【热点导读】：环境污染的绿色化 环境污染与人体健康论文 环境保护论文:如何保护全球环境
论碱性荧光染料特性影响
精品
源自地
理
科
碱性硅溶胶是由无定形二氧化硅聚集颗粒在水中均匀分散形成的胶体溶液.碱性硅溶胶制备工艺简单,且具有良好的粘合性能,可用来制备功能性纺织品.[1-4]通过对溶胶进行化学或物理改性,使纳米溶胶膜具有许多新的性能,整理到织物上还可大幅度改变织物的性能,如有效提高织物的各项染色牢度、耐磨碱性硅溶胶改性及其对荧光黄耐光性能影响强度、抗静电性、阻燃性等.[5-9]由于棉织物耐酸性差,对无机酸极不稳定,即使很稀的硫酸也会使其受到破坏,因此采用氨水为催化剂制备碱性硅溶胶再对织物进行整理.荧光染料广泛应用于服装、玩具、警示标志等方面,色彩明亮,用于织物染色时,可提高织物的饱和度和鲜艳度.水溶性荧光黄是一种芘类荧光染料,用于棉织物的染色耐光性较差.[10-11]本文选择偶联剂GPTMS对碱性硅溶胶进行改性,对其吸光度、粒径及其分布进行了分析,并对荧光黄染色棉织物进行整理,以期改善荧光染料的耐光性能.
1试验
1.1材料与仪器织物:25tex×25tex524根/10cm×283根/10cm纯棉府绸;试剂:无水乙醇(C2H5OH)、氨水(NH3?H2O)、正硅酸乙酯(TEOS)(均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司),γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)(工业级,荆州市江汉精细化工有限公司),水溶性荧光黄(工业级,义乌市兴玲颜料有限公司).仪器:上海尤尼柯仪器有限公司UV-2802S紫外可见分光光度仪,英国MALVERN公司Nano-ZS90纳米粒度及Zeta电位分析仪,美国ThermoNicolet公司NEXUS670红外光谱仪,瑞士梅特勒-托多利仪器有限公司TGA/SDTA851e热分析仪,美国X-Rite公司X-Rite8400电脑测色配色仪.
1.2改性硅溶胶的制备将TEOS、C2H5OH、去离子水(H2O)、NH3?H2O依次加入反应瓶中[n(TEOS+GPTMS)∶n(C2H5OH)∶n(H2O)∶n(NH3?H2O)=1∶5∶5∶0.04],在50℃水浴中振荡反应2h,将GPTMS滴加到混合液中[n(TEOS)∶n(GPTMS)=10∶0、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5],继续反应3h,陈化密封存放.
1.3改性硅溶胶的表征可见光吸收谱图:取0.05mL荧光溶胶和荧光染液稀释400倍,装入到石英玻璃比色皿中.在25℃,通过紫外-可见分光光度计扫描其在400~680nm的可见光吸收谱图.粒径及其分布:将制备好的样品稀释后向粒径分析皿中移取约3mL,用盖将皿密封,放入Zeta电位及粒径分析仪中,待试样平衡至25℃后测试.红外光谱:采用红外光谱仪,使用InGaAs探测器,ATR模式在400~4000cm-1对试样进行测试.热重分析:称取约10mg样品,使用热分析仪,在氮气氛围下进行热重分析,保护氮气流量为20mL/m清洗氮气流量为20mL/min,升温区间为25~800℃,升温速率为10℃/min.
1.4改性硅溶胶处理荧光黄染色织物工艺织物染色:将织物在含荧光染料0.5%的染液中二浸二轧(浸轧压力4.5×105Pa,轧余率70%)→烘干(80℃,3min).溶胶处理染色织物:将染色织物在溶胶中二浸二轧(浸轧压力4.5×105Pa,轧余率70%)→预烘(80℃,3min)→焙烘(120℃,3min).1.5织物耐光性能测试将织物放在紫外灯下照射一段时间后取出,测试织物的反射率,记录织物反射率为100%的时间,即为耐晒时间.织物反射率采用测色仪CIE-lab测色系统,D65光源,10°视场测试,织物折叠4层,测量4次,取其平均值.
2结果与讨论
2.1偶联剂用量对改性硅溶胶性能的影响
2.1.1吸光度当光线射入改性硅溶胶分散体系时,一部分能自由通过,另一部分被吸收、散射或反射.为了研究改性情况,测定了不同偶联剂用量的改性硅溶胶的吸光度,结果如图1所示.从图1可知,改性硅溶胶的吸光度随改性剂GPTMS用量的增加先减小后增加,当n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3时,吸光度最小.原因是少量GPTMS改性硅溶胶,其表面有机成分阻止粒子的生长,所得溶胶粒径较小.当粒径小于测定波长时,粒径越小,散射或反射越弱,透射的就越多.随着GPTMS用量的增加,GPTMS自身缩聚的速度加快,溶胶粒径变大,散射增强,吸收减少.同时,随着波长的不断增加,改性硅溶胶的吸光度越来越小,说明改性硅溶胶粒子对波长较长的可见光的吸收较少,而对波长较短的紫外光的吸收较多.
2.1.2粒径及其分布从表1可知,随着GPTMS用量的增加,改性硅溶胶的粒径先减小后增加,且n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3时达到最小.可能原因是加入少量的GPTMS时,溶胶粒子表面的偶联剂有机链逐渐增加,阻碍了溶胶粒子的进一步增大,粒径减小;加入过量的GPTMS时,GPTMS包覆在二氧化硅粒子上,同时自身缩合速度加快,偶联剂产生“架桥作用”,使得粒径变大.由图2可知,未改性硅溶胶粒径分布较广,大多数为100nm以上,而n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3改性硅溶胶粒径分布大部分在100nm以内,这说明大部分硅溶胶已经被GPTMS改性.部分改性的硅溶胶粒子粒径很大,原因是:(1)部分溶胶粒子未被改性,在反应中一直增大;(2)在GPTMS滴加过程中,GPTMS部分浓度过高,引起自身缩合加剧,在溶胶粒子间架起“分子桥”,使得溶胶粒径变大.
2.2FT-IR谱图分析改性前后硅溶胶的FT-IR谱图见图3.从图3可知,改性硅溶胶和未改性硅溶胶样品在3419cm-1处均有—OH的伸缩振动,但未改性硅溶胶在此处有宽化的强吸收,这是纳米二氧化硅表面的硅醇基与表面吸附氢键缔合的伸缩振动峰,说明纳米二氧化硅表面含有丰富的羟基.改性后,这种吸收变窄,说明二氧化硅表面的部分羟基被GPTMS中的有机链封闭.在1100cm-1处均有Si—O—Si键的骨架伸缩振动峰,455cm-1处是Si—O—Si弯曲振动吸收峰,960cm-1处是Si—O—H的弯曲振动吸收峰,这说明改性和未改性硅溶胶均由Si—O—Si的网络结构组成.此外,改性硅溶胶在2938cm-1处有C—H的伸缩振动,为—CH2—基团;796cm-1处有Si—C吸收,1627cm-1处有微弱的振动,为C—O键.
2.3热失重分析从图4可知,在100℃以内,未改性硅溶胶约有10%的失重,主要是少量水分和无水乙醇蒸发所致.温度从100℃升至800℃,未改性硅溶胶逐渐失重,失重率约18%,原因是:(1)包裹在凝胶颗粒中的溶剂和水被进一步蒸发;(2)硅醇基团进一步缩合.改性硅溶胶在370℃以内约有5%的失重,说明GPTMS改性了硅溶胶,溶胶表面被大量的有机成分包裹,部分水分和无水乙醇被包裹在其中无法蒸发.超过370℃时,硅醇基团进一步缩合、部分有机成分分解和碳化,包裹在溶胶中的水和乙醇蒸发燃烧,失重率急速增大,800℃时,失重率约35%,比未改性的硅溶胶失重率增加约7%,这是硅溶胶粒子表面接枝的GPTMS分解造成的.
2.4改性硅溶胶对荧光黄染棉织物耐光性能的影响从图5中可知,经溶胶处理后织物的耐晒时间均有所增加,随着溶胶用量的增加,织物的耐晒时间先增加后减小,且当n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3时,耐晒时间最长,耐光性提高了38%.这是因为溶胶在织物表面形成膜层,封闭织物的微孔,阻止水分子参与光化学反应,提高光牢度.少量GPTMS改性硅溶胶处理织物,在织物表面的膜层薄而均匀,能够很好地阻止空气中的水分子进入纤维中,使染料不易发生化学反应.同时这层均匀的膜层对紫外光具有较好的吸收作用,透过膜层被染料吸收的紫外光相对减少,织物的耐光性能提高.当n(TEOS)∶n(GPTMS)大于7∶3时,溶胶在织物表面形成的膜的致密性下降,导致光线的射入较多,荧光染料对紫外光的吸收相对增加,织物的耐光性能下降.
3结论
采用偶联剂GPTMS对碱性硅溶胶进行改性,反应速度快,改性的溶胶更稳定.随着GPTMS用量的增加,改性硅溶胶的吸光度、粒径均是先减小后增加,当n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3时,改性硅溶胶的吸光度最小,粒径最小.FT-IR光谱和热失重分析表明,TEOS发生充分的水解和聚合后,生成具有Si—O—Si键的溶胶,二氧化硅表面含有丰富的羟基;改性硅溶胶的表面羟基与GPTMS发生甲氧基反应,从而被GPTMS的有机链取代.荧光黄染色棉织物经改性碱性硅溶胶整理后,织物的耐光性提高,且n(TEOS)∶n(GPTMS)=7∶3时,整理织物的耐光性提高了38.
