微波原位整理法制备Al2O3超疏水棉织物的研究

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微波技术在纺织品的整理中迅速发展起来,并成为人们研究的热门之一。其主要优点在于使反应体系快速升温,加快反应速率、缩短反应时间、提高反应选择性等,因而广泛地应用于材料加工与合成等诸多方面。本课题通过改变整理剂的制备方法和整理剂的处理方式,得到了与传统的铝皂法不同的超疏水效果。通过微波加热方法,以普通廉价的工业产品偏铝酸钠和硝酸铝代替成本高且易燃的有机醇铝,以纯水为溶剂取代了常规的以乙醇为溶剂来制备纳米氧化铝溶胶,并利用原位生成法在织物上形成纳米氧化铝涂层,采用便宜易得的硬脂酸为拒水剂对织物进行疏水整理,利用氧化铝溶胶在织物上形成的粗糙表面和之后引入的硬脂酸拒水剂二者之间的协同作用,从而赋予织物超疏水性能。以无机铝盐NaA102和Al(NO3)3·9H2O为铝源,通过调节两种铝源的摩尔比例,或者是用硝酸作为胶溶剂调节pH值在3.5-4.5之间,在微波加热下制备稳定的纳米氧化铝溶胶。测试氧化铝溶胶的粒径及其粒径分布,探讨溶胶中铝含量对粒径大小的影响。实验结果表明,不加硝酸时制备出的纳米氧化铝溶胶粒径比较大,且分布无规律。n(NaA102):n(Al(N03)3)=3:1,(?)硝酸时制备出的纳米氧化铝溶胶粒子分布均匀且有规律,主要在40nm-75nm范围内分布,但溶胶中铝含量对溶胶粒径大小影响不大。利用原位法制备纳米氧化铝并整理棉织物,采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测定氧化铝溶胶整理后织物上的铝含量,结果表明,棉织物上铝含量随溶胶中铝含量增加而增加,但不呈线性关系。论文采用微波法对棉织物进行拒水整理,即先将混合铝溶液和棉织物在微波方式下处理,利用原位方法在棉织物上生成纳米氧化铝涂层,得到的纳米氧化铝预处理棉织物同样在微波下进行拒水整理(硬脂酸醇溶液),得到疏水性棉织物。通过测定织物静态接触角、淋水等级及静水压等,研究了氧化铝溶胶中铝含量、拒水剂种类、拒水剂浓度、微波反应温度和时间等因素对织物拒水性能的影响,探讨微波法纳米氧化铝拒水整理的最佳配方及工艺。实验结果表明,当两种铝源以摩尔比为3:1(n(NaAlO2):n(Al(NO3)3)相混合时(添加HNO3胶溶剂),纳米氧化铝预处理棉织物无需硬脂酸拒水整理就具有良好的拒水性,接触角最高为138.31°;硬脂酸拒水整理后,接触角最高达到145.61°。接触角随着溶胶中铝含量以及硬脂酸浓度的增大而增大,但硬脂酸浓度过高时,接触角有一定程度的降低。织物的静水压和淋水等级也均随着溶胶中铝含量及硬脂酸浓度的增大而增大,但硬脂酸浓度过高,淋水等级有一定程度的降低。随着微波反应温度升高和反应时间延长,织物的拒水性能也相应提高但总体变化不大。综合考虑,得到棉织物氧化铝微波法拒水整理的最佳工艺条件是:溶胶中铝含量为0.50%,硬脂酸浓度为15mmol/L,微波反应温度为85℃,微波反应时间为60min。为了研究拒水整理前后织物表面形态变化,采用FESEM分析经纳米氧化铝溶胶整理后织物的表面形态变化,结果表明,经过纳米氧化铝处理后,织物表面变得不再光滑,沟壑变得不再明显,纳米氧化铝在织物上有部分呈颗粒状态,有部分呈薄片状态。利用FTIR和XRD谱图表征、分析微波法制备出的氧化铝溶胶的形态,结果表明,纳米氧化铝在织物上以无定形状态存在。测试了样品的断裂拉伸性能和撕破性能以及其抗静电性能,实验结果表明,微波法处理后,棉织物的物理机械性能保持良好,不影响服用要求,微波处理方式对织物基本没有损伤。本课题采用微波法制备氧化铝溶胶和处理织物,制备过程简单、快速,可以赋予织物优异的疏水性能,而且硬脂酸在环境中易分解,对人体和环境无污害。本课题对纺织品的多功能整理以及工业化生产有着非常重要的意义,也将能扩大微波技术在纺织品上的应用。
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