不同丙烯酸酯单体合成的阳离子纳米球在纤维素纤维上的吸附

摘要

纳米球在纤维上的吸附在纺织品功能化、纸张增韧和纤维增强材料等领域具有重要的意义。
　　本文采用甲基丙烯酰氧乙基十六烷基二甲基溴化铵作为阳离子乳化剂，选用三种丙烯酸酯类单体（丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯）分别与苯乙烯进行乳液聚合制得三种阳离子纳米球;利用胶体滴定法探讨了pH值、电解质浓度、温度、浓度、时间、表面电荷密度对纳米球在天竹纤维上吸附的影响，利用散射光浊度法研究了阳离子纳米球在棉织物上的吸附;分析了吸附模型并计算了吸附热力学参数，并且用SEM观察了纳米球在纤维表面的吸附状态。
　　研究结果表明，三种阳离子纳米球具有较小的粒度(40-50nm)和良好的单分散性。随着三种丙烯酸酯单体在水中溶解度的增加，乳液聚合反应结束后的单体最终转化率降低，制得的阳离子纳米球的粒径变小，纳米球的表面电荷密度和玻璃化转变温度升高;当pH值低于7或者电解质(NaCl)浓度低于0.02g/L，三种纳米球都具有很好的稳定性;随着pH值的增加，三种纳米球在天竹纤维上的吸附量均逐渐增加，当pH值介于5-8时，纳米球在天竹纤维上达到最大吸附量。而在NaCl浓度低于0.02g/L的范围内，电解质的浓度对吸附量几乎没有影响。
　　通过对三种阳离子纳米球在纤维上的吸附速率曲线分析，发现随着时间延长，纳米球在纤维上的吸附量逐渐增加，吸附速率逐渐下降，吸附2h后均达到吸附平衡;阳离子纳米球的电荷密度越高，吸附量越高;经过CMC处理后的纤维素纤维的表面负电荷数量增加，吸附量也明显增加。随着温度的升高，纳米球在纤维上的平衡吸附量明显增加。纳米球在纤维素纤维上吸附的主要驱动力是纳米球表面的阳离子与纤维表面的负离子之间的静电引力。三种纳米球在纤维素纤维上的吸附都符合Langmuir单粒子层吸附模型，SEM观察证实纳米球在纤维表面主要呈均匀的单粒子层分布。热力学参数的分析结果表明，阳离子纳米球在天竹纤维上的吸附是一种自发的化学吸附。