纳米TIO2粒子分散效果的评价.pdf

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1、纺 织 染 整 纳米 TiO2粒子分散效果的评价 董 震 杨建忠 谭艳君 西安工程科技学院 （中国） 摘 要： 简述了分散液分散效果的评价方法。探讨了马尔文激光粒度仪测量纳米 TiO2 分散液粒子粒径分布的规律。初步分析了影响粒径分布的因素。 关键词： 分散， 粒径分布， 纳米 表 1 实验仪器一览表 仪 器型 号厂 家 分析电子天平BP 221S德国赛多利斯公司 高剪切混合乳化机BME 100LX上海威宇机电制造有限公司 马尔文激光粒度仪Mastersizer-S v2. 15Malvern 仪器有限公司 1 引言 纳米 TiO2粒子为 n 型半导 体， 当能量大于或等于其禁带宽度 的光子照

2、射 TiO2表面时， 会在其 表面产生电子 - 空穴对。空穴是 强氧化剂， 可以将吸附在 TiO2表 面的羟基 （OH - ） 和水 （H2O） 氧化 为羟基自由基 （ OH） 。羟基自由 基是一种强氧化性物质， 能光催化 氧化绝大多数有机物。这就是纳 米 TiO2光催化反应的机理。 将纳米 TiO2粒子负载到纺织 品上， 成为实现纺织品功能化的又 一途径。这一技术已被用于空气 清洁、 废水治理、 抗菌灭菌等诸多 领域。纳米 TiO2与纺织品的结合 目前主要通过两种方式： - 溶胶凝胶法 1， 通过前驱体 直接在纺织品表面制得纳米 TiO2 粒子； - 将纳米 TiO2粒子制成分散 液整理到纺

3、织品上。 本文讲述的是后一方式， 其关 键在于分散液的制备。 纳米粒子 在水相溶解的过程是极其复杂的。 溶解过程中的团聚也是必然的， 在 多大程度上保持溶液中纳米粒子 的尺寸效应是发挥粒子光催化特 性的关键。 目前， 对纳米粒子分散效果的 评价没有统一的标准， 主要通过沉 淀法、 粒度测量法和电镜法等来评 价分散液的分散效果。 2 实验部分 2. 1 材料和仪器 2. 1. 1 原料和试剂 纳米 TiO2（进口） ； 十二烷基 苯磺酸 （工业品） ； OP10 （CP） ； 有 机硅消泡剂 （广州旭美） 。 2. 1. 2 实验仪器 实验仪器列于表 1。 2. 2 分散性实验 2. 2. 1

4、分散过程 称取一定量纳米粉体加入到 定量 分 散 剂 溶 液 中， 高 速 剪 切 20 min后加入一定量乳化剂， 再高 速剪切 20 min 左右。在此过程 中， 视泡沫多少可加入适量消泡 剂。分散结束后静止 1 h 左右作 粒径检测用。 2. 2. 2 粒径测量方法 2. 2. 2. 1 沉淀法 沉淀法是将分散液以某一浓 度稀释后， 装入试管中， 通过重力 沉淀的方法， 根据分层大小和沉淀 量来观察分散液的稳定性能。它 是基于这样一种原理： 液滴大小不 同， 对入射光的反射也不同， 分散 液也就呈现不同颜色。按液滴尺 寸， 分散液可分为乳液 （乳胶束液 滴 0. 1 m） 、 微乳液 （

5、粒径为 0. 01 0. 1 m） 、 胶束溶液 （粒径 0. 01 m） 。这 种 方 法 比 较 直 接， 所需设备少。缺点在于所需观 察时间较长， 通常为 1 7 d， 浓度 相近、 分散水平相当时不易准确评 估分散效果的好坏。本文在此不 做详细评述。 2. 2. 2. 2 电镜观察法 05 国际纺织导报 2005 年第 11 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 图 1 马尔文激光粒度仪系统组成 表 2 不同浓度下粒子粒径数量分布参数

6、（m） 浓 度0.125%0.5%1%2%3%4% D （v， 0.1） 0.06 0.100.08 0.140.08 0.160.09 0.140.08 0.140.12 0.17 通过电镜观察出取样样品内 一定数量粒子的粒径， 并可得出平 均值。这种方法比较直观， 缺点在 于取样样品的代表性难以保证。 该方法常用于验证粒径的数量级 大小。这种方法在此也不做评述。 2. 2. 2. 3 分光光度法 部分实验研究报道用吸光 度 2来表征分散液的分散质量。 随着纳米粒子分散质量的改进， 单 位体积内粒子数增加， 溶液浓度增 加， 吸光度随着增加。该方法快速 简单， 但对于分散液内粒径分布情 况缺

7、乏表述。 2. 2. 2. 4 粒度测量法 采用粒度仪来精确测量样品 中粒子粒径和分布情况。本实验 采用马尔文激光粒度仪 Mastersi- zer-s v2. 15 湿法测量分散液的粒 径分布。马尔文激光粒度仪由光 学测定装置 （形成基本的粒径传感 器） 和计算机处理系统 （处理测量 的粒径， 完成结果分析） 两部分组 成 （图 1） 。 2. 2. 3 粒径分布 纳米粒子在水相中的粒径分 布不是均一的， 根据分布参数的选 择， 会得到不同的分布结果。马尔 文激光粒度仪默认的粒径分布是 基于体积的粒径分布。同时， 马尔 文激光粒度仪还在结果修正相中 给出了数量分布和表面积分布等 另两相粒径分

8、布参考。 2. 2. 3. 1 体积分布 体积分布粒径即粒径为一定 范围 内 基 于 粒子 体 积 加 权的 粒 径 平 均 值。 如 结 果 列 出 在 6.97 7.75 m 粒径 范 围 内 的粒子占11%， 即直 径 落 在 这个 范 围 内 的颗 粒 总 体 积占整个分布中颗粒总体积的 11%。该粒径值受大粒径粒子的 影响较大。因为个别小粒径粒子 在考虑体积加权后可以忽略不计。 在实验要求关注大粒径粒子的前 提下选用此粒径分布比较合适。 2. 2. 3. 2 数量分布 马尔文激光粒度仪给出的数 量分布粒径是基于粒子数量加权 平均的， 在此前提下大尺寸粒子和 小尺寸粒子拥有相同权值。粒

9、径 主要取决于在分散液中数量最多 的那部分粒子的粒径大小。在关 注小粒径粒子数目的实验中用此 分布比较合适。 2. 2. 3. 3 表面积分布 表面积分布是基于粒子表面 积加权的粒径分布。分布参数关 注的是粒子表面积的大小， 在考察 粒子吸附作用的实验中用此分布 比较合适。 2. 2. 4 粒径分布评价 马尔文激光粒度仪给出的三 种分布形式各有特点， 选用何种形 式取决于对纳米粒子最终用途的 要求。本文中纳米粒子经分散整 理到织物， 再经预烘焙烘后作光催 化用途， 只有小尺寸粒子才有光催 化效果， 所以分布结果中对小粒径 粒子分布有要求， 选用体积分布就 不合适， 因为在体积分布中将关键 的小

10、粒径部分忽略掉了， 因此我们 选用 数 量 分 布， 并 且 重 点 考 察 100 nm以下的那部分粒子的比例， 体积分布仅供参考。 本文分别对不同浓度 （0.125%、 0.5%、 1%、 2%、 3%、 4%） 、 不同分 散剂量 （TiO2对应浓度的 0. 5 5 倍） 下分散液的粒子粒径分布进 行了比较， 取 D （v， 0. 1） 值表征粒 径分布的质量 （表 2） 。数量分布 中 D （v， 0. 1）= 0. 10 表示粒径在 0. 1 m以下的粒子数量占总粒子 数量的 10%， 体积分布中 D （v， 0. 1）= 0. 10 表示粒径在 0. 1 m 以下的粒子体积占粒子总

11、体积的 10%。 由表 2 可知随分散质浓度的 增加， 体系中粒径有增大的趋势。 即低浓度对粒子分散比较有利， 浓 度增加后， 粒子团聚现象明显。粒 径分布图很好地验证了这一点： 图2 、 图3 、 图4 分 别 是 浓 度 为 15 国际纺织导报 2005 年第 11 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 图 2 浓度 0. 125% 的分散液中粒子 数量分布图 图 3 浓度 2% 的分散液中粒子数量 分布图 图 4 浓度 4% 的分散液中粒

12、子数量 分布图 0. 125%、 2%、 4% 时， 分散液中的 粒径的数量分布图。 由图 2 图 4 可知， 随着浓度 增加， 100 nm 以下有光催化特性 的粒子数占粒子总数的比例逐渐 减少， 表明粒子团聚现象越来越 重。至于粒子团聚到何种程度可 以参考体积分布图和体积分布参 数给出。 表 3 不同浓度下粒子粒径体积 分布参数（m） 浓 度0. 125%2%4% D （v， 0.1）0. 180. 190.22 D （v， 0.5）0. 490. 370. 44 D （v， 0. 9）3. 631. 754. 35 由表 3 可以看出， 除 D （v， 0. 1） 随浓度增加而增大外，

13、其余两 项指标并没有明显的规律， 说明小 粒径粒子在总体积中所占比例随 浓度增加逐渐减小， 有团聚现象出 现， 但中等粒径和大粒径所占比例 没有和浓度呈线性关系。 图5 图7 很好地说明了上述 现象， 从 图 中 还 可 以 看 出 大 于 10 m的部分有波峰出现。 表明 图 5 浓度 0. 125% 的分散液中粒子 体积分布图 图 6 浓度 2% 的分散液中粒子体积 分布图 图 7 浓度 4% 的分散液中粒子体积 分布图 有较大体积的团聚体出现， 而在对 应的数量分布图中不能观察到这 一点， 说明了该团聚体数量很少， 在数量分布中被忽略不计了， 但在 体积分布中， 这一团聚体影响较 大，

14、不能忽略。 对图 6、 图 7 中大粒径波峰的 出现， 作者认为很大程度上和分散 剂选择及用量有关。选取 TiO2浓 度 4%， 分散剂浓度 4%、 6%、 8%， 观察 粒 径 体 积 分 布 图 （ 图 8 图 10） 。 25 国际纺织导报 2005 年第 11 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 图 8 浓度 4% 的分散液中粒子体积 分布图 图 9 浓度 6% 的分散液中粒子体积 分布图 图 10 浓度 8% 的分散液中粒子体 积分

15、布图 由图 8 图 10 可看出随分散 剂量的加大， 双波峰或多波峰现象 逐渐消失， 说明加大分散剂的量对 抑制粒子团聚有作用。但分散剂 量并不是越大越好， 超过一定值 时， 团聚现象又开始出现， 它和 TiO2浓度存在一个最佳比例， 其 规律他文另表。 造成多波峰的另一因素是泡 沫的影响， 本文所选用的十二烷基 苯磺酸是一种易发泡型阴离子表 面活性剂， 经混合乳化剂高速剪切 后， 大量泡沫富集于分散液表面， 部分 TiO2颗粒在泡沫表面由于没 有静电稳定机制作用， 发生团聚。 在泡沫消失后， 溶于溶液难以再分 散开。所以在不影响粒径分布总 体水平的基础上加入少量消泡剂 是必要的。 对浓度为

16、2%， 分散剂为 4% 的分散液高速剪切过程中发现是 否加入少量有机硅消泡剂对粒径 的体积分布影响较大 （图 11 图 12） 。 由图 11 图 12 可知， 加消泡 剂后， 大粒径多波峰明显消失， 说 图 11 未加消泡剂 图 12 加消泡剂 明泡沫对数量不多的粒子团聚现象 影响很大。 3 结论 用马尔文激光粒度仪评价分散 质量， 要视分散液最终用途选用合 适的评价方法， 将几种分布评价法 综合起来可以比较全面地了解分散 质的分散状况。 分散剂和分散质的量存在一个 最佳的比例范围， 比例过大过小都 会引起团聚， 对分散不利。 对易起泡的分散剂或乳化剂， 需要关注泡沫对少量团聚体的影 响，

17、加入合适的消泡剂可以取得满 意的效果。 参考文献 1 李绍秀. 溶胶 - 凝胶法制备固载型光催化 剂 TiO2膜的试验研究. 化学世界， 2001， （11）： 571 572 2 王广阔. 不同超声波频率与温度对纳米 ZnO 颗粒分散性能的影响 . 纺织科技进 展， 2005， （2）： 24 26 45 国际纺织导报 2005 年第 11 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺 织 染 整 Lyocell 府绸织物的染整工艺 张会青 德州学院 （中国）

18、摘 要： 描述了新型生态纤维 Lyocell 的优良性能。探讨了 Lyocell 府绸织物的染整工 艺。通过实践确定了合理的工艺参数。 关键词： Lyocell， 府绸， 染整， = 工艺参数 EvaIuation of dispersion effect about nanometer TiO2particIes Dong Zhen，Yang Jianzhong，Tan Yanjun Xian University of Engineering Science and Technology，Xian/ China Abstracts： A brief account of estimatin

19、g means on dispersing effect is given. The distributing law of nanometer TiO2 particles in dispersions by Mastersizer-S v2. 15 is discussed. The effects which would effect the particle di- ameter distribution are preliminary analyzed. Keywords：dispersion，particle diameter distribution，nanometer 1 引言

20、 Lyocell 纤维集棉的舒适性、 粘 胶的悬垂性、 涤纶的强度和真丝的 手感于一身， 是新兴的再生纤维素 纤维， 自投放市场之后， 即受到消 费者的广泛欢迎。Lyocell 纤维是 一种绿色纤维， 其原料来源于天然 的速生林， 在纤维的制造过程中几 乎不产生任何废弃物， 而它本身又 能在自然环境下迅速降解为无毒 物质 （主要为二氧化碳和水） ， 这在 人造纤维中是绝无仅有的。今天 人们希望不断地提高生活质量， 追 求穿着的美观、 舒适， 崇尚绿色和 回归自然， 因此 Lyocell 纤维倍受 青睐。它毫无疑问地被称为 20 世 纪的五大新兴纤维之一。这五大 新兴纤维是： Lyocell、

21、Tactel、 Lycra、 Modal 和 Acetate。 众所周知， Lyocell 织物具有遇 水后独特的溶胀特点， 这使得它遇 水后表现出独特的性能。一是织 物变得非常硬； 二是由于应力分布 的不均匀而产生织物的卷曲。这 给 Lyocell 织物的染整加工带来了 困难。 2 Lyocell 府绸的染整工 艺 1 2. 1 织物规格和工艺流程 织物规格如下： 府绸： Lyocell 100% 14. 5 tex 14. 5 tex 523. 5 根/10 cm 252 根/10 cm 160 cm Lyocell 府绸染整的工艺流程 如下： 烧毛酶退浆染色整理 2. 2 工艺条件 2.

22、 2. 1 烧毛 烧毛的目的是烧去织物表面 的茸毛， 使之光洁， 并改善风格， 减 少起球等。设备选用气体烧毛机， 火焰温度为 900， 车速 85 90 m/ min， 一正一反， 烧毛 3 4 级。 2. 2. 2 酶退浆 在现有的 Lyocell 织物坯布 中， 较多使用的是 PVA 和淀粉或 变性淀粉的复合浆料. 因此， 可用 淀粉酶、 氧化剂和碱来退掉淀粉或 变 性 淀 粉 浆 料 2。 同 时 ， 针 对 55 国际纺织导报 2005 年第 11 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark