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TiO2等无机纳米粒子具有优良的紫外屏蔽、抗菌除臭、净化空气、促进人体血液循环等功能,因而可广泛应用于纺织品的功能性整理。但这些纳米粒子在织物表面易团聚、难分散,与织物基体结合牢度差,这些问题的存在严重影响了纳米粒子功能和效应的充分发挥。本研究以TiO2粒子水分散液为无机粒子原料,通过原位乳液聚合制备得到了接枝率可控的聚丙烯酸酯PBA/TiO2复合乳胶,再以这种接枝复合乳胶为功能整理剂,应用于棉织物的功能性整理,通过考察整理织物的紫外屏蔽等性能,研究了TiO2粒子表面接枝改性对TiO2粒子在棉织物表面分散程度、TiO2粒子与织物表面结合牢度以及整理织物紫外屏蔽效果的影响,最终开发出了一种具有优良分散性和耐洗性的水性接枝复合PBA/TiO2紫外屏蔽整理剂。
课题首先通过筛选得到了一种紫外屏蔽性能较强、分散稳定性较好的金红石型TiO2水分散液,通过SEM和DLS分析发现大部分TiO2粒子在水分散液中呈软团聚状态。进一步通过TiO2粒子表面Zeta电位表征发现TiO2的等电势点为4.5。因而可通过调节体系pH值使TiO2粒子表面带负电,进而可通过静电作用吸附阳离子型引发剂2,2’-偶氮(2-脒基丙烷)二氯化氢(AIBA),从而实现对TiO2粒子的表面活化。研究TiO2分散液对AIBA的吸附规律发现:AIBA的吸附会降低TiO2粒子的分散稳定性,因而体系中AIBA的吸附存在一个饱和吸附上限;在达到饱和吸附上限之前,体系中的AIBA吸附效率均在95%以上:AIBA的饱和吸附上限值受体系pH值影响明显,当体系pH值为11时,饱和吸附上限最大,其值为0.084.mmol/g。进一步通过DSC研究吸附引发剂的热分解活性发现:吸附引发剂具有比非吸附引发剂更好的引发活性。高的吸附效率和高的引发活性,有利于减少原位聚合中的均聚产物,提高聚合产物中的接枝比重。
被活化的TiO2,可原位引发BA单体在其表面的聚合,因而可通过原位乳液聚合制备PBA/TiO2复合乳胶。通过考察聚合反应动力学、复合乳胶粒径分布及聚合产物稳定性,优化了PBA/TiO2复合乳胶的制备工艺;结合抽提实验、热重分析和红外分析等多种表征手段,证明PBA/TiO2复合乳胶中的TiO2粒子表面接枝了一定量的PBA聚合物;通过调节单体、AIBA的加料方式和时间等工艺,实现了接枝率在0~45%范围内的可调控;对TiO2粒子和PBA/TiO2复合乳胶的粒径分析进一步证明:接枝聚合物的存在,有助于实现TiO2粒子的解软团聚,因而可明显提高TiO2在体系中的分散性和分散稳定性。
最后,将制备的PBA/TiO2接枝复合乳胶应用于棉织物的抗紫外功能整理。对整理棉织物的性能进行了考察,并与通过传统粘合剂固着法得到整理织物的性能进行了比较。发现:在相同条件下,经PBA/TiO2接枝复合乳胶整理的棉织物表面TiO2粒子附着量最高、分布最均匀,相应的整理棉织物抗紫外性能最佳、耐洗牢度最强(水洗50次后,UPF值依然保持在最佳等级),透气性有一定程度下降,白度和硬挺度略有下降,但对感官视觉效果和手感无明显影响。并且高分散性TiO2粒子的存在有助于抑制紫外线对棉织物的损伤。
可见,经表面接枝改性,可在不明显影响棉织物本身优良性能的同时,有效提高TiO2粒子在织物表面的分散性和结合牢度。因而,本课题所开发的PBA/TiO2接枝复合整理剂在棉织物功能性整理中具有较好的工业应用价值,原位接枝和功能整理等方面的研究成果在有机/无机功能整理剂制备和应用等领域具有一定的理论指导意义。