添加纳米氧化钛的聚酯纤维性能研究.pdf

第2 5 卷第4 期 纺织学报 V 0 1 2 5 ，N o 4 2 0 0 4 年8 月J 叫m a lo fT e x t i l eR e s e a I hA u g ，2 0 0 4 添加纳米氧化钛的聚酯纤维性能研究 陈海珍沈红娟 ( 宁波服装职业技术学院工程分院，宁波，3 1 5 1 0 0 ) 摘要：通过钛酸丁酯表面修饰将纳米氧化钛分散在聚酯纤维中，发现表面修饰后的纳米氧化钛能够很好的分散在聚酯中，而且 相容性很好；添加了纳米氧化钛的聚酯纤维的染色性能和紫外屏蔽效果都显著提高。 关键词：纳米氧化钛聚酯分散染色紫外屏蔽 中圈分类号：T s1 0 2 5 2 2文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 4 ) 0 4 0 0 1 4 0 2 研究报道：使用纳米氧化钛作为增强材料添加 到环氧树脂中使环氧树脂的拉伸强度、拉伸模量、冲 击强度得到提高1 ；将纳米氧化钛添加到聚丙烯中 不仅增加了聚丙烯的冲击强度还增加了它的耐紫外 老化的性能心o ；纳米氧化钛的添加改善了聚苯胺的 导电性能¨1 ；纳米氧化钛添加到食品包装塑料中可 获得抗菌材料¨J 。聚酯( P E T ) 作为塑料、纤维、橡胶 领域中重要的原料¨。，在聚合时添加纳米粒子，可制 得热性能优良的聚酯产品b ·。本文将不易分散的纳 米氧化钛经钛酸丁酯表面修饰后分散在乙二醇溶 剂，用于聚酯合成中，并使用原子力显微镜、透射电 镜、扫描电镜观察纳米粒子在溶剂和聚酯中的分散 情况，而且测试了聚酯纤维添加纳米粒子前后的染 色性能和紫外屏蔽效果的变化，通过这些研究，得到 一些有意义的结果。 l 实验部分 1 1 实验材料 纳米氧化钛粒子( 浙江纳米材料应用工程技术 中心提供，粒径在3 0 5 0n m ，金红石型) ，钛酸丁酯， E G ，D M T ，酯化催化剂( 醋酸锌、醋酸锰) ，缩聚催化 剂( 三氧化二锑) ，分散染料( 分散橙P G ，分散红紫 P R ，分散棕P 3 G ，分散蓝2 B I J N ) 。 1 2 实验步骤 将添加了钛酸丁酯有机溶剂和纳米氧化钛的乙 二醇溶剂超声振荡后，再在氮气环境下加热完成表面 修饰。将该溶剂稀释后，超声振荡使其均匀分散。按 照D M T 和E G 的摩尔比l ：2 5 ( 质量比约为1 0 0 ： 3 8 7 5 ) 的比例添加分散好的氧化钛溶胶溶液，完成聚 酯的合成。将该聚酯的纤维使用4 种分散染料，分别 在9 8 高温下上染1h ，测定上染速率和上染率。 1 3 表征方法 原子力显微镜用来观测乙二醇溶剂中纳米粒子 的分散情况；J E M 2 0 0 c x 型透射电镜观测聚酯内部纳 米粒子的分布；日立一5 7 0 型扫描电镜观察纳米粒子 在纤维上的纵向分布情况；分光光度计测定上染率； U V 2 4 0 1 型积分球式紫外分光光度计测定聚酯纤维 的紫外屏蔽效果。 2 实验结果分析 2 1 纳米氧化钛在乙二醇溶剂中分散情况以及在 聚酯中的分布 在原子力显微镜下观察表面修饰后的纳米氧化 钛在乙二醇溶剂中分散，如图l 所示。纳米氧化钛 在聚酯中的分散，如图2 所示。由图1 可知，乙二醇 溶剂中纳米氧化钛较均匀分散，粒子的粒径约为6 0 8 0m m 。对照图2 可知，聚酯中纳米粒子平均粒径 约6 0 7 0m m ，个别的2 3 个粒子出现团聚，但尺 寸仍然是纳米尺寸，这和原子力显微镜观测的结果 相近。纳米氧化钛粒子表面的确有一层包覆物，使 得粒子与聚酯之间的界面变得模糊，说明表面修饰 的大分子能够提高无机粒子和高分子化合物之间的 相容性，且能够避免纳米氧化钛在聚酯聚合中的团 聚。图3 是常规添加微米级氧化钛消光后的聚酯纤 维的纵向图，图4 是添加纳米氧化钛的聚酯纤维的 纵向图。不难看出，纤维表面粘附的纳米粒子较均 匀的分散在纤维上，粒子粒径远小于”m 级氧化钛。 图l 原子力显微镜下纳米 氧化钛粒子 图2 纳米粒子在聚酯中 的分散( 放大2 4 万倍) 2 2 染色性能 各种纤维上染率如图5 所示，其中1 。、24 、3 是 未拉伸、拉伸、加弹的普通涤纶丝；4 、54 、6 是添加 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 2 0 0 4 年第4 期 纺织学报【1 5 】 了3 纳米粒子的涤纶丝，拉伸倍数分别为8 、9 、1 0 倍。 图3 常规消光的聚酯纤维圈4 添加纳米氧化钛的聚酯纤维 鹱姚垂薰 f ( c ) 分敢橙P 3 G 在不同( d ) 分散蓝2 B L N 在不同 纤维上的上染率 纤维上的上染率 圈5 各种纤维在4 种染浴中的上染率 图6 展示上染率和上染时间的关系。常规涤纶 丝的拉伸倍数增加，上染率降低，可能因为在相同的 染色条件下纤维内部分子链的活动会降低，染色性 能下降。含有相同纳米材料且含量相同的涤纶丝在 拉伸到不同的倍数后并没有出现象常规丝一样的规 律，说明纳米粒子的添加影响了纤维的染色性能。 由上染率对比可以看出添加纳米粒子纤维的染色性 能要远远好于常规涤纶丝。在拉伸倍数增大到9 倍 过程中，随着拉伸倍数增大，则染色性能越好；当拉 伸倍数达到9 倍后，染色性能将随着拉伸倍数的增 加而减小。 6 0 罨i ： 臻3 0 2 0 1 0 0 上染时间m i n 圈6 上染率和上染时间图7 的关系图 2 3 紫外屏蔽性能 波长n m 聚酯压片的紫外 屏蔽能力 图7 中a 为纯聚酯( 未添加氧化钛消光剂) 制成 的薄膜、b 为常规聚酯( 添加氧化钛消光剂) 未拉伸 的纤维制成的薄膜、c 为加入3 的纳米氧化钛的聚 酯纤维的薄膜。显然，在紫外u V B 波段，3 种聚酯的 紫外光透过率几乎为零，在紫外u V A 波段，3 种聚 酯的紫外光屏蔽能力出现了差异，添加3 的纳米 氧化钛的聚酯紫外透过率最低。由此可见，添加纳 米氧化钛聚酯的紫外屏蔽能力最好。 3 讨论 纳米氧化钛的添加使得聚酯纤维在分散染浴中 的上染率和上染速度显著提高，而且对于聚酯对紫 外光u v A 波段上的屏蔽效果有着明显的加强。纳 米粒子在聚酯中分散在纤维的结晶区和非结晶区。 非结晶区的纳米粒子夹在分子链之间，可能由于纳 米T i O ，粒径小，表面效应破坏原有的大分子链的规 整性，为染料分子提供了通道，提高了上染率。对于 紫外屏蔽效果，3 种聚酯在u V B 波段处对紫外屏蔽 能力非常高，原因可能在于聚酯本身的苯环就对紫 外线u V B 波段有着优良的屏蔽能力，而在u V A 波 段苯环对紫外光的屏蔽能力较弱。添加了消光剂 ( 常规氧化钛) 的聚酯对u V A 波段的屏蔽有所增强， 纳米氧化钛的添加使得聚酯对u V A 、U v B 整个紫外 波段的光波进行屏蔽，提高了聚酯纤维的服用性能。 4 结论 1 粒子的分散好坏根本原因在于最初的粒子 表面修饰的效果，选择良好的表面修饰剂是至关重 要的。 2 纳米粒子的量子效应提高了纤维的染色 性能。 3 纳米氧化钛的小尺寸效应提高了聚酯纤维 对紫外U V A 段的屏蔽效果。 参考文献 l 郑亚萍等T i 0 2 环氧树脂纳米复合材_ j ； 的研究复合材料学报， 2 0 0 2 ( 4 ) ：1 1 1 3 2 丁永红等纳米T i 0 2 填充聚丙烯的研究。塑料加工，2 0 0 2 ( 2 ) ：3 7 3 9 3K r i s h 腿I n 0 0 一t iRe ta 1 I n ：n m 8 v a i aTJ B e a l lG ，e d i t o r s P o l y m e r - c l a y N a n o c o m p o s i t e s N e wY o r k ，2 0 0 0 4V a i aR ，A e ta l ，I n ：V i aR A K r i s h n a m o n jR e d i t o r s P o l y m e rN 明o c o m p o s i t i e s A C SS y m p o s i u ms e r i e s W a s h i n g t o nD C ：A m e r i c a nC h e I I l i c a l S o c i e t y ，2 0 0 1 5 牟季美等纳米材料和纳米结构北京：科技出版社，2 0 0 1 豁m 山2削lljl 橙上，ljjii一鳇删 制刑l1砂嘞IlI 刚黜槲蝌霹 蓬瓣磔 同nlU豁咄 红上 擞魁 1 一 汾纤iiii矿 Q叭阱盯洲洲酬训址 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark