纳米二氧化钛/苎麻纤维功能复合材料的制备及表征

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苎麻原产我国,又称“中国草”,是古老而优美的纺织材料,在我国具有悠久的历史。苎麻是初生韧皮纤维,具有杨氏模量高、聚合度大和单纤强度大等特点。作为一种天然纤维素纤维,苎麻具有许多优点:透气性比棉纤维高三倍左右,放湿性好,具有粗犷、挺括、典雅、轻盈、凉爽、透气、抗菌、保健防腐、防霉等功能,适宜纺织各类卫生保健用品,具有良好的穿着服用性能,被公认为“天然纤维之王”。因此,苎麻织物越来越受到消费者的青睐。我国约有90%的苎麻产品出口到西方国家。当前由于工业化进程的加快,导致全球二氧化碳排放量剧增,大气中的臭氧层日趋稀薄,到达地面紫外线的强度逐年增加,由日光引起的各种皮肤病患者人数显著增长。而且环境的恶化、地球变暖和大气污染,促使细菌繁殖,各种传染病增加。因此,对紫外线的防护问题越来越引起人们的广泛重视,我们有必要开发具有抗紫外功能和抗菌防臭功能的纺织品对皮肤进行保护。在当前倡导绿色环保、可持续使用及能源和资源短缺的情况下加大对苎麻纤维的研究和功能化开发具有十分重要的意义。因此,将苎麻纤维和二氧化钛进行有效结合,实现性能的互补和优化,有望制备出具有较好抗紫外、抗菌性能的新型功能复合材料。基于以上想法,主要开展了以下三方面的工作:1.以液相一步法为基础并通过对其工艺过程进行改进和完善,成功的制备出了高分散性纳米金红石型二氧化钛。我们以钛酸丁酯为前驱体,经过水解沉淀、回流胶溶,并在回流后期加入阴离子表面活性剂2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠(AOT),最终制备了高分散性纳米金红石型二氧化钛,利用TEM、XRD、SEM、FT-IR等方法,从钛酸丁酯与无水乙醇的体积比、沉淀温度、回流温度以及添加AOT的作用四个方面进行了系统研究。获得了制备纳米金红石型二氧化钛的最佳条件:钛酸丁酯与无水乙醇的体积比为1:4、沉淀温度为20℃、回流温度为90℃,并且在回流后期加入表面活性剂添加AOT。所制备的纳米粒子粒径在10-30nm左右。该方法不仅具有无需烧结,过程简单,对仪器设备要求低,耗能少等优点,而且解决了纳米粒子在制备过程中普遍存在的团聚性问题。制备出的纳米金红石二氧化钛粒子具有分散性高、粒径均匀,纯度高等特点,为复合材料的制备奠定了很好的基础。2.通过物理吸附方式成功的制备了纳米二氧化钛/苎麻纤维复合材料,用运SEM,UV-Vis对所制备的材料进行了系统的表征。研究表明,采用该种方法所制备的复合材料具有较强的抗紫外、抗菌能力,且对紫外线波段有着较宽范围的吸收,即从410nm处即开始对紫外线有吸收。该方法具有操作过程简单,能耗低,污染少,便于工业化等优点。3.通过对苎麻纤维的羧甲基化改性,实现了以化学键方式制备纳米二氧化钛/苎麻纤维复合材料。考察了制备苎麻羧甲基纤维素的影响因素,优化了制备条件,最终制备了较高取代度的苎麻羧甲基纤维素。以合成的苎麻羧甲基纤维素为基材,通过其与钛酸丁酯在微量水存在的条件下进行缓慢水解反应,制备了纳米二氧化钛/苎麻纤维复合材料,成功地实现了以化学键的方式实现纳米TiO2与苎麻纤维结合的目的。研究表明所制备的复合材料具有较好的抗紫外、抗菌性能。我们详细考察了纤维中水分含量、钛酸丁酯浓度和羧甲基纤维素的取代度这三个影响复合材料制备的关键因素,获得了制备复合材料的最佳条件。所制备的复合材料中纳米二氧化钛不仅在纤维表面分布均匀,含量较高,粒径均匀而且与纤维结合牢固,作用持久耐洗涤。较好的解决了采用物理吸附方式所制备该材料存在的二者结合不牢固,不耐洗涤,含量低等诸多缺陷,为以化学键方式制备该类功能复合材料提供了一种新的开发思路。
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