纳米自清洁技术在鞋材非织造布领域中的应用

【摘要】： 鞋是人们日常生活的必需品，鞋材良好的自清洁性能将对保证鞋的清洁、美观以及去除气味有着至关重要的作用，因此开发鞋材用自清洁整理剂有深远的研究意义和广阔的市场前景。 本文重点讨论了织物自清洁技术的理论基础。本文采用的自清洁技术包括：1．使用拒水拒油整理剂EX910E对织物进行功能整理，使织物具有拒水拒油性能。2．使用有机氟整理剂来塑造织物低表面张力的拒水表面，借助极大比表面积的纳米粒子来提高粗糙因子，以构造出合适的微结构形成粗糙表面。通过模拟荷叶效应，设计出一种纳米自清洁整理织物。3．发挥光触媒分解有机物的特点，研究了纳米材料的光催化自清洁特性，开发研制一种复合纳米光触媒自清洁整理剂。并通过正交试验优化工艺，得到鞋材自清洁整理剂的最佳组成配方和整理工艺。拒水拒油类及荷叶效应类自清洁织物拒水性能达到9级，拒油性能达到7级。光触媒类自清洁织物在紫外光及日光下均表现出很好的降解有机污物的能力。 结合拒水拒油类和光触媒类自清洁织物特点，研究了结合拒水拒油和光催化降解有机物双重功效的自清洁整理剂。通过使用硅烷偶联剂使纳米TiO_2分散稳定，并起到连接纳米TiO_2与有机氟整理剂的作用。 针对光触媒类产品标准缺少的现状，建立了自清洁纺织品测试方法。经实验验证，该方法较好的表征了光触媒自清洁织物的性能，对自清洁纺织品的基础研究和应用开发研究具有重要的理论指导意义和实际意义。 本课题还研究了光触媒类自清洁织物的自清洁动力学特征，对光触媒类自清洁整理织物在紫外光及日光照下的动力学行为进行研究。结果表明自清洁织物的自清洁行为为一级反应，符合Langmuir-Himshelwood方程。在紫外光下，经TiO_2整理后的织物的自清洁速率常数最大，说明在紫外光的照射下TiO_2的光催化反应速度最快；在日光下经复配ZnO-TiO_2整理后的织物TiO_2光催化反应速度最快。 【关键词】：自清洁 非织造布 荷叶效应 光触媒 动力学
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TS17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题来源及意义9
• 1.2 国内外研究进展9-11
• 1.2.1 含氟有机硅类自清洁纺织品9-10
• 1.2.2 仿荷叶效应自清洁纺织品10
• 1.2.3 光触媒纳米自清洁纺织品10-11
• 1.3 课题研究内容11-13
• 1.3.1 纳米粉体分散稳定性研究11
• 1.3.2 纳米自清洁整理剂的制备11-12
• 1.3.3 探索两种自清洁功能结合的纳米自清洁织物12
• 1.3.4 运用动力学理论评价织物自清洁效果12-13
• 第二章 纳米自清洁技术的理论基础13-27
• 2.1 纳米技术13-15
• 2.1.1 表面效应14
• 2.1.2 体积效应14
• 2.1.3 量子尺寸效应14-15
• 2.2 拒水拒油机理15-19
• 2.2.1 接触角15-16
• 2.2.2 粗糙度因子16
• 2.2.3 拒水拒油整理剂机理16-17
• 2.2.4 荷叶效应17-19
• 2.3 光触媒19-21
• 2.3.1 一般机理19-20
• 2.3.2 光催化自清洁机理20
• 2.3.3 TiO_2的局限性和解决办法20-21
• 2.3.3.1 贵金属沉积20-21
• 2.3.3.2 过渡金属掺杂21
• 2.3.3.3 半导体复合21
• 2.4 纳米粒子的分散稳定21-23
• 2.4.1 团聚22
• 2.4.2 分散22-23
• 2.4.2.1 物理分散法22-23
• 2.4.2.2 化学分散法23
• 2.5 偶联剂23-27
• 2.5.1 偶联剂种类23-25
• 2.5.2 偶联剂机理25-27
• 第三章 实验及测试方法27-38
• 3.1 实验药品及织物27
• 3.2 实验设备、仪器27-28
• 3.3 实验方法28-34
• 3.3.1 纳米粒子分散性实验28-29
• 3.3.1.1 基本操作过程28
• 3.3.1.2 纳米TiO_2的分散:28-29
• 3.3.1.3 纳米ZnO的分散29
• 3.3.1.4 纳米SiO_2的分散:29
• 3.3.2 含氟拒水拒油整理剂整理工艺29-30
• 3.3.3 仿荷叶效应织物整理30-32
• 3.3.3.1 有机氟整理剂添加纳米SiO_2粒子30-31
• 3.3.3.2 有机氟整理剂添加纳米ZnO粒子31
• 3.3.3.3 有机氟整理剂添加纳米SiO_2、ZnO粒子(复配)31-32
• 3.3.4 光触媒类自清洁织物整理32-33
• 3.3.4.1 纳米TiO_2粒子整理织物32
• 3.3.4.2 纳米TiO_2与其他纳米粒子复配整理织物32-33
• 3.3.5 纳米TiO_2与拒水拒油整理剂协同效应实验33-34
• 3.3.5.1 偶联剂用量实验33-34
• 3.3.5.2 加料顺序的选择实验34
• 3.4 测试及评价方法34-38
• 3.4.1 分散体系评价方法34-35
• 3.4.2 拒水性能测试方法35
• 3.4.3 拒油性能测试方法35
• 3.4.4 织物透气性测试方法35-36
• 3.4.5 光触媒自清洁织物分级标准36-38
• 第四章 织物自清洁整理工艺及性能研究38-58
• 4.1 纳米粒子分散性研究38-42
• 4.1.1 纳米TiO_2分散体系评价38-40
• 4.1.1.1 分散剂的选择试验结果与讨论38-39
• 4.1.1.2 分散剂的用量试验结果与讨论39-40
• 4.1.2 纳米ZnO的分散性研究40-41
• 4.1.2.1 分散剂的选择40-41
• 4.1.2.2 分散剂的用量选择41
• 4.1.3 纳米SiO_2的分散41-42
• 4.2 拒水拒油整理性能研究42-48
• 4.2.1 拒水拒油整理工艺优化42-44
• 4.2.2 SiO_2荷叶效应拒水拒油性能研究44-45
• 4.2.3 纳米ZnO荷叶效应拒水拒油性能研究45-47
• 4.2.4 纳米ZnO、SiO_2粒子复配模仿荷叶效应47-48
• 4.3 拒水拒油整理织物自清洁效果实测48-49
• 4.4 光触媒自清洁织物性能研究49-53
• 4.4.1 光触媒TiO_2自清洁织物光催化能力评价及整理工艺优化49-50
• 4.4.2.光触媒TiO_2与其他纳米粒子复配整理织物的自清洁效果50-51
• 4.4.3 光触媒自清洁织物性能51-53
• 4.5 光触媒与拒水拒油整理剂的协同效应研究53-58
• 4.5.1 取长补短,探索两者结合的可行性53-54
• 4.5.2 偶联剂的作用机理54-55
• 4.5.3 拒水拒油整理剂与纳米粉体的拼混性能55-56
• 4.5.3.1 偶联剂用量的确定55
• 4.5.3.2 加料顺序的选择55-56
• 4.5.4 整理效果分析56-58
• 4.5.4.1 整理工艺56
• 4.5.4.2 整理后织物透气性测试56
• 4.5.4.3 自清洁性能分析56-58
• 第五章 光催化自清洁整理织物动力学分析58-74
• 5.1 动力学方程58-60
• 5.1.1 反应速率58
• 5.1.2 反应级数58-59
• 5.1.3 光催化动力方程59-60
• 5.2 光催化动力学分析60-71
• 5.2.1 纯TiO_2光催化动力学分析61-65
• 5.2.1.1 紫外线照射61-63
• 5.2.1.2 自然光线照射63-65
• 5.2.2 TiO_2复配ZnO光催化动力学分析65-68
• 5.2.2.1 紫外线照射65-66
• 5.2.2.2 自然光线照射66-68
• 5.2.3 TiO_2复配SiO_2光催化动力学分析68-71
• 5.2.3.1 紫外线照射68-69
• 5.2.3.2 自然光线照射69-71
• 5.3 结果分析与讨论71-74
• 第六章 全文结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文以及参加科研情况79-80
• 致谢80

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