毕业设计开题外文文献译文

基于溶胶基于溶胶 凝胶技术的棉织物的表面处理凝胶技术的棉织物的表面处理 摘要 摘要 硅胶被应用到经 1 2 3 4 丁烷四羧酸 BTCA 整理的棉织物 目的是 提高其物理性能 尤其是拉伸强度 因为在以前的抗皱整理加工中拉伸强度会 有一个很大的损失 详细研究了包括偶联剂的用量 溶胶的浓度和 pH 值 处 理方法等参数 处理后的样品与 BTCA 比较 其折皱回复角增加 11 8 拉伸 强度提高 18 6 选定的优化条件下的硅胶处理棉织物耐磨性也提高了 关键词 关键词 溶胶 凝胶 棉织物 防皱整理 强度损失 1 前言 前言 由于棉织物经过反复湿摩擦后 纤维位移和纤维素大分子的变形 导致缩水 并易起皱 N N 二羟基 4 5 二羟基咪唑烷 DMDHEU 已经成为使用 最广泛的交联剂应用在纺织工业中棉织物的防皱整理 由于在 DMDHEU 和纤 维素分子之间形成的醚键以获得机械稳定性的理想时间且给出了甲醛释放的潜 力 甲醛被认为是人类致癌物质 但不能回避的是显著降低甲醛的释放可以通 过醚化 DMDHEU 或继续用水解的美国 Y 缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷处理 整理后的织物 此称 GPTMS 解决方案 另一个整理剂为 1 2 3 4 丁烷四 羧酸 BTCA 与次磷酸钠的催化 SHP 可以为无甲醛防皱整理的另一种可能 然而 由于解聚和纤维大分子的交联导致严重的强度损失 它是相对较小的市 场突破的原因之一 溶胶 凝胶技术的化学处理是基于水解和随后的冷凝金属或半金属醇盐 它 是在一个低的温度下操作的 它能使有机化合物掺入无机结构中而不分解 溶 胶 凝胶操作已成为一种卓越技术被应用在纺织纤维的涂层去赋予样品新的和 常见的多功能性能 如拒水 拒油 紫外线辐射防护 抗菌性能 自洁和控制 释放香料 有机硅涂层技术的应用可以在睡袋 滑翔伞 热气球和高性能的运 动服中看出 硅的柔软整理对棉纤维织物性能的影响进行了报道 并且发现 溶胶 凝胶处理能显著提高耐磨性 2 实验 实验 2 1 材料材料 棉织物 重量 141 克 平方米 BTCA 和 SHP 可从赫特园际集团获得 正硅 酸乙酯 TEOS 乙醇 EtOH Y 基硅烷 MPTS 和无水碳酸钠被国家控股 化学试剂公司供应 盐酸氨可以从中国医药集团上海化学试剂公司获得了 2 2 硅溶胶的制备硅溶胶的制备 一定量的正硅酸乙酯分别加入乙醇和不同数量的 MPTS 的混合物 然后 加入去离子水和催化剂 TEOS 乙醇和水的摩尔比为 1 6 5 该混合物与磁力 搅拌器搅拌并且保存在一个振荡水浴锅中 6 小时 确保充分的反应 2 3 防皱整理防皱整理 BTCA 100 克 升 和 SHP 50 毫克 升 加入一定量的去离子水和由搅拌产生混 合物至完全溶解 纯棉织物在室温下浸渍此混合物 浸渍 2 分钟 然后 浸渍 两次确保吸湿约 80 实验垫损伤从台湾 labortex 有限公司获得 处理后的织 物在 80 预干燥 4 分钟 并且在 160 下焙烘 3 分钟 2 4 硅溶胶整理硅溶胶整理 防皱整理后的棉织物浸渍在制备的硅溶胶 2 分钟 浸渍两次确保含湿率为 80 处理后的织物在 80 预干燥 4 分钟 并且在 160 下焙烘 3 分钟 2 5 折皱回复角的测量折皱回复角的测量 棉织物 20 相对湿度为 65 的条件下处理 24 小时 用测试机器 YG B 541D 测试 根据 ISO2313 1972 织物在可控制的时间和负荷条件下被折叠盒压缩 然后去除压痕上的负荷 测量在两侧间形成的角度 5 个样品在经向上被测量 5 个样品在纬向上被测量 计算出数值的平均偏差和纬向值 2 6 拉伸强度的测定拉伸强度的测定 根据 ISO13934 1 1999 棉织物在 20 相对湿度为 65 的条件下处理 24 小时后在 YG B 测试机器上测试 在经向方向上的拉伸强度平均要测 3 次 2 7 耐磨性能的测定耐磨性能的测定 耐磨性能的测定要根据ISO5470 样品被安装在实验器上 进行定义上的负 载 并且以平移运动的形式摩擦标准织物 在YG522的测试仪器上测试 耐磨 性能可有失重值Wloss 表示 Wloss W0 W1 S 这里Wloss是样品织物每平方米的重量损失 克 平方米 W0是实验前织物 的重量 W1是实验后织物的重量 S是样品的摩擦面积 20平方厘米 该Wloss 值与耐磨性成反比 2 8 整理方法整理方法 为了研究两次整理方法对棉织物的物理性能的影响 样品应用不同的方法处 理如表一所示 表 1 不同的加工方法 编号 处理方法 1浸渍防皱整理浴 干燥 焙烘 浸渍硅溶胶浴 干燥 焙烘 2浸渍硅溶胶浴 干燥 焙烘 浸渍防皱整理浴 干燥 焙烘 3浸渍防皱整理浴 干燥 浸渍硅溶胶浴 干燥 焙烘 4浸渍硅溶胶浴 干燥 浸渍防皱整理浴 干燥 焙烘 5浸渍防皱整理浴 浸渍硅溶胶浴 干燥 焙烘 6浸渍硅溶胶浴 浸渍防皱整理浴 干燥 焙烘 3 结果与讨论 结果与讨论 3 1 MPTS 的用量的用量 MPTS 在反应体系中可能促进 TEOS 的水解形成聚合物 使这个缩聚聚合物 的薄膜与棉纤维交联或者使棉纤维的大分子链粘合 折皱回复角 度 MPTS 的用量 摩尔 升 图 1 MPTS 的用量对织物上折皱回复角的影响 织物已经 100 浓度的溶胶溶液和溶胶的 pH 值处理 图 1 表明 折皱回复角的大小取决于 MPTS 的用量 显然 MPTS 的用量从 0 005 摩尔 升至 0 02 摩尔 升时增加最快 此性能的提高可以有 MPTS 的作用来 解释 首先 水解的 TEOS 在 MPTS 存在下迅速缩聚形成高聚物 其次 形成 的高聚物使织物和 MPTS 交联 第三 通过 MPTS 也能使棉纤维大分子链粘合 MPTS 的用量越高 聚合度越高 越多的聚合物去粘连织物且越多的大分子链 交联 聚合物与织物的交联会形成一种透明柔性物质即三维的氧化硅薄膜 织 物因受外力时弯曲 当施加的力被撤回 大分子链的内部应力会使织物有恢复 其原有形状的趋势 这种粘合可改善大分子之间的力 由于固定的膜的柔韧性 和与纤维织物的交联性 它可以改善这个力 因此提高 MPTS 的用量可以提高 形变的恢复能力 从而提高折皱回复角 可能会有另一种解释 抗外力的能力 可以通过纤维直径的抗弯刚度而提高 MPTS 可担任使水解 TEOS 相互集聚形 成的桥 MPTS 的用量越高 粘合在织物上的聚合物的量越大 纤维的直径越 厚 结果就产生较强的抗弯刚度 较强的抗外力能力和较大的折皱回复角 当 235 240 245 250 255 0 0060 0130 0240 0320 043 系列1 系列2 MPTS 的用量的进一步增加 折皱回复角的增加不明显 它有可能达到饱和值 0 02 mol L 的用量可能已足够使水解的 TEOS 聚集 在纤维上形成膜且交联纤 维的大分子链 过量的 MPTS 不会对折皱回复角产生明显的影响 拉伸强度 牛 MPTS 的用量 摩尔 升 图 2 MPTS 的用量对用 100 浓度 pH 为 8 的溶胶溶液处理的织物拉伸强度的影响 图 2 表明 拉伸强度随 MPTS 的用增加量而下降 因为存在大量的羟基 棉纤维内分子链间的作用力就如氢键般非常牢固 当外力存在时 首先可能的 破坏发生在无定形区中大分子链内部的键而不是大分子链之间的键 这意味着 棉织物断裂不是分子链的滑移 此外 在织物上形成了透明柔性三维硅氧化膜 且使纤维间粘合 增强的分子链之间的力 因此 粘合的大分子链的运动受到 限制 内部应力分布不均匀 主要集中在非结晶区的分子链上 这导致强度下 降 当外力足够强时 在非结晶区的分子链内的键断裂且织物受到损伤 MPTS 的量越多 被固定在织物上的聚合物越多 更多的纤维素分子链被粘连 结果 拉伸强度急剧下降 与仅用 BTCA 处理的样本比较 当 MPTS 用量为 0 02 摩尔 升时 用二氧化硅溶胶处理后的织物在拉伸强度上提高了 20 5 折皱回复角 度 580 600 620 640 660 0 0050 0110 020 030 04 系列1 系列2 230 240 250 260 4860728199105 系列1 系列2 溶胶的浓度 图 3 溶胶的溶度对 0 02 摩尔 升 MPTS 溶液 pH 为 8 条件下处理的织物的折皱回复角的影响 拉伸强度 牛 溶胶的浓度 图 4 溶胶的溶度对 0 02 摩尔 升 MPTS 溶液 pH 为 8 条件下处理的织物的拉伸强度的影响 3 2 硅胶的浓度硅胶的浓度 图 3 和 4 表明 溶胶浓度对棉织物的折皱回复角和拉伸强度的影响 溶胶浓 度从 50 增加至 100 时 折皱回复角从 238 8 度增加至 252 4 度且拉伸强度从 578 2 牛顿增加至 635 牛顿 这些增加是可以获得的 因为增加溶胶浓度会增加 溶胶的可用性 提高水解的 TEOS 的量 提高了聚合度 从而提高了固定在棉 织物上柔性薄膜的厚度 溶胶的浓度越高 柔性薄膜越厚 当织物因受外力而 弯曲时 经 MPTS 处理后表面上的弹性厚膜可能会使织物恢复原来的形状 薄 膜越厚 恢复形变的能力越强 折皱回复角越大 薄膜对通过水解的 TEOS 的 缩聚形成的硅 氧 硅键有一些影响 当外力产生传递 薄膜的硅 氧 硅键 可以承受部分内应力和少量的外应力 这些力被作用到棉织物的大分子链中 因此 处理后的织物能承受更大的外力 此外 在纤维表面形成的膜也能提高 棉织物的拉伸强度 并且溶胶的浓度越高 拉伸强度增加的越快 换句话说 提高溶胶浓度对提高折皱回复角和拉伸强度有益 表 2 溶胶浓度对用 0 02 摩尔 升 MPTS pH 为 8 的溶胶液处理的织物的耐磨性的影响 Wloss 失重 克 平方米 0 0001 次数 1 2 3 4 5 6 7 40 4 10 1 50 1 35 1 00 0 50 0 50 0 50 80 4 92 2 60 2 30 2 45 2 32 2 27 2 19 120 5 34 3 10 3 11 3 20 3 07 2 89 2 88 200 损伤 9 10 8 70 7 90 8 01 7 10 6 90 1 空白 防皱整理的棉织物 560 580 600 620 640 4560748094100 系列1 系列2 2 3 4 5 6 7 用溶胶处理 溶胶浓度分别为 50 60 70 80 90 100 耐磨性实验结果列于表 2 之中 与碱用 BTCA 处理的样品摩擦 127 次相比 用硅溶胶处理后的样品摩擦 200 次后并无太严重的损伤 这可能是由于在表面 形成的薄膜的硅 氧 硅键比高分子链之间或高分子链内的键要强 当相同的 外力传递给处理和未处理的棉织物 用硅溶胶处理的棉织物的损伤更轻一些 另一方面 耐磨性取决于折皱回复角和拉伸强度 从以上讨论的结果可知 通 过硅溶胶处理后 提高折皱回复角和拉伸强度都是可以实现的 因此 改善耐 磨性是可以实现的 换句话说 用溶胶处理棉织物有较好的耐磨性 耐磨性随 溶胶浓度增大而提高 当溶胶浓度为 100 时 具有最优的耐磨性质 3 3 溶胶的溶胶的 pH 值值 折皱回复角 度 pH 值 图 5 pH 值对用 0 02 摩尔 升 MPTS 和浓度为 100 溶胶溶液处理的织物的折皱回复角的影响 如图 5 当溶胶的 pH 值从 4 增至 6 或从 7 增至 10 5 时 折皱回复角都增大 了 但当 pH 值从 6 增加到 7 数值反而降低了 在溶胶液中 TEOS 的水解会 受到盐酸或氨的催化 pH 值为 7 且无催化剂的溶胶溶液的水解是不能发生的 固定在织物表面的聚合物会更少且薄膜会更薄 当织物受外力弯曲时 恢复原 来的形状的能力变得更弱 因为分子间的作用力变小且折皱回复角也变小 然 而该溶胶的 pH 值为 4 和 6 之间时 因为 H 的存在 被高温焙烘后 纤维素大 分子链间相邻的葡萄糖单体之间的糖苷键会断裂引起棉纤维的降解 这必将导 致棉织物的折皱回复角和拉伸强度降低 并且酸性溶胶越多 纤维的损伤的程 度越大 折皱回复角和拉伸强度越小 另一方面 当制备碱性溶胶 纤维溶胀 且损伤减小 分子链间的作用力受到较小的负面影响 此外 TEOS 水解产生 的氢氧根离子在碱性条件下亲核进攻硅原子 较高的 pH 值导致更多的氢氧根 离子和正硅酸乙酯水解 在处理后的棉织物上形成较厚的柔性薄膜 因此 在 碱性介质中折皱回复角的数值会随着溶胶的 pH 值的增加而增大 200 220 240 260 280 45677 88 38 999 51010 8 系列1 系列2 拉伸强度 度 pH 值 图 6 pH 值对用 0 02 摩尔 升 MPTS 和浓度为 100 溶胶溶液处理的织物的拉伸强度的影响 对于拉伸强度 如图 6 可知 在碱性介质中数值会随着溶胶液的 pH 值的增 大而降低 这可能是由于在较高的 pH 值下 TEOS 水解的速度过快导致在织 物表面的膜不均匀分布 溶胶液的 pH 值越高 水解速度越快 也导致膜的更 不均匀分布 当外力传递时 产生的内部应力会集中在较弱的区域 然后拉伸 强度也会随着 pH 值的增大而降低 折皱回复角 度 方法 图 7 处理方法对用 0 02 摩尔 升 MPTS 浓度为 100 硅溶胶 pH 为 9 处理的织物的折皱回复角的 影响 如表 1 所示 在图 7 中 首先用 BTCA 处理的样品的折皱回复角 方法 1 3 和 5 高于首先用硅溶胶处理的样品 方法 2 4 和 6 这可能是因为方 法 1 3 和 5 中 BTCA 能更好的与织物交联 而方法 2 4 和 6 中存在硅溶胶的 阻碍 BTCA 不能充分与织物接触并反应 方法 1 似乎是提高折皱回复角的 最有效的方法 BTCA 能够完全与织物交联并且二氧化硅膜也改善了织物的弹 性 相比于方法 1 在方法 3 中 浸渍 BTCA 整理液只需干燥 然后浸渍硅 560 580 600 620 640 456788 38 799 39 9 10 4 系列1 系列2 180 200 220 240 260 280 123456 系列1 溶胶液 BTCA 的用量较小 在方法 5 中 浸渍 BTCA 整理液的样品直接浸渍 硅溶胶溶液 与织物交联的 BTCA 很少 可能会减弱抗皱整理的效应 拉伸强度 度 方法 图 8 处理方法对用 0 02 摩尔 升 MPTS 浓度为 100 硅溶胶 pH 为 9 处理的织物的拉伸强度的影 响 在图 8 中 用方法 1 和 2 处理的样品比用其他方法处理的样品拉伸强度较 低 这可能归咎于两次的焙烘 当在 160 下焙烘时 纤维素的高分子链的吡 喃葡萄糖基开始脱水 纤维素大分子链缩短 羰基和羧基数目增加 这些将导 致拉伸强度下降 然而 相比于仅用 BTCA 处理的样品 用方法 1 处理的样品 拉伸强度也增加了约 18 6 因为在织物表面存在固定着的二氧化硅膜 与方 法 1 相比 方法 2 中存在 MPTS 和二氧化硅薄膜可以更好的交联和固定织物 二氧化硅薄膜在改善织物的拉伸强度有积极的影响 方法 5 和 6 处理的样品 经一次干燥和焙烘具有较好的拉伸强度 然而 可能基于 BTCA 和防皱整理