纳米zno改性涤纶织物的抗紫外线性能

纳米zno改性涤纶织物的抗紫外线性能

纳米zno是一种重要的有机材料，在许多电子、橡胶、涂料、印刷、医药、化工等行业都占有重要应用的地位。尤其是在对紫外线的吸收方面，它具有强大的吸附能力和广泛吸收的特点。目前，有两种使用zna纳米颗粒的方法。其中之一是采用共混融合层合法，将钛酸酯残留物中的znona颗粒直接添加到有机化合物中，以提高化合物的强度。由于ZnO纳米颗粒表面能高,极易聚集成团,而且表面亲水、疏油,呈强极性,在有机介质中难于均匀分散,和基料之间没有结合力,易造成界面缺陷,导致材料性能下降.因此,通常采用偶联剂对ZnO纳米粉进行表面改性,消除表面高能势,调节疏水性,改善与有机基料之间的润湿性和结合力1实验1.1密度和4.5%钛酸酯偶联剂实验材料:市购涤纶平纹织物,经纬纱线密度32tex,经、纬密度282×240根/10cm;ZnO纳米粉(北京化工研究总院提供).化学药品:钛酸酯偶联剂NXT-105(南京翔飞化学研究所);95%乙醇、异丙醇、乙酸(西安化学试剂厂)等.1.2仪器、试药和仪器BP2215型电子天平(德国塞多利斯公司);DK-98-1型电热恒温水浴锅;SH-2型磁力搅拌器;101-1AB型电热鼓风干燥箱(天津泰斯特仪器有限公司);SY2200-T型超声波振荡器(上海声源超声波仪器设备有限公司);IR-12P型红外试染机(台湾瑞比染色试机有限公司);UV-2450型紫外可见光分光光度计(日本岛津公司);MastersizerS型激光粒度仪(英国马尔文仪器有限公司,扫描范围0.05μm～3500μm);Sapphire型示差扫描量热仪(美国PE公司);NEXUS870FT-IR傅里叶变换红外光谱仪(美国尼高力仪器公司);JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(日本电子株式会社,配备有高性能X射线能谱仪OxfordINCA和数码成像系统);JFC-1600型精镀仪.1.3(1)先处理纺织材料用50g/L的NaOH溶液,95℃处理40min,漂洗干净,晾干备用.(2)zno纳米粉的制备首先称取一定质量的ZnO纳米粉,用95%乙醇溶液稀释,并超声振荡处理20min,随后按纳米粉质量的1%～2%添加钛酸酯偶联剂NXT-105,在磁力搅拌器上加热搅拌反应一段时间,待溶液挥发完毕,将其放入120℃烘箱中焙烘5min.称取一定质量的涤纶织物,按照织物质量的1%～2%添加偶联剂NXT-105,用异丙醇溶液稀释;将配好的溶液倒入染杯中,加入涤纶织物和处理过的ZnO纳米粉,在高温染色机中进行处理(快速升温至60℃,保温30min;再升温至140℃,保温45min,自然冷却).(3)紫外纯度测试试样测试前先用乙醇溶液洗涤,再用去离子水冲洗干净,烘干、熨平.用分光光度计测试200nm～400nm紫外线透过率.(4)最大吸收峰的测定用去离子水将亚甲基蓝染料按4mg/L配成溶液,将处理过的涤纶织物按溶液质量4g/L放入500ml烧杯中,并用乙烯膜密封,放在面阳窗前,每隔一段时间,用分光光度计测试最大吸收峰630nm处溶液吸光度.2结果与分析2.1偶联处理前后zno纳米粉的体积分布用激光粒度仪测定ZnO纳米粉偶联前后粒度分布,如图1所示.图1(a)是偶联处理前ZnO纳米粉的体积分布(浓度0.002%,遮光度6.3%),其Debrouckere平均直径(体积力矩平均值)2.2纤维表面元素分析图3是涤纶织物处理前后的扫描电镜照片.从图3可以看出,未处理的涤纶纤维表面光滑,没有额外物质;而经ZnO纳米粉处理后,涤纶纤维表面明显附着有白色细小颗粒.经2000倍放大看到,白色颗粒大小不一,主要聚积在纤维缝隙之间.用扫描电镜附带的X射线能谱仪进行元素分析可知,ZnO纳米粉含有较多的杂质,有Cl、K、Ca、Ti、Cu、Zn和Zr元素,含量较多的为C、O、Zn和Ti元素,其中Ti元素是钛酸酯偶联剂引力的测试结果见图4和表1.2.3整理前后涤纶织物的dsc升温曲线处理后的ZnO纳米粉和涤纶织物先用乙醇溶剂洗涤,再用去离子水冲洗干净,进行DSC测试,结果见图5和图6.从图5可以看出,未经偶联处理的ZnO纳米粉升温曲线中没有明显的吸收放热峰,只是自身内部的一些化学反应;而经偶联剂处理过的ZnO纳米粉,在256.5℃处出现了一个较大的放热峰,与钛酸酯偶联剂NXT-105的分解温度255℃基本相同,说明ZnO纳米粉表面存在偶联剂.图6是涤纶织物经ZnO纳米粉处理前后的DSC升温曲线.图6(a)中有一明显的吸热熔融峰,起始于246.8℃,峰顶位于255.6℃.是涤纶纤维的熔融温度;而图6(b)中的吸收峰明显要宽一些,起始于249.8℃,峰顶位于252.1℃.比图6(a)都要低一些,可能是因为涤纶纤维表面有ZnO纳米粉的缘故.同时,图6((b)在256.9℃还有一个很小的放热吸收峰,与图5的测试结果比较吻合,说明涤纶纤维表面存在着少量的偶联剂.2.4整理涤纶织物与偶联剂的红外光谱图7是涤纶织物处理前、后及偶联剂的红外光谱,同时还给出了处理涤纶织物与偶联剂的差图.可以看出,在差图3050～2800cm2.5织物光催化性能图8是涤纶织物处理前后紫外线透过率比较.可以看出,未处理涤纶织物的紫外线透过率在6.5%～42%,而经ZnO纳米粉处理后,紫外线透过率下降到2%～8.8%,表明涤纶织物抗紫外线性能有了明显提高.图9是涤纶织物处理前后对亚甲基蓝溶液的光催化性能.可以看出,虽然织物本身对亚甲基蓝有一定的吸附,但经ZnO纳米粉处理的涤纶织物,溶液吸光度变化很快,特别是在刚开始的一段时间,吸光度下降非常明显,最后溶液几乎透明.3光催化作用原理(1)涤