丝绵材料的正硅酸乙酯改性研究

【摘要】蚕丝享有纤维“皇后”的美誉，以其卓越的品质、深厚的文化底蕴闻名于世。近年来，随着人民生活质量的日益改善，生态环保意识、保健意识的逐渐加强，茧丝绸天然产品的回归顺应了市场的消费需求，特别是异军突起的丝绵产品备受消费者的青睐。但丝绵产品在使用一段时间后，常会出现泛黄、缠结、粘连等缺点，影响其服用功能。因此，提高丝绵材料的生产技术和科研开发水平，合理改性丝绵纤维，增加丝绵产品的内在价值和附加值，使其性能更优良，功能更丰富，将有利于增强丝绵产品的市场竞争力。本课题利用正硅酸乙酯（TEOS）溶胶-凝胶法改善丝绵材料的压缩性能、保暖性能等，对比改性过程中使用不同催化剂的反应机理及效果，探究实验过程中各工艺条件对改性丝绵材料增重率的影响，并利用正交试验分析各实验因素水平对丝绵材料服用功能的综合影响，总结出改性丝绵材料的优化工艺。为进一步提高TEOS在NH4OH催化作用下改性丝绵材料的效果，提出先对丝绵进行微溶预处理后再进行改性的举措。同时使用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱、单纤维强力仪测试分析改性处理对丝绵纤维微观形貌、聚集态结构及机械力学性能等方面的影响。研究结果表明：（1）用TEOS溶胶-凝胶法改性处理丝绵材料，可以改善其压缩性能、保暖性能，且保持较好的吸、放湿性能。选用HCl作催化剂时的改性效果优于NH4OH作催化剂时，在前者的改性过程中，用水量对丝绵材料高湿度下的压缩率、压缩回弹率有显著影响，超声波处理时间的影响次之，HCl浓度和醇用量的影响则很小；而其吸、放湿性能显著受HCl浓度的影响；（2）使用不同的催化剂，TEOS溶胶-凝胶法改性丝绵材料的机理不同。在HCl催化作用下，TEOS水解聚合后在丝绵纤维上生成三维网状结构的SiO2，它以膜状形式包覆在纤维的表面，改性后纤维的增重明显。在NH4OH催化下，TEOS溶胶-凝胶法获得小分子量的颗粒状SiO2，它在超声波作用下，可以少量地填埋进入丝绵纤维的微孔中；（3）丝绵材料经TEOS溶胶-凝胶法改性处理后，纤维内部的部分无规则构象向β-折叠转变，新的氢键、共价键在丝绵分子之间和肽链之间生成，丝绵的分子结构变得更为紧密，分子取向度、结晶度增大，纤维的强度、初始模量增大，蠕变和应力松弛曲线变得缓和。这些现象在以NH4OH为催化剂时，不同的TEOS溶胶-凝胶法改性工艺之间表现出明显的差异，且其纤维强度、初始模量的增大程度与纤维上SiO2的增重率成正相关的关系，故以NH4OH为催化剂，提高TEOS改性丝绵时其纤维上SiO2的含量，可进一步提高改性效果；（4）TEOS溶胶-凝胶法在NH4OH催化下改性处理丝绵材料前，先对丝绵进行适当的微溶处理，可进一步提高其产品在压缩性能上的改善效果，这与丝绵经微溶处理后，其纤维上的微孔在数量、尺寸上有所增加有关。
【作者】马施琼；
【导师】吴湘济；
【作者基本信息】上海工程技术大学，服装设计与工程，2014，硕士
【关键词】正硅酸乙酯；丝绵；溶胶-凝胶法；SiO2；压缩性能；

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