出版社，北京： 1 3 6 一1 3 7 ： 【2 】丁予上等溶胶一凝胶技术销备材辩的发展，醚酸盐学报，1 9 9 3 。2 1 ( 5 ) ， 1 0 ：4 4 3 4 5 0 ； 【3 】溪耪牮等；溶狡一凝获( s o l - g e l ) 方法戆蘸壤与痊弱，天津爨蕊丈孥 学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，2 1 ( 3 ) ：5 - 8 ： 【4 】b r i n k e rcj ，s c h e r e rgw s o l ，g e ls e i n e n c e ：t h ep h y s i c sa n d c h e m i s t r yo f s o l - g e lp r o c e s s i n g ，1 9 9 0 ，a c a d e m i cp r e s s ，b o s t o n ：9 8 ； f 5 】杨南如，余栈郁溶胶一凝胶漱的基本原理与潋程，硅酸盐通报，1 9 9 3 ， ( 2 ) ：5 6 。6 3 ： 9 溶胶一凝胶技术在纺织上的应用与研究 第一章 f 6 1 余桂郁，杨南如溶胶凝胶法工艺过程，硅酸盐通报，1 9 9 3 ，( 6 ) ： 6 0 一6 6 ： 7 】王剑华等溶胶一凝胶法制备s i 0 2 薄膜的研究，材料科学与工艺， 1 9 9 9 ，7 ( 9 ) ：1 5 ： 8 g l a s e rpm ，p a n t a n oc g e t i e c to f h 2 0 厂r e o sr a t i ou p o nt h ep r e p a r a t i o n a n dn i t r i d a t i o no fs i l i c as o l g e lf i l m s j n o n c r y s t ，s o l i d s ，1 9 8 4 ，6 3 ： 2 0 9 2 1 1 ； 9 s t r a w e f i d g ei ，j a m e sp t h i ns i l i c af i l mp r e p a r e db yd i pc