纳米二氧化钛在经纱上浆中的作用机制.docVIP

纳米二氧化钛（同VK-T25F）在经纱上浆中的作用机制 摘要：为了改善淀粉的上浆性能，减少PVA浆料的用量，可在淀粉浆液中加入纳米二氧化钛（同VK-T25F）。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和傅里叶变换衰减全反射红外光谱对纳米级无机浆料添加剂的作用机制进行了研究。结果表明：纳米二氧化钛（同VK-T25F）能显著改善淀粉浆膜表面和断裂截面以及浆纱表面的平滑性和均匀性；纳米二氧化钛（同VK-T25F）和淀粉之间存在较强的氢键作用，这一作用可能与纳米二氧化钛（同VK-T25F）表面丰富的羟基有关。 纳米二氧化钛（同VK-T25F）能在某些纯棉织物的经纱上浆中全部取代PVA浆料，在涤、棉织物的经纱上浆中部分取代PVA浆料这类浆料添加剂已引起了浆料、浆纱企业的广泛关注。纳米二氧化钛（同VK-T25F）添不会与淀粉发生化学反应，对淀粉浆液的黏度和黏度热稳定性基本无影响，能在一定程度上提高变性淀粉浆液对纯棉和涤／棉粗纱的粘附力，对淀粉的浆膜性能也有一定程度的改善 。本文采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(FF-IR ATR)进一步研究了纳米二氧化钛（同VK-T25F）改善淀粉浆液上浆性能的作用机制。 1 实验部分 1．1 材料 将纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散成的乳白色纳米二氧化钛分散液，含固量15％(质量分数)，pH值8.5；酸变性淀粉；纯变性淀粉浆膜；添加2％纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液的变性淀粉浆膜；14.5 tex纯棉原纱；纯变性淀粉上浆的14.5 tex纯棉纱(上浆率9.5％)；2％纳米二氧化钛分散液／98％ 变性淀粉上浆的14.5 tex纯棉纱(上浆率9.8％)。 1．2 仪 器 Zwick万能材料试验机；Nexus傅里叶变换红外光谱仪；Quanta．200扫描电子显微镜；CSPM3300原子力显微镜。 1．3 方 法 1．3．1 扫描电子显微镜观察 将纯变性淀粉浆膜和含2％纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液的变性淀粉浆膜在Zwick万能材料试验机上拉伸至断裂，然后在扫描电子显微镜下观察其拉伸断裂截面。在扫描电子显微镜下观察14.5 tex纯棉纱、纯变性淀粉上浆的纯棉纱以及含2％纳米二氧化钛分散液的淀粉浆上浆的纯棉纱的表面形态。 1．3．2 原子力显微镜观察 在原子力显微镜下观察纯变性淀粉浆膜和含2％纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液的变性淀粉浆膜的表面形貌。 1．3．3 衰减全反射红外光谱分析 测试纯变性淀粉浆膜、含1.5％和2％纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液的变性淀粉浆膜的衰减全反射红外光谱。 2 结果与讨论 2.1 纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液对浆膜断裂截面形态的影响，在12万倍扫描电子显微镜下观察到的纯变性淀粉浆膜和2％纳米二氧化钛分散液／98％变性淀粉混合浆膜的拉伸断裂截面。 从浆膜断裂截面的电镜照片可以看到，纯变性淀粉浆膜的断裂截面粗糙、凹凸不平。添加2％纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液后的变性淀粉浆膜断裂截面整齐、光滑。这可能是纯变性淀粉浆液成膜时不够均匀，浆膜存在缺陷或薄弱之处，受到外力作用时，浆膜会在这些地方断裂。添加纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液后，由于纳米粒子的比表面积大，纳米粒子与淀粉基体之间的接触面积很大，使得淀粉高分子链之间的相互作用得到加强，使成膜光滑、均匀，减少了浆膜的薄弱点，当浆膜受到外力作用时，能缓解这些地方的应力集中现象，使浆膜的韧性得到提高，浆膜的断裂强度比纯变性淀粉浆膜高。 2．2 纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液对浆膜表面形态的影响 浆膜表面原子力显微镜照片可以看出，纯变性淀粉浆膜的表面较粗糙，颗粒较大，表面凹凸明显。而加入纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液后，浆膜表面的颗粒明显变小，凹凸程度也明显减小。在摩擦力的作用下，前者膜的表面受到的磨损较大，后者膜的表面受到的磨损相对较小，因此加入纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液后，淀粉浆膜的耐磨性能将有所提高。 2．3 纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液对上浆纱表面形态的影响 经过上浆后，纱线表面的毛羽几乎没有了，但上浆纱表面很光滑、均匀，这可能是因为在变性淀粉中添加了纳米颗粒后，使得浆料更容易渗透到纱线内部，从而贴服毛羽，使表面变得光滑。这表明添加了纳米二氧化钛（同VK-T25F）分散液后，提高了淀粉浆液对纱线的被覆效果。 2．4 浆膜的衰减全反射红外光谱分析 纳米氧化物表面含有丰富的羟基，而且活性很高。一般纳米氧化物表面的羟基都在20％ 以上，最高的可达40％ 。 为了探讨纳米氧化物与变性淀粉之间的作用机制，考察羟基是否在它们之间起了关键作用，本文对纯变性淀粉浆膜和添加了纳米级浆料添加剂的变性淀粉浆膜进行了衰减全