热致变色杂化硅溶胶的制备及其应用研究

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目前,电子授受类热致变色复合材料是织物热致变色整理方法中应用较为广泛的一种染料,但纤维本身对此类复合材料没有亲和力,虽然此前有研究者采用粘合剂将包裹了热致变色复合材料的微胶囊整理到织物上,赋予织物热致变色性能,但后整理过程中使用粘合剂只能将其粘结于织物表面,不但容易造成得色不均的后果,而且整理后织物手感发硬粗糙。而借助于溶胶-凝胶技术,将杂化了热致变色复合材料的硅溶胶通过浸染在纤维表面缩合形成透明且具有良好附着力的三维网状结构,成为热致变色复合材料“栖息”的载体。这层硅溶胶形成的三维网状结构不但在后整理过程中替代了粘合剂的功用,还比以有机高聚物为壁材的微胶囊有更好的化学、机械稳定性,更使整理后的纺织品得色均匀。因此,本文探讨了结晶紫内酯—双酚S—十六醇热致变色体系的变色机理,并利用溶胶—凝胶技术,采用StOber法对硅溶胶进行两种方法改性,优化出适用于纺织品整理的热致变色复合材料的改性硅溶胶载体的制备工艺,将所得的两种杂化改性硅溶胶用于织物的热致变色整理,为纺织品热致变色整理探索出一种新的工艺简单且稳定性更好地后整理工艺。本文的主要研究内容如下:首先,本文以结晶紫内酯为电子给予体,双酚S为电子接受体,以十六醇为电子授受反应介质制备出可逆热致变色复合材料,通过对复合材料的红外光谱、DSC、核磁共振图谱测试对可逆热致变色复合材料的热致变色机理进行探讨。并推断出复合材料中结晶紫内酯在发色时并没有开环,只是受双酚S作用发生了电子云密度变化而产生深色效应。可逆热致变色材料的变色温度范围与溶剂十六醇的熔程有关,当溶剂由固态转变为液态时,溶剂的分子热运动加剧,破坏了双酚S和紫内酯的不稳定结构,复合材料褪色。其次,研究者们多采用先制备高浓度硅溶胶,再用乙醇对溶胶稀释后应用到后整理中,对制备工艺条件的研究也主要集中于高浓度的硅溶胶。但经过实验后笔者发现高浓度的硅溶胶稳定性差、粘度大,而且团聚的溶胶粒子之间也会发生交联反应,因此经过乙醇的稀释也很难得到尺寸均匀的溶胶。因此,本文以金属醇盐——正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体,盐酸为催化剂,采用水—乙醇作为共溶剂,并分别用γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和苯基三乙氧基硅烷(PhTES)为改性剂对其进行改性。研究制备适宜纺织品整理的低浓度硅溶胶时水、乙醇加入量、催化剂用量改性剂用量对制得的硅溶胶载体性质的影响,优化制备工艺,制备稳定、透明、均匀、及成膜性良好且对处理样机械性能影响小的改性纳米硅溶胶载体。对两种改性硅溶胶进行测试后发现:经GPTMS改性后的硅溶胶载体与未改性硅溶胶载体相比,溶胶稳定性增加,成膜后柔韧性更好;经PhTES改性后的硅溶胶载体与未改性的硅溶胶载体相比,硅溶胶的稳定时间缩短,成膜后疏水性能提高。最后,本文研究了整理液中热致变色材料所占比重、焙烘条件以及改性剂等因素对所制备织物热致变色性能的影响,也考察了两种改性剂对整理织物的耐摩擦色牢度以及物理机械性能的影响,研究表明:(1)整理液中热致变色材料所占比重对所制备的热致变色织物变色能力有较大影响,而且改性剂的加入也会影响生成凝胶的包覆能力。(2)焙烘作为一种热处理手段,对所制备的热致变色织物的变色性能有较大影响,且PhTES改性溶胶整理液处理样受焙烘条件的影响更小,在热处理过程中其湿凝胶更容易脱去水分子转化为结构更加致密的干凝胶。(3)改性后的溶胶整理液整理样具有更好地耐干、湿摩擦牢度;GPTMS改性溶胶整理液处理样的机械性能更好,手感更加顺滑丰盈。
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