溶膠-凝膠法在織物功能整理中的應(yīng)用研究.pdf

1、溶膠-凝膠法是一種在低溫或穩(wěn)定條件下制備納米粉體、納米膜、納米塊狀材料等多種納米材料的重要方法，在軟化學(xué)合成領(lǐng)域占有重要地位。溶膠-凝膠法的化學(xué)過程為：將易于水解的金屬化合物（無機(jī)鹽或醇鹽）在有機(jī)溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過水解后形成活性單體，活性單體聚合成為溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，經(jīng)干燥、燒結(jié)等處理后得到所需的各種納米材料。溶膠-凝膠法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了紡織品的后整理中，如用于提高染色紡織品的耐摩擦與耐水洗牢度、賦予紡織品拒水

2、拒油功能、改變紡織品的光吸收性能、制備導(dǎo)電及磁性紡織品等。本文主要研究采用這種簡(jiǎn)便的方法在紡織品功能化中的三種應(yīng)用：溶膠-凝膠法制備pH變色紡織品，溶膠-凝膠法制備負(fù)載氧化鋅織物及其耐水洗牢度的提高，通過溶膠-凝膠薄膜控制載藥紡織品的藥物釋放特征。
　　我們通過將pH指示劑包裹進(jìn)溶膠體系中并整理到織物上制備了pH變色紡織品。結(jié)果表明經(jīng)溶膠處理后織物表面覆蓋有連續(xù)薄膜，織物原有的溝槽結(jié)構(gòu)消失，指示劑分子的加入會(huì)影響溶膠的縮聚過程，使

3、薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破損。溶膠的加入對(duì)各指示劑溶液體系的顏色變化不會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)著色織物變色性能的研究表明，普通染色織物在水洗后指示劑大量泄露無法指示pH值的變化，而溶膠處理織物中溴甲酚綠與溴百里香酚蘭組分在水洗后仍可通過肉眼進(jìn)行識(shí)別。由織物的斷裂強(qiáng)度測(cè)試可知，普通染色織物的拉伸強(qiáng)力大幅降低，而經(jīng)溶膠處理后其力學(xué)性能有所恢復(fù)。
　　對(duì)指示劑在不同基質(zhì)上的變色機(jī)理研究表明甲基紅分子的變色是由于發(fā)生了偶氮與腙式結(jié)構(gòu)間的異構(gòu)化，在織物上可以看到

4、腙式結(jié)構(gòu)中的C=N振動(dòng)，而無法看到偶氮結(jié)構(gòu)中的N=N伸縮振動(dòng)，在凝膠中可以識(shí)別N=N振動(dòng)，但僅有一個(gè)特征峰存在，此外由于凝膠的包裹C=N振動(dòng)變得不明顯。溴甲酚綠分子表現(xiàn)為磺酸內(nèi)酯與磺酸根間的互變異構(gòu)，這樣的變化同樣出現(xiàn)在所染織物中，凝膠中由于溴甲酚綠分子體積較大，互變異構(gòu)受到了阻礙，酸性條件下同時(shí)出現(xiàn)了兩種異構(gòu)體。
　　溫度對(duì)凝膠的縮聚結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生重要影響，結(jié)果表明60℃條件下各溶膠組分中的無機(jī)部分即可完成縮聚形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，而120

5、℃下可以實(shí)現(xiàn)3-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷中的環(huán)氧基開環(huán)縮聚，加入1-甲基咪唑可同時(shí)催化有機(jī)與無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。此外由于三乙氧基苯基硅烷中大體積苯環(huán)的影響，3-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷與硅酸乙酯組分具有更高的無機(jī)交聯(lián)度。
　　對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)與指示劑相互作用的研究表明甲基紅分子可能與硅溶膠間產(chǎn)生了-Si-O-C-結(jié)構(gòu)，且在制備條件下帶正電的甲基紅分子可以起到橋聯(lián)電負(fù)性的硅醇分子的作用，進(jìn)而增加了包含甲基紅分子溶膠的縮聚程度；溴甲

6、酚綠分子體積大，約為甲基紅的二倍，其對(duì)硅醇分子的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用，使含有溴甲酚綠指示劑的溶膠體系縮聚程度降低。
　　對(duì)著色織物耐泄露穩(wěn)定性的研究表明，3-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷與硅酸乙酯在1-甲基咪唑的催化下所形成的凝膠層對(duì)指示劑分子擁有最佳的固著效果，但由于整理織物表面形成了致密薄膜而無法變色，在不加入1-甲基咪唑的情況下溴甲酚綠與溴百里香酚蘭分子也可以達(dá)到指示劑分子不泄漏、且保留變色能力的效果，而甲基紅與苯酚紅指示劑由

7、于其較小的分子體積，實(shí)驗(yàn)中所采用的幾種溶膠組分均無法對(duì)它們進(jìn)行有效的包覆固定。
　　通過溶膠-凝膠法制備了負(fù)載氧化鋅織物并測(cè)定其光催化性能，結(jié)果表明整理織物表面呈現(xiàn)出了典型的六角形氧化鋅衍射特征峰，通過Scherrer公式計(jì)算出其粒徑約為12nm。熱失重分析表明織物的熱分解分為三個(gè)階段：失水、有機(jī)化合物分解及碳化脫水，織物上負(fù)載的氧化鋅含量約為12wt.％。光催化研究表明，負(fù)載氧化鋅織物對(duì)亞甲基藍(lán)具有良好的分解能力與效率，在三次循

8、環(huán)過程中其光降解能力呈降低趨勢(shì)，其降解速率符合Langmuir-Hinshelwood方程的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在多次水洗后光催化效率有顯著下降，表明氧化鋅與織物間結(jié)合力弱，水洗會(huì)導(dǎo)致氧化鋅顆粒從織物表面脫落。
　　以3-巰丙基三乙氧基硅烷制備了一種耐水洗的氧化鋅負(fù)載織物，結(jié)果表明以純氧化鋅顆粒納米整理的織物表面存在大量的顆粒聚集體，加入溶膠后，由于兩者的配位作用氧化鋅顆?？梢跃鶆虻胤植荚谀z層中，覆蓋于織物表面。通過熱分析計(jì)算出了兩

9、種織物在10wt.%濃度下的氧化鋅含量分別為3.04wt.%與8.74 wt.%，其中溶膠+氧化鋅整理織物的含量更高。對(duì)整理織物抗菌性能的研究表明氧化鋅+溶膠整理織物對(duì)兩種細(xì)菌均表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑制能力，抑菌區(qū)域約為13mm，而純氧化鋅整理織物對(duì)金黃色葡萄球菌具有更強(qiáng)的抑制效果。對(duì)水洗效果的研究表明氧化鋅+溶膠整理織物在經(jīng)歷10次水洗后仍具有良好的抗菌性與抗紫外性，而氧化鋅整理織物的兩種性能會(huì)隨著水洗次數(shù)的增加而不斷降低。
　　以葉綠

10、素銅鈉鹽及鹽酸小檗堿對(duì)棉織物進(jìn)行吸附，研究其吸附動(dòng)力學(xué)與吸附熱力學(xué)，結(jié)果表明，二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程具有最高的擬合度，而離子擴(kuò)散模型說明吸附為雙階段過程，第一步為客體分子擴(kuò)散至纖維表面，速度很快，第二部為客體分子向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，速度緩慢為控制步驟。對(duì)吸附熱力學(xué)的研究表明，鹽酸小檗堿在普通棉織物上的吸附為一個(gè)自發(fā)的放熱過程，其吸附熵與吸附焓均為負(fù)值，而葉綠素銅鈉鹽可以使水形成規(guī)整排列的類冰結(jié)構(gòu)，在吸附至織物上后使整個(gè)體系的紊亂程度增加，故吸附熵為

11、正值。
　　對(duì)兩種藥物的吸附等溫線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明鹽酸小檗堿的吸附符合弗萊因德利胥模型，同時(shí)對(duì)朗繆爾模型也具有較高的擬合度，說明此過程以物理非定位多層吸附為主，同時(shí)也存在一定程度的化學(xué)吸附；葉綠素銅鈉鹽對(duì)陽離子棉的吸附則完全符合朗繆爾模型，這是由于二者之間存在很強(qiáng)的靜電引力，同時(shí)計(jì)算得到了不同溫度下的吸附飽和值與朗繆爾系數(shù)。
　　對(duì)兩種藥物在整理織物上的釋放研究表明，鹽酸小檗堿的釋放機(jī)理隨溶膠組分的改變而不同，在空白織物及

12、硅酸乙酯整理織物上的釋放符合Higuchi模型，其控制步驟為藥物的擴(kuò)散速率，而經(jīng)硅酸乙酯+丁烷四甲羧酸組分整理后，釋放機(jī)理變?yōu)榉狭慵?jí)動(dòng)力學(xué)的溶出介質(zhì)液面移動(dòng)控制型釋放；而由于葉綠素銅鈉鹽與陽離子棉織物中季銨基團(tuán)的引力作用，其釋放符合符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，在經(jīng)溶膠-凝膠整理后藥物的釋放速率有所降低。
　　對(duì)各載藥體系細(xì)胞毒性的研究表明，純棉織物具有最適合細(xì)胞生長(zhǎng)的環(huán)境，其次為只含有培養(yǎng)液的空白組，陽離子棉對(duì)細(xì)胞的增殖具有一定的抑制作