纳米TiO_2的溶胶—凝胶法制备及其表征

以钛酸正丁酯(TNB)-去离子水-盐酸-乙酰丙酮(Acac)的乙醇溶液为反应体系,采用溶胶—凝胶法制备纳米TiO2溶胶颗粒。通过DLS、XRD和HRTEM等表征手段对TiO2颗粒的生成过程、其粒径和晶型的调控等方面进行研究。发现低温环境下TiO2的生成主要经历水解反应形成螯合物、缩合反应生成TiO2溶胶、TiO2溶胶颗粒融合这三个阶段。并且通过调节反应温度和催化剂浓度,可在无需高温锻烧的情况下,制得具有典型锐钛矿晶型的高分散性TiO2溶胶颗粒。

有机颜料微胶囊形态对棉织物涂料印花效果的影响

分别将细乳液和微悬浮聚合制得的有机颜料微胶囊应用于棉织物的涂料印花,通过显微观察和服用性能测试研究微胶囊形态对印制棉织物表面形貌和印花效果的影响,探讨微胶囊印花的成膜机制。发现采用准纳米级的细乳液聚合制备微胶囊具有较好的铺展流动性和自黏性,因而通过焙烘成膜可将其中的有机颜料颗粒高效稳定均匀牢固地包埋在纱线上表层单纤维表面的连续薄膜层内,相应的印花织物表现出较好的色牢度、色深性和手感。微悬浮聚合制备微胶囊会因其大的尺寸和高的颜料颗粒数,而使其中的颜料颗粒只能以大规模聚集体的形式堆积于纱线表面的局部区域。由此认为微胶囊的形态结构及其在焙烘成膜过程中颜料颗粒的迁移扩散能力对于织物的印花效果具有重大的影响。

微悬浮法制备有机颜料微胶囊中的粒径调控

为调控有机颜料微胶囊的粒径及其分布,在分析微悬浮聚合过程粒径变化的基础上,系统研究了微悬浮聚合工艺(均质化剪切速率、搅拌速率)和配方(有机颜料、分散剂含量)对颜料微胶囊粒径的影响。发现当搅拌速率为250r.min-1时,单体液滴的融合和乳胶粒的粘并现象均较少,聚合体系可较稳定地保持均质化单体液滴的尺寸。分散剂磷酸三钙TCP用量对体系稳定性影响明显,但其粒径调控能力有限。均质化强度对微胶囊粒径影响明显,具有较好的调控能力,而颜料含量对微胶囊粒径的影响较少。因而通过聚合工艺和配方的综合调节,可制得一系列颜料含量高、粒径分布窄、粒径可调范围较大的'石榴状'有机颜料微胶囊。

TiO_2晶型对整理棉织物性能的影响

将金红石型和锐钛矿型2种不同TiO2的水分散液及其相应的聚丙烯酸丁酯复合胶乳应用于棉织物的功能整理,通过考察紫外线照射下整理织物的老化、杀菌和紫外屏蔽性能,研究整理织物表面不同晶型TiO2对紫外线的响应机制及其对整理织物性能的影响。实验结果表明,2种晶型TiO2均具有较强的紫外屏蔽作用,金红石型TiO2还表现出较强的抗老化作用和较弱的杀菌作用,而锐钛矿型TiO2在提供强杀菌作用的同时反而会显著加速整理棉织物的老化脆损。认为金红石型TiO2对紫外线主要表现为吸收和漫反射作用,锐钛矿型TiO2具有强烈的光催化效应,这种效应产生的大量强氧化性自由基会在杀菌的同时加速纤维分子链的断裂,因此,在进行功能整理时应根据需要选取合适晶型的TiO2,并采取适当措施以抑制其中的不利效应。

溶胶-凝胶法制备的钛溶胶形态及其光催化性能

采用高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射分析(XRD)、粒度分析(DLS)等表征手段对溶胶-凝胶法所制钛溶胶和典型商品粉体TiO2的粒径、晶型和分散状态进行比较和分析,采用紫外-可见分光光度计测试上述TiO2对紫外-可见光的吸收特性,以及对酸性品红6B染料的光催化降解作用。结果表明:溶胶-凝胶法所制钛溶胶颗粒具有典型的锐钛晶型,相对于粉体TiO2,其在水分散液中的表观粒径更小,分散程度更高,分散稳定性更好,因而对紫外-可见光具有较高的选择性吸引特性(紫外屏蔽/可见光透过),对染料分子具有更强的光催化降解作用。

静电纺PMMA/SiO_2复合纤维结构形态的优化

将接枝交联结构不同的二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯(SiO2/PMMA)复合材料与PMMA树脂混合后,溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中制成高分子溶液,再通过静电纺丝技术制备相应的复合纤维。通过3D-POM、SEM、TEM等技术考察了电纺工艺和配方对复合纤维结构形态的影响。研究结果表明,SiO2接枝率为484.4%的简单接枝SiO2/PMMA/DMF高分子溶液具有较好的可纺性,在优化条件下制得的亚微米级PMMA/SiO2复合纤维形貌规整,表面平滑,直径和SiO2含量在较大范围内可调,SiO2在纤维内分散均匀稳定、且这种高分散性不受纤维直径和SiO2含量的影响。

高分散性SiO_2/PMMA复合材料的制备与表征——SiO_2在纤维内的分散

将复杂接枝(接枝率为1540.3%)、简单接枝(接枝率为484.4%)和未接枝3种具有不同接枝交联结构的SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料作为无机预分散母料,通过与PMMA树脂的溶液共混,制得一系列PMMA/SiO2/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)高分子溶液,再将其应用于静电纺丝制备相应的电纺复合纤维.发现,只有简单接枝复合材料所制共混高分子溶液具有较好的可纺性,且通过纺丝工艺和配方的改变,即可较方便地调控电纺纤维的尺寸和SiO2含量.进一步通过粒度分析(DLS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)考察SiO2在高分子溶液和电纺复合纤维内的分散状态;通过超声水洗、氢氟酸刻蚀并结合马弗炉锻烧实验,定量评估SiO2在电纺复合纤维体系各部分中的分布情况.结果表明,通过上述简单过程,即可较方便地实现绝大部分简单接枝SiO2在PMMA/DMF高分子溶液和PMMA电纺纤维内初级粒子形式的高度均匀稳定分散.

高分散性SiO_2/PMMA复合材料的制备与表征--稀释分散性

以高无机含量SiO2/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)接枝复合材料为预分散母料,与PMMA树脂进行熔融共混,制得低无机含量的SiO2/PMMA复合材料.通过切片透射电镜(TEM)观察熔融共混过程中预分散母料内堆积SiO2粒子分散状态的演化.发现预分散母料接枝状态对其影响最为显著,不经接枝修饰的SiO2粒子经熔融共混后,不可避免地会在熔体中产生大量亚微米级的立体团聚体;复杂接枝预分散母料内构成以SiO2粒子为交联点的立体交联结构,其中的堆积SiO2粒子不能在剪切场中得到有效解离和释放;只有在使用简单接枝预分散母料时,基体高分子链才能不断地渗透扩散进入预分散母料内,而预分散母料可被不断地溶胀和撕裂,因而其中的堆积SiO2才可不断地向基体相迁移和扩散,并最终在整个复合材料内实现初级粒子形式的高度均匀稳定分散.

聚硅氧烷/钛溶胶光催化复合膜的制备与表征

在锐钛型钛溶胶颗粒或粉体TiO2存在下,进行端乙烯基硅油与含氢硅油的原位硅氢加成反应,制得聚硅氧烷/TiO2复合膜,实现TiO2在立体交联膜中的分散及与聚硅氧烷基体的有效复合.通过红外分析、电镜观察、拉伸实验和紫外-可见光透过测试,对聚硅氧烷的组成和交联结构、复合膜的形态结构及其拉伸和光学性能进行表征和分析.发现原料硅油的扩链处理和SiO2的补强作用有助于提高反应的过程稳定性及复合膜的拉伸性能.亲水性的粉体TiO2在成膜过程中易发生进一步的大规模团聚,这在膜表面构筑微纳结构的同时会劣化膜材的力学、光学性能.溶胶-凝胶法自制钛溶胶颗粒表面残留有部分未脱除的有机基团,这使其具有一定的亲油性和较好的有机相容性,因而钛溶胶颗粒可在有机介质和聚硅氧烷膜中达到初级粒子形式的均匀稳定分散.上述形态结构,可使相应复合膜具有更佳的拉伸性能和紫外屏蔽/可见光透过性能,并有望在保持复合膜高耐老化性的同时具有高效的光催化性能.