納米技術(shù)是當今新材料科學里一個非常重要的研究和開發(fā)領域， 各種納米材料的應用研究不斷發(fā)展和深化。在紡織業(yè)高新技術(shù)中， 提倡研究納米技術(shù)和功能材料制備新原理， 開發(fā)高性能多功能的納米智能整理技術(shù)。資源豐富、價格低廉的蒙脫土( MMT) 具有片層狀結(jié)構(gòu)， 通過插層或剝離方法， 使高聚物與蒙脫土層狀材料在納米尺寸上的復合， 可以提高聚合物基納米復合材料的一些性能。

      在紡織品功能整理過程中， 納米技術(shù)處理可以將納米材料導入纖維面料形成保護層， 利用納米材料獨特的物理、化學特性， 增加、提升面料的高強度、高熱變形溫度、防水、透濕、防污、抑菌、阻燃、耐磨、抗起毛起球等方面的功能特性。但是，要使涂層材料真正具有納米尺度和良好的性能，以及耐洗滌性、耐用性， 在目前的紡織行業(yè)是一個難題。

      聚丙烯酸酯( PA) 具有價格較低、性能較好的優(yōu)點， 被大量用于紡織品的功能整理劑或涂層整理劑。但是， 聚丙烯酸酯在紡織品上形成的涂膜存在耐磨性差、防水性差等缺點。聚氨酯( PU) 具有優(yōu)良的低溫性能、彈韌性、耐油、耐候性、耐磨、附著力等性能; 織物涂層水性 PU 后， 使之具有較好的防水、耐磨性、挺括、防皺和手感好等特點， 改善織物的起毛起球現(xiàn)象、提高抗靜電性。但是聚氨酯涂膜有耐水性、光澤、高溫性能差等缺點。

      根據(jù)聚氨酯和聚丙烯酸酯在性能上的互補性， 利用高分子共聚的原理， 以少量的水性聚氨酯對聚丙烯酸酯改性， 特別是采用蒙脫土插層技術(shù)， 制備水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯 /蒙脫土納米復合織物涂層整理劑( PUAM 納米復合乳液) ， 應用于紡織品的拒污、拒水、阻燃、抗菌等多功能納米涂層整理具有較好的開發(fā)前景。

1 蒙脫土的改性

      蒙脫土又稱蒙脫石或膨潤土， 是含水鋁硅酸鹽土狀礦物。主要成分為二氧化硅和三氧化二鋁， 內(nèi)有少量鈣、鎂、鉀等堿金屬。蒙脫土的層狀單元結(jié)構(gòu)是由兩個硅氧四面體層夾一個鋁氧八面體組成， 靠共用的氧原子連接。其中單片層厚約1nm， 長寬約 100nm， 片層之間的距離約 1． 2nm 左右。其層間的陽離子可以被有機分子交換， 形成具有親油性的有機蒙脫土。制備聚合物 /蒙脫土復合納米材料的關鍵是擴大蒙脫土的片層間距或者剝離， 在 1． 2nm ～3nm 片層間生成聚合物或者使蒙脫土片層嵌入聚合物基體中。如果沒有有機化改性， 鈉基化蒙脫土片層間距仍然較小， 很難被剝離。因此， 根據(jù)復合材料結(jié)構(gòu)和性能的需要， 設計不同程度的蒙脫土純化或有機化改性。

2.蒙脫土純化

      市售的蒙脫土或膨潤土主要含有 Ca2 + 、Mg2 +離子， 其 ζ—電位低、溶劑化( 水化層) 層薄， 粘土顆粒容易聚集， 面 － 面相對的片層結(jié)構(gòu)較少。蒙脫土純化的目的是拆開粘土泥漿內(nèi)原有的聚集結(jié)構(gòu)， 使邊 － 邊、邊 － 面結(jié)合更多地轉(zhuǎn)化為面 － 面相對排列， 使粘土顆粒間有足夠的靜電斥力及溶劑化層， 增加蒙脫土懸浮液的流動性和分散性， 有利于進一步增加片層間距或剝離。在純化過程中，如果在堿性介質(zhì)條件下， 片層表面負電荷增加， 使蒙脫土主要呈面 － 面有序排列， 分散性更好; 如果加入硅酸鈉或碳酸鈉等， 由于 Na + 離子的 ζ—電位高， 會交換出原土的 Ca2 + 、Mg2 + 離子， 使片層之間的靜電排斥力增強; 由于 Na + 離子的溶劑化層較厚， 也使片層之間的距離增加， 從使粘土顆粒在介質(zhì)中充分分散; 電離的 SiO3 2 － 、CO3 2 － 與原土上吸附的 Ca2 + 、Mg2 + 離子形成不可溶物或穩(wěn)定的絡合物， 促進了離子交換反應的平衡。

      一般的純化工藝是將蒙脫土分散在水中形成 5% ～ 20% 懸浮液。加入一定量的 Na2SiO3 或Na2CO3， 調(diào)節(jié) pH 值 pH10 ～ pH11， 在 40℃ ～ 80℃溫度下攪拌 6h ～ 12h， 使 Na + 離子充分交換蒙脫土的 Ca2 + 、Mg2 + 離子等， 形成 Na + 離子純化的蒙脫土。

3.蒙脫土有機化改性

      純化蒙脫土是一種層狀硅酸鹽聚集體， 片層的表面為硅酸鹽陰離子， 具有親水性， 片層之間主要是 Na + 。如果 Na + 被季銨鹽陽離子交換， 隨之進入片層的還有連接在季銨鹽陽離子上的長鏈烷基， 例如十二烷基、十六烷基、十八烷基等， 則在片層間由于長鏈烷基的存在， 片層間距增加， 使蒙脫土具有親油性。因此， 一些疏水性有機單體或其膠束可能被長鏈烷基包裹在片層之間， 例如丙烯酸酯單體、苯乙烯單體等， 通過引發(fā)聚合形成的聚合物存在于片層間或者撐開片層使之剝離， 制成有機 /無機納米復合乳液。蒙脫土有機化改性工藝有濕法、預凝膠法和干法。濕法工藝是將純化蒙脫土 5% ～ 20% 懸浮液與季銨鹽在 40℃ ～ 90℃ 溫度下進行離子交換反應， 然后洗滌去除游離 Cl － 離子， 再干燥、研磨成粉狀。蒙脫土的改性劑也可以選用小分子的胺類化合物、帶正離子的有機大分子單體等。利用二乙醇胺、三羥甲基甲胺等多羥基小分子銨鹽改性蒙脫土， 并采用少量聚乙烯醇預插層， 再與淀粉共混得到蒙脫土 /淀粉納米復合乳液。合成端羥基陽離子聚氨酯單體大分子改性蒙脫土， 可以得到含有活性羥基官能團的有機蒙脫土。

      那么如何測試或驗證有機化改性后的蒙脫土? 主要是通過 X － 衍射儀測定其衍射圖譜， 根據(jù)衍射峰和衍射角計算片層間距。蒙脫土的 X －R 圖譜有一定的衍射峰， 改性后蒙脫土的衍射峰發(fā)生偏移或者消失， 根據(jù)偏移的位移和強度可以計算片層距離的變化。例如十六烷基三甲基溴化銨取代原土離子， 可以使片層間距擴大至 1. 2nm～ 3. 0nm。如果衍射峰消失， 則說明蒙脫土片層發(fā)生了剝離。采用不同摩爾比 NCO /OH 制備端羥基陽離子聚氨酯單體大分子改性蒙脫土， X 射線衍射圖譜觀察到改性蒙脫土的層間距有 1． 438nm、1． 975nm、2． 025nm 等。

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