有机硅树脂基TiB2-TiC耐磨涂层织物的制备

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磨损是指织物在使用过程中经常受到其他物体的反复摩擦而逐渐被损坏的现象。目前,人们利用溶胶-凝胶法、化学气相沉积法和溶液浸渍法等表面改性方法,已经成功研制出了许多具有优异耐磨性能的织物。虽然这些改性方法能够提高织物的耐磨性,但仍然存在以下缺点,如:改性方法操作复杂,实验过程太过繁琐,操作条件要求高,粘附力差等。此外,这些改性方法会损伤织物本身其他固有的优良性能,如:吸湿透湿性能、透气性能和柔软度等,不符合大规模工业化生产的要求。相对而言,有机硅树脂性能优异,以乙醇为溶剂更为环保,辊涂、浸渍、喷涂和压延等方法等都可以涂覆涂层,操作便捷。本文主要针对现有耐磨织物制备方法存在的不足,采用涂布的方法将涂料涂覆于织物表面制备了一种耐磨性能优异、疏水性能良好、热稳定性能优异和物理机械性能良好的耐磨织物,本文的主要内容包括以下四个部分:首先,由于硼化钛微粒本身比重较大,粒径大,表面极性高,在重力作用下容易吸附团聚与碰撞,形成大的粒子团,从而在其本身重力作用发生沉降,在一般的溶液中分散稳定性差,应用难度大。因此,提高耐磨增强体硼化钛微粒在有机硅树脂中分散稳定性是首先要解决的问题。本论文采用硅烷偶联剂kh550、kh570和阳离子化试剂聚二烯二甲基氯化铵(PDADMAC)对硼化钛微粒表面进行改性,以减小其表面张力,提高其分散性能。随后采用油酸、乙醇增稠粉和改性聚酰胺防沉剂B-130等分散助剂来解决硼化钛微粒在有机硅树脂中的分散问题。结果表明:经过硅烷偶联剂kh550和kh570改性之后的硼化钛在有机硅树脂中的分散稳定性得以提高,当kh550的含量为硼化钛微粒的3wt%时,涂层分散稳定性最好,在第9天稍有沉降;3wt%和5wt%的硅烷偶联剂kh570改性的硼化钛微粒在第9天基本保持稳定,基本没有沉降体积的变化。阳离子化试剂聚二烯二甲基氯化铵(PDADMAC)改性硼化钛微粒在有机硅树脂中的分散稳定性很差,第7天硼化钛微粒已经完全沉降。适量的油酸、乙醇增稠粉和改性聚酰胺防沉剂B-130对提高硼化钛在有机硅树脂中的分散稳定性具有一定的作用,但是过量的油酸会降低涂层的粘度,导致分散稳定性降低;过量的乙醇增稠粉和改性聚酰胺防沉剂B-130会增加涂层粘度,极大地提高分散稳定性,但是由于其粘度过大,并不便于使用。因此,当油酸用量为10wt%,乙醇增稠剂用量为0.25wt%,改性聚酰胺防沉剂B-130用量为0.25wt%时,可以有效地提高硼化钛微粒在有机硅树脂中的分散稳定性。其次,采用浸渍法将涂层应用于棉织物、涤纶织物和丙纶无纺布中,通过织物耐磨仪研究涂层织物磨损率和耐磨次数的变化,与此同时观察织物本身的物理机械性能、疏水性能和热稳定性能是否随之发生变化,从而选择适合应用的织物。结果表明:丙纶无纺布由于自身的惰性,与有机硅树脂涂层的结合能力差,因此硼化钛微粒在有机硅树脂中分散的涂层不适用于丙纶无纺布。在棉织物和涤纶织物的应用中发现:随着有机硅树脂含量的增加,涂层整理织物的耐磨性能越好,拉伸断裂强力先增加后减少,涂层整理织物的厚度先减小后增加。在有机硅树脂含量为25wt%和50wt%时,涤纶织物的耐磨次数远远高于棉织物;在有机硅树脂含量为75wt%和100wt%时,棉织物的耐磨次数提高程度大于涤纶织物。当有机硅树脂含量为75wt%时,涂层整理棉织物疏水性能最优,其接触角可达到143.4°,经过500次摩擦之后接触角为133.2°,依然可以达到疏水效果。100wt%有机硅树脂涂层整理涤纶织物接触角可达到152.1°,疏水性能最优。经过1000次摩擦之后,25wt%、50wt%和100wt%的有机硅树脂含量的涂层整理涤纶织物疏水性能大幅下降,而有机硅树脂含量为75wt%时疏水性能则下降最少。最后,根据之前的实验结果可以发现有机硅树脂涂层适用于棉织物和涤纶织物。因此采用正交实验法选择最优方案,研究不同涂覆量对涂层整理棉织物和涤纶织物性能的影响。通过大量的实验数据分析可以得到涂层整理棉织物的最优配比方案为:当有机硅树脂与无水乙醇比例为75:25,含量为93wt%,超分散剂含量为1.5wt%,乙醇增稠剂含量为1.5wt%,TiB2和TiC的质量比为1:2,含量为4wt%时,制备的涂层整理棉织物耐磨性能最好。涂层整理涤纶织物的最优配比方案为:有机硅树脂与无水乙醇比例为75:25,含量为93wt%,超分散剂1.5wt%,乙醇增稠剂含量为1.5wt%,TiB2和TiC的质量比为2:1,含量为4wt%时,制备的涂层整理涤纶织物耐磨性能最优。不同的涂覆量对涂层整理织物性能有很大影响。随着涂覆量的增加,涂层整理织物的拉伸断裂强力和顶破强力先增加后减少,撕裂强力逐渐减小,耐磨次数增加,磨损率减少,热稳定性能和涂层的附着力提高,织物厚度基本没有变化。对涂层整理棉织物来说,当涂层涂覆量为30 g/m2时,经过1500次摩擦,涂层整理棉织物磨损率只有1.5%,耐磨次数可达到2000次左右,接触角依然在100°以上,仍具有一定的疏水性。对涂层整理涤纶织物来说,在涂层涂覆量为15 g/m2时,磨损率只有1.9%,耐磨次数可达到4000次左右,经过3000次摩擦之后,涂层整理涤纶织物的接触角在100°左右,其疏水性能下降不明显。
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