一步偶联/原子层沉积对棉织物的性能影响研究

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棉织物由于其具有舒适、保暖、透气等优异的服用性能已被广泛地应用于各种纺织产业领域。但为了开发高性能及功能纺织品以应用于特殊的行业领域,必须赋予棉织物更好的功能。本课题利用四异丙醇钛为原料,对棉织物表面分别进行偶联反应及原子层沉积处理,目的是使棉织物表面形成二氧化钛(TiO2)涂层,以期达到增强棉织物的红外阻隔性、疏水性及耐磨性的目的。本文拟采用两种不同的方式对棉织物进行改性处理。首先采用一步偶联法,即将棉织物置于四异丙醇钛(TTIP)的乙醇溶液中,通过高温振荡的过程使四异丙醇钛均匀、充分浸入于棉织物,而后与棉纤维素上的羟基反应生成TiO2,从而在棉织物表面覆盖TiO2涂层。将处理后的棉织物进行物理性能测试,结果显示经一步偶联法得到的棉织物的红外热阻隔率由38.8%最高上升至63.0%,红外功率阻隔率由70.4%最高上升至72.6%,表明了TTIP偶联反应对棉织物的红外阻隔性能有提升作用。另外通过接触角仪测得织物随着TTIP浓度的升高,接触角逐渐增大至120°以上,表明TTIP偶联处理使织物拥有了疏水性。将织物置于圆盘耐磨仪中对织物进行耐磨实验,通过与原样对比发现一步偶联处理后织物的耐磨性能有明显提升。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对织物的表面样貌进行观测及元素分析,结果显示经过一步偶联处理后在棉纤维的表面形成了纳米级颗粒。随后,利用EDS探测到纤维表面为TiO2颗粒。再利用热重分析(TG)对棉织物煅烧后的残留率进行分析,结果显示随着TTIP浓度的升高,织物的热重残留量也随之增加。其次采用原子层沉积(Atomic layer deposition)法,通过控制沉积循环次数,在棉织物的表面沉积不同厚度TiO2。对织物进行红外阻隔性能测试,结果展示了经ALD沉积,棉织物的红外热阻隔率由38.8%最高上升至68.9%,红外功率阻隔率由70.4%最高上升至80.7%,表明了ALD处理增强了织物的红外阻隔性能。采用接触角仪对ALD沉积后的棉织物进行疏水性能测试,结果表明了随着ALD循环数的增加,织物的接触角也随之增加,且当沉积1600循环时,织物的接触角高达150.19°,达到超疏水效果。通过圆盘耐磨仪对织物进行摩擦测试,对比结果表明ALD处理程度越高,织物的耐磨性越强。通过SEM、TEM和EDS检测,证实了经过ALD处理的棉纤维表面被覆盖了一层TiO2涂层,此外,热重分析结果表明了ALD提升了织物的煅烧残留率。最后,本文将织物进行不同程度的耐磨测试,选取Ti元素含量相近的上述两种方式处理得到的织物,并对比两种织物各种物理性能的摩擦耐久性。通过红外阻隔性能及接触角测试,结果表明ALD不仅使棉织物拥有更好的红外阻隔性能及疏水性能,而且ALD处理的棉织物红外阻隔及疏水耐久性比一步偶联法处理的棉织物更好。通过电镜照片发现织物在磨损之后,表层的纤维断裂,部分区域变薄,这一现象也可以很好的说明织物性能降低的原因。本课题介绍了一步偶联法和原子层沉积两种织物后整理方法,通过对两种不同方式处理棉织物进行性能测试,结果表明了通过一步偶联法及原子层沉积法均可以显著地提升织物的红外阻隔性能、疏水性能及耐磨性能。其中,原子层沉积由于均匀稳定的涂层方式,使其可以让织物拥有更好的耐久稳定性。因此,可将原子层沉积应用于织物的各种功能性整理领域当中。
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