纳米溶胶涂层对织物的改善.pdf

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1、一染整 一 纳米溶胶涂层对织物的改善 B . M a h l t i g , H . B o t t c h e r医药、 生物和环境技术促进会( 德国) 摘要: 溶胶 一 凝胶技术是一种新型的通用技术， 用于在不同织物上形成一种透明且 具有良 好附着力的金属或硅氧化物薄膜。要在织物表面合成这种涂膜， 织物 首先要在二氧化硅的纳米溶胶悬浮液中浸渍， 然后经干燥过程， 将纳米溶胶转 化成为一层透明的溶胶薄膜。根据织物表面不同的性能要求， 可以时涂层进 行大幅度的化学或物理改性。 关键词: 涂层， 纳米溶胶， 织物性能 用无机氧化物涂层整理织物 是改善织物的新途径， 这种涂层有 时会与陶瓷涂层混淆

2、。制备这种 无机金属氧化物涂膜有许多种方 法， 其中最主要的一种是气相沉淀 法， 但它需要一个高技术标准的真 空装置。另一种简单的方法就是 溶胶一 凝胶技术， 这种方法可在室 温、 常压下进行。制备可以通过浸 涂、 喷涂及连续涂层技术完成， 这 些都是纺织品整理中经常使用的 技术。 1 纳米溶胶的制备 用二氧化硅或其他金属氧化 物纳米溶胶处理织物， 在其表面形 成一层覆盖层， 通过这些烷氧基化 合物的酸性或碱性水解来制备纳 米溶胶膜。水或水与其他有机溶 剂( 如乙醇) 的混合物用做水解溶 剂。纳米溶胶中金属氧化物的重 量百分比在3 %一 2 0 %之间， 纳米 微粒直径不超过1 0 n m 。

3、它们的 表面积与体积比十分大， 这么巨大 表面与体积比将促进小粒子在涂 层过程中的紧缩和缔合， 从而导致 原先的纳米粒子形成三维网状结 构。涂层之后先在织物表面形成 一层含有溶剂的液溶胶， 第二步液 溶胶干燥并韧化， 使溶剂从涂膜中 挥发掉， 最后制得不含溶剂的干凝 胶膜。这是一种多孔氧化物结构 ( 图1 ) 。在5 0 0 以上处理这种干 凝胶就可得类陶涂层。因为织物 的热分解温度都较低， 所以溶胶- 凝胶技术不适用于类陶涂层织物 的制备。 然而， 形成干凝胶膜对生产功 能化织物很有意义。由于纳米溶 胶易于进行化学或物理的改性， 所 以使用不同的纳米溶胶可以大幅 度的改变织物的性能。通常溶胶

4、 一 凝胶中的改性过程分为化学方 法和物理方法( 图1 ) 。化学改性 是通过加入添加剂， 在制备溶胶过 Di s t o r t e d P a t t e rns - No Mo r e P r o b l e ms R . D a u l ， P . F e s t ; Ma h l o G m b H+C o . K G ， S a a l / D o n a u A b s t r a c t : A P C S P a t t e rn C o n t r o l s y s t e m p r o v i d e s a n a u t o m a t i c ， c o n t

5、 i n u o u s o n - l i n e m e a n s o f d e t e c t i n g b o w e d a n d s k e w e d p a t t e rn s a s w e l l a s m o n i t o r i n g d e s i g n r e p e a t . T h e f o l l o w i n g a r t i c l e p r e s e n t s t h e d e v e l o p m e n t o f a p a t - t e rn c o n t r o l s y s t e m . K e y

6、 w o r d s : P C S p a t t e rn c o n t r o l s y s t e m， o n - l i n e t e s t 国际纺织导报2 0 0 2年第2 期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 羹 霎 黝 鬓 黔 撇 黝 篡 黝 黝 熬 熬 黝 黝 黔染整 一 程中使添加剂以共价键的形式键 合在金属氧化物粒子上。通过不 同类型金属烷氧基化合物之间的 反应来完成化学改性， 如4 一 乙氧基 硅氧烷仁 S i (

7、O C , H 5 ) ; ( T E D S ) 与 金属烷氧基化合物 M e ( O R ) , 之 间的反应。用这种方法， 金属氧化 物以不同的比例在织物上混合， 制 得多种涂层。同样原理， 可获得二 氧化硅、 氧化铝、 氧化钦, 氧化锌及 氧化错的混合金属氧化物涂层。 另一种化学改性是通过含一个R 侧基的 3 - 烷氧基硅氧烷 R - S i ( O R ) , 的共水解、 共凝聚完成的。 通过连接不同的R 侧基， 可大幅度 的调节纳米溶胶膜的性能。如R 分别为烷基或全氟烷基时， 可获得 疏水或疏油性能的膜。而且也可 将更大、 更复杂的有机化合物如染 料或生物活性物质作为R 侧基， 以

8、 共价键的形式直接键合在3 一 烷氧 基硅氧烷上， 进行化学改性。 物理改性也是加入添加剂， 把 添加剂均匀地混入并固定在金属 氧化物母体中， 而不靠任何共价键 的形成( 图1 ) ， 这些添加剂通常是 大分子， 如聚合物、 染料、 生物活性 物质或生物分子。加入的添加剂 不同， 使得制备的纳米溶胶膜具有 许多新的性能。 纳米溶胶层 ( R O ) 4 S 反应物 塑 ( S i o , ) 。 纳米溶胶些 ( S i o , ) k . 液溶胶丝 多 孔 的 干 凝 胶 层 丰 加热温度5 0 0 C ( 高密度玻璃体和晶体金属氧化物层; 类陶材料) 硅氧烷的化学改性 一( S i -O -

9、M e -O -S 0 0 ( M e ; 铝 物理改性 i -0 ) 。 一 ( S i- O - S i- O - S i- 0 )I I I 0 R 0 、 钦、 错等)( R : 烷基、 芳基、 全氟烷染料、 生物分子等) . 硅 氧 化 物 微 粒 . 添加剂 “ *000*一 40 “woo “ “; “ “ 4p“d “0“ “i.“ Z“ N . gap0 10 040so p ir0 0 Ono 8 0 Not0 0 %:.%o0 - 000 0 OOwO%00, No 0.3%0 0 000*0 0 0. Oo1100,一 溶胶液溶胶干 凝胶 图1 溶胶 一 凝胶涂层概图;

10、 硅氧烷纳米溶胶的化学和物理改性 的关键。织物经涂层整理改性后 一些主要的性能列于表1 中。 3 增加表面性能 纳米溶胶膜可增加织物的抗 可增加纤维的疏水疏油性( 表2 ) 0 总之， 纳米溶胶涂层的化学和物理 改性可使织物接触角及表面能大 幅度改变。但是， 这种纳米溶胶涂 层的耐水洗牢度还有待于优化， 耐 静电性， 如将 阳离子或阴 离子改性的 二氧 化硅 纳 米溶胶涂 覆 于 P V C材料 上， 聚合物材 料的表面电 阴从 1 0 3 S Z 降 至 1 0 7 n, 用含有全氟 烷基的二氧 化硅纳米溶 胶涂覆纤维， 表1 二氧化硅纳米溶胶涂层赋予织物的不同性能 燃靓耀 2 赋予织物功能

11、性的纳 米溶胶膜 溶胶一 凝胶技术是一种合成 具有广泛物质属性纳米溶胶膜的 方法。通过溶胶一 凝胶技术制备 涂层织物是一种赋予织物功能性 的工具， 实际价值越来越高。总 之， 附着力好坏是纳米溶胶膜应用9FtsTq#n#A LmlWZMMf lKmlfWl* M 国际纺织导报2 0 0 2年第2期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 黝 麟 撇 黝 珊 缴 鬓 撇 缨 珊 珊 撇 黝 蒸 黝 撇染整 一 表2 棉及聚醋表面疏水、 疏油纳米溶胶涂层的性能

12、; A A T C C拒油测试 1 1 8 聚酩 SiSi:一一A1,03 A N , j 1% Z ,rt -W bi rnA l, 0 , $ V ,9 3% r g n, 宁夯8 7弃8 若U43口像口 势撇毋姗 BC : Sio , A VSio a 8 N 一o l % t C ,- q R-2% t rn j r , 0 0 一 e 04 s ， 一棉 哥-一 兰 N一/ - 关叨一龙二 尧 一 一n 蔚 . 刀. ) 。聚酷纤维 。 0一 一 铡 塾 鳍 干维 0 2 0 4 0 0 0日 0 1 0 0 一 梦 一 U翔 b 一了 聚醋纤维 多.。 一户 少履 赢 公 维 +

13、F一南 /州 卫 J- 一 仁、了 2 /- 一 9 :一P l i 一 D2 040 e o “ oe x o 环氧硅烷( %) 一/ 一 梦 _ _门 护 耘 ， 赢 维 馨肾妙 叮- 一 铡 塾 蜡 干维 夕 一 。 / /:骂维 飞 / 厂 _ : 鹦维 才 亡 棉 4 光学性能的改变 ( 上图) 随着环氧硅烷的加人纳米溶胶涂 层中 孔雀绿的水洗牢度是增加的: 2 h 后， 分别在4 0 0 C ( 实心) 和 6 0 9 0 ( 空心) 下 1 % a S D S 水溶液中测定 ( 下图) 纳米溶胶涂层中孔雀绿的光牢度 与加人环氧硅烷量的关系图: 2 0 h 氛灯式 耐晒牢度试验测得

14、( 实心) , 1 2 0 h 氛灯式 耐晒牢度试验测得( 空心) 图2 孔雀绿加入二氧化硅母体后在 不同织物上的耐水洗牢度和光 牢度， 水浸率和漂白率由漫反 射 U V / V I S分光光度计测定， 在硅氧烷母体中 加入不同量环 氧硅烷对水浸率和漂白率的影 响 水洗牢度不够主要是由于为增加 涂层疏水性导致溶胶 一 凝胶层对 织物附着力下降。 对紫外光区光性能的改变可 以提高织物颜色及织物本身的耐 光牢度， 通过使用含有二氧化钦紫 外光吸收剂的化学改性二氧化硅 涂层就可获得此种光学性能。添 加小分子或聚合物紫外光吸收剂 的物理改性纳米溶胶涂层， 也是一 种提高纤维紫外线稳定性十分方 便的技术

15、。 将染料、 涂料加入硅氧烷中制 得纳米溶胶涂层， 可在可见光区改 变织物的光学性能。其简单制法 为， 将水溶性染料或涂料加入到水 溶性纳米溶胶中进行染色。在这 种情况下， 较便宜的水性染料固定 在硅氧烷母体中， 可用于织物染 色。对这种用带色纳米溶胶染色 的织物， 可以用两种评价耐水浸性 的方法。一种是染料从硅氧烷母 体中渗出性， 另一种是评价因硅氧 烷与织物间较低的附着力而导致 的整个涂层从织物纤维上剥离性。 在这种情况下， 水洗液中硅的浓度 和渗出染料的浓度同时增加。 改善纳米溶胶层与织物之间 的附着力可以提高织物的水渗牢 度， 将涂层织物在1 2 0 进行强烈 干燥和热处理可以增加涂层

16、与织 物之间的附着力， 这样的温度与工 业染色过程的温度相当。另一种 制备高附着性溶胶 一 凝胶膜的方 法是添加能形成网状组织的硅烷 化合物， 如环氧硅烷化合物。其他 的添加剂如铝化合物、 阳离子或阴 离子聚合物也常使用。这种带电 聚合物通过静电相互作用可固 定带相反电荷的染料。 一种最简 . 二 氧 化 硅 微 粒 A q-t mttt rAm ,j,* :fi4m， ，. ，: : 二 “ “ tow* -A* 0 戛 AWK T h e s o l - g e l t e c h n i q u e i s a new v e r s a t i l e t o o l t o c r

17、e a t e t r a n s p a r e n t a n d w e l l a d h e s i v e m e t a l o r s i l i c o n o x i d e fi l ms o n t ovar i ous t e x t i l e s . T o s y n t h e s i z e s u c h c o a t i n g s o n t e x t i l e s ， s i l i c ac o n t a i nin gn a n o s o ls u s p e n s i o n s w e r e u s e d t oi mp r

18、e g n a t et h e t e x t i l e m a t e r i a l s . A f t e r i m p r e g n a t i o n a d ry i n g p r o c e s s f o l l o w s t o c o n v e r t t h e a p p l i e d n a n o s o l i n t o a t h i n a n d t r a n s p a r e n t g e l f i l m . T h e c h e m i c a l a n d p h y s i c a l m o d i f i c a

19、t i o n o f s u c h c o a t i n g a l l o w s a w i d e r a n g e i n v a r i a t i o n o f s u r f a c ep r o p e r t i e so f t e x t i l e s . K e y w o r d s : c o a t i n g ， n a n o s o l ， f a b r i c p e r f o r m a n c e 国际纺织导报2 0 0 2年第2期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark