钛白粉表面改性对全消光锦纶纤维性能的影响

摘要

聚酰胺纤维俗称尼龙或锦纶，是合成纤维的主要品种之一。由于聚酰胺6纤维在化学稳定性、热性能、机械性能等方面具有突出的优点，用锦纶纤维制成的产品弹性好、强度高、耐磨、耐用、比重小、不易虫蛀等，一直受到广大消费者的喜爱。然而，通常的锦纶纤维存在着:色泽强烈、无悬垂感等问题。因此，普通锦纶纤维尚不能满足人们对其服饰织物感官上的要求。为了解决这个问题，可对纤维的成分、结构做一些改进。随着纳米复合材料的问世，在纤维中通过添加一些无机粉体，可制得半消光和全消光纤维制品。目前最常用的消光剂是锐钛矿型二氧化钛，这是由于二氧化钛粉体(粒径约200～500nm)具有较高的折射率、较好的分散性、化学惰性和无毒等优点。近年来，纺织高端面料也较普遍地使用锦纶纤维，这主要归功于全消光锦纶纤维的发展。
　　但是，由于无机纳米颗粒粒径小、比表面积大，极易发生团聚;同时，无机粉体表面基团与己内酰胺表面基团不同，故粉体的分散性和界面相容性均会影响消光纤维的性能。通过对钛白粉的无机包覆和有机改性，可利用钛白粉表面较多有机官能团的空间位阻效应改善粉体的团聚情况，同时有机官能团改善了它与锦纶界面的相容性。对企业开发力学性能好、上染率高、色牢度高的锦纶纤维有重要参考价值。
　　本论文的工作内容包括钛白粉的超细化、无定形包覆、复配方偶联剂表面改性，以及原位聚合得到全消光锦纶6切片及切片的熔融纺丝，最后研究钛白粉的表面改性对全消光锦纶织物力学性能与染色性的影响。
　　论文中首先对钛白粉进行无定形TiO2包覆，并与不同复配方偶联剂进行有机改性，得到相应的纳米改性消光剂。用傅里叶红外光谱(FT-IR)、热失重分析(TG)、接触角测试、粒度分析、紫外-可见吸收光谱、沉降测试对改性钛白粉的结构和性能进行了表征。实验表明，经复配体系的偶联剂改性后，钛白粉粒径分布变窄，平均粒径在300-500nm;TG测试表明钛白粉表面有机包覆率大约为4wt％;光催化性能测试结果表明，经复配方偶联剂改性后，钛白粉的催化活性明显减弱;改性后钛白粉在己内酰胺-水体系中的分散性提高。
　　改性钛白粉经原位聚合反应，得到全消光PA6切片，在复合纺丝机上熔融纺丝制备全消光PA6纤维。钛白粉的加入明显提高了PA6树脂的相对粘度和数均分子量，通过DSC曲线可知:添加钛白粉对PA6纤维的Tm基本没有影响，但使其Tc升高，Xc增大。改性粉体在纤维断面分布均匀，无脱落现象，全消光PA6纤维的可纺性好;然而，未改性的纳米粉体分散性相对较差，有明显团聚。加入改性的钛白粉之后，PA6纤维的力学强度和伸长率都有提高，强度可达4.1cN/dtex，断裂伸长率可达28.1％。
　　最后，通过全自动织造机织造得到全消光PA6织物，研究了钛白粉表面改性前后的染色性能和色牢度。热定型后PA6织物的晶型发生变化，热定型的织物比未定型织物的α晶型增多，但总的结晶度变化不大。从染色性能可知，浅色染色和深色染色皆以酸性蓝染料的染色效果最好，其上染率高，上染速率快，达到染色平衡时间最短。且经复配方偶联剂改性的全消光锦纶纤维的上染率和上染速率均高于未改性PA6纤维。改性前后PA6织物的耐摩擦性能均好，可达5级;改性后PA6织物经中色染料和深色染料染色后的耐光色牢度均好，可达到4-5级。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 功能性纤维的分类

1．2．1 抗菌纤维

1．2．2 阻燃纤维

1．2．3 防紫外线纤维

1．2．4 远红外纤维

1．2．5 消光纤维

1．3 消光纤维的介绍

1．3．1 消光纤维的作用机理

1．3．2 消光纤维的发展及研究现状

1．3．3 消光纤维的制备

1．3．4 消光纤维的种类

1．3．5 消光纤维的应用

1．4 二氧化钛消光剂的研究现状

1．4．1 纳米二氧化钛的结构和性质

1．4．2 二氧化钛单晶的制备方法

1．4．3 锐钛型TiO2单晶的表面改性

1．5 消光剂TiO2在纤维中的应用

1．5．1 TiO2作为抗紫外材料

1．5．2 消光剂TiO2用作自清洁材料

1．6 消光纤维的染色

1．6．1 染料种类

1．6．2 消光纤维的上染过程

1．6．3 染料在锦纶纤维中扩散的自由体积模型

1．6．4 影响纤维织物染色的因素

1．6．5 锦纶织物的染整加工特点

1．7 本课题研究的内容及意义

第二章 钛自粉的表面改性及其在己内酰胺-水中的分散性

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．2．3 光催化性能评价

2．2．4 钛白粉的机械处理法

2．2．5 钛白粉的表面包覆改性

2．2．6 消光剂钛白粉的偶联剂法改性

2．3 样品表征

2．3．1 傅里叶红外光谱FT-IR分析

2．3．2 热失重分析(TG)

2．3．3 粉体接触角测试

2．3．4 改性前后的粒度分析

2．3．5 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)

2．3．6 TEM测试

2．3．7 TiO2改性前后沉降测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 红外光谱分析

2．4．2 钛白粉的热稳定性能

2．4．3 钛白粉的亲疏水性

2．4．4 粒度大小及分布

2．4．5 改性前后钛白粉的光催化性能

2．4．6 改性后TiO2粉体的FE-SEM照片

2．4．7 TiO2粉体在己内酰胺-水中的稳定性

2．5 本章小结

第三章 全消光锦纶纤维的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备

3．2．3 实验流程

3．2．4 原位聚合制备全消光PA6切片

3．2．5 切片的萃取

3．2．6 全消光PA6纤维的制备

3．3 性能测试

3．3．1 全消光PA6树脂X射线衍射(XRO)

3．3．2 全消光PA6树脂截面SEM测试

3．3．3 相对粘度测定

3．3．4 热性能(DSC)测试

3．3．5 热失重(TG)分析

3．3．6 显微拉曼分析

3．3．7 全消光PA6纤维截面及表面SEM分析

3．3．8 全消光PA6纤维热失重(TG)分析

3．3．9 力学性能测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 全消光PA6树脂的晶型

3．4．2 全消光PA6树脂的SEM电镜照片

3．4．3 全消光PA6树脂的显微拉曼分析

3．4．4 相对粘度和相对分子量测定

3．4．5 TiO2／PA6复合树脂树脂的热稳定性

3．4．6 全消光PA6树膜的热失重分析

3．4．7 全消光PA6纤维的表面及截面形态

3．4．8 全消光PA6纤维的热失重分析

3．4．9 全消光PA6纤维的力学性能及可纺性

3．5 本章小结

第四章 全消光锦纶织物的染色性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．3 试验方法

4．3．1 全消光PA6织物的制备

4．3．2 织物热定型工艺

4．3．3 染色

4．4 样品表征

4．4．1 热定型前后PA6织物X射线衍射(XRD)

4．4．2 热定型前后PA6织物的DSC测试

4．4．3 光谱曲线的测定

4．4．4 上染率的测定

4．4．5 染色牢度测定

4．5 结果与讨论

4．5．1 热定型前后PA6织物X射线衍射仪(XRD)

4．5．2 热定型前后PA6织物的DSC

4．5．3 TiO2／PA6织物染色性能

4．5．4 耐光色牢度和耐摩擦色牢度测试

4．6 本章小结

第五章 全文总结及展望

参考文献

硕士期间所撰写的论文及申请的专利

致谢