聚丙烯酸酯/中空氧化锌复合乳液的研究

摘要

丙烯酸树脂是皮革涂饰中应用最早且最广泛的成膜材料。它能赋予涂层良好的物理性能，但是，将聚丙烯酸酯乳液涂敷于皮革表面会形成一层致密的薄膜，阻塞水汽分子向外界的扩散，从而降低皮革的卫生性能。中空氧化锌(ZnO)除具有中空结构固有的特点外，还表现出优异的光电性能，良好的生物相容性。
　　基于以上背景，本研究制备不同形貌的中空氧化锌，考察反应条件对中空ZnO形貌的影响，并采用X-射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜及比表面仪对中空ZnO的结构进行表征。通过物理共混法将制备的中空ZnO引入聚丙烯酸酯乳液中，获得聚丙烯酸酯/中空ZnO复合乳液，以复合乳液所成薄膜的耐水性能、透水汽性能以及力学性能为指标，优化中空ZnO的制备工艺。通过上述研究，获得了如下结果:
　　采用水热法成功制备了柱状中空ZnO，其直径在400-500 nm，长度为800-1000 nm，柱状中空ZnO存在介孔结构，平均孔径为25.11 nm，比表面积为6.54 m2/g，孔体积为0.04 cm3/g。当有机溶剂为乙醇/乙二醇、反应pH为11.0、反应时间为9h、反应温度为92℃时，所制备的柱状中空ZnO对聚丙烯酸酯薄膜耐水性能、透水汽性能以及力学性能的提升幅度最大，分别提高了38.10％、103.91％、144.53％以及79.52％。
　　采用碱刻蚀法成功制备了球状中空ZnO，其粒径在2-2.5μm，壳层表面是由相互交错的纳米片组成，球状中空ZnO存在介孔结构，平均孔径为17.29 nm，比表面积为13.16 m2/g，孔体积为0.06 cm3/g。当沉淀剂为六次甲基四胺、柠檬酸钠浓度为4mM、反应pH为8.5、第二步反应温度为95℃时，所制备的球状中空ZnO对聚丙烯酸酯薄膜耐水性能、透水汽性能以及力学性能的提升幅度最大，分别提高了42.87％、146.47％、54.51％以及45.31％。
　　采用两步法成功制备了海胆状中空ZnO，其粒径在1.6-2.9μm，壳层ZnO纳米棒长度在100-350 nm，海胆状中空ZnO存在介孔结构，平均孔径为28.58 nm，比表面积为9.34 m2/g，孔体积为0.07 cm3/g。当第一步煅烧温度为600℃、第二步反应时间为1h、第二步反应温度为95℃、第二步Zn(NO3)2与HMTA摩尔比为1∶0.2时，所制备的海胆状中空ZnO对聚丙烯酸酯薄膜耐水性能、透水汽性能以及力学性能的提升幅度最大，分别提高了36.74％、127.03％、3.44％以及112.50％。
　　三种聚丙烯酸酯/中空ZnO复合乳液所成薄膜及涂饰后革样的综合性能为:聚丙烯酸酯/球状中空ZnO复合乳液最优，聚丙烯酸酯/海胆状中空ZnO复合乳液次之，聚丙烯酸酯/柱状中空ZnO复合乳液最差。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 中空ZnO的研究进展

1．2．1 中空ZnO的制备方法

1．2．2 中空ZnO的应用

1．3 聚合物／ZnO复合材料研究进展

1．3．1 共混法

1．3．2 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法

1．3．3 原位聚合法

1．4 课题的提出

1．4．1 前期研究基础

1．4．2 本课题的研究内容

1．4．3 本课题的创新之处

2 实验部分

2．1 主要实验原料和仪器设备

2．1．1 主要实验原料

2．1．2 主要仪器设备

2．2 柱状中空ZnO的制备

2．2．1 柱状中空ZnO的制备工艺

2．2．2 柱状中空ZnO制备的单因素实验

2．3 聚丙烯酸酯／柱状中空ZnO复合乳液的制备

2．3．1 聚丙烯酸酯／柱状中空ZnO复合乳液的制备工艺

2．3．2 聚丙烯酸酯／柱状中空ZnO复合乳液制备的单因素实验

2．4 球状中空ZnO的制备

2．4．1 球状中空ZnO的制备工艺

2．4．2 球状中空ZnO制备的单因素实验

2．5 聚丙烯酸酯／球状中空ZnO复合乳液的制备

2．5．1 聚丙烯酸酯／球状中空ZnO复合乳液的制备工艺

2．5．2 聚丙烯酸酯／球状中空ZnO复合乳液制备的单因素实验

2．6 海胆状中空ZnO的制备

2．6．1 海胆状中空ZnO的制备工艺

2．6．2 海胆状中空ZnO制备的单因素实验

2．7 聚丙烯酸酯／海胆状中空ZnO复合乳液的制备

2．7．1 聚丙烯酸酯／海胆状中空ZnO复合乳液的制备工艺

2．7．2 聚丙烯酸酯／i每胆状中空ZnO复合乳液制备的单因素实验

2．8 中空ZnO及聚丙烯酸酯／中空ZnO复合材料的表征

2．8．1 中空ZnO的结构表征

2．8．2 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合材料的表征

2．9 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合材料的性能测定

2．9．1 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合乳液的性能测定

2．9．2 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合薄膜的性能测定

2．10 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合乳液在皮革涂饰中的应用

2．10．1 取样

2．10．2 涂饰

2．10．3 涂饰后革样的物理机械性能测试

2．10．4 涂饰后革样的透气性能测试

2．10．5 涂饰后革样的透水汽性能测试

2．10．6 涂饰后革样的耐水性测试

2．10．7 涂饰后革样的抗菌性能测试

2．10．8 涂饰后革样的紫外屏蔽性能测试

3 结果与讨论

3．1 聚丙烯酸酯／柱状中空ZnO复合乳液的研究

3．1．1 柱状中空ZnO的形貌

3．1．2 有机溶剂种类对柱状中空ZnO形貌的影响

3．1．3 不同有机溶剂下制备的柱状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．1．4 反应pH对柱状中空ZnO形貌的影响

3．1．5 不同反应pH下制备的柱状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．1．6 反应时间对柱状中空ZnO形貌的影响

3．1．7 不同反应时间下制备的柱状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．1．8 反应温度对柱状中空ZnO形貌的影响

3．1．9 不同反应温度下制备的柱状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．1．10 柱状中空ZnO的形成机理

3．1．11 小结

3．2 聚丙烯酸酯／球状中空ZnO复合乳液的研究

3．2．1 球状中空ZnO的形貌

3．2．2 沉淀剂种类对球状中空ZnO形貌的影响

3．2．3 不同沉淀剂下制备的球状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．2．4 柠檬酸钠浓度对球状中空ZnO形貌的影响

3．2．5 不同柠檬酸钠浓度下制备的ZnO对复合薄膜性能的影响

3．2．6 反应pH对球状中空ZnO形貌的影响

3．2．7 不同反应pH下制备的球状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．2．8 第二步反应温度对球状中空ZnO形貌的影响

3．2．9 不同第二步反应温度下制备的球状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．2．10 球状中空ZnO的形成机理

3．2．11 小结

3．3 聚丙烯酸酯／海胆状中空ZnO复合乳液的研究

3．3．1 海胆状中空ZnO的形貌

3．3．2 第一步煅烧温度对海胆状中空ZnO形貌的影响

3．3．3 不同煅烧温度下制备的海胆状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．3．4 第二步反应时间对海胆状中空ZnO形貌的影响

3．3．5 不同反应时间下制备的海胆状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．3．6 第二步反应温度对海胆状中空ZnO形貌的影响

3．3．7 不同反应温度下制备的海胆状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．3．8 第二步Zn(NO3)2与HMTA摩尔比对海胆状中空ZnO形貌的影响

3．3．9 不同Zn(NO3)2与HMTA摩尔比下制备的海胆状中空ZnO对复合薄膜性能的影响

3．3．10 海胆状中空ZnO的形成机理

3．4 聚丙烯酸酯／中空ZnO复合乳液及其涂饰后革样的性能比较

3．4．1 复合乳液的稳定性

3．4．2 复合乳液的TEM分析

3．4．3 复合薄膜的耐水性

3．4．4 复合薄膜的透水汽性

3．4．5 复合薄膜的力学性能

3．4．6 复合薄膜的耐曲挠性

3．4．7 复合薄膜的SEM分析

3．4．8 复合薄膜的TGA分析

3．4．9 涂饰后革样的耐水性

3．4．10 涂饰后革样的透水汽性

3．4．11 涂饰后革样的透气性

3．4．12 涂饰后革样的力学性能

3．4．13 涂饰后革样的紫外屏蔽性能

3．4．14 涂饰后革样的抗菌性能

3．4．15 小结

4 结论

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开的学术成果

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