纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其包括步骤：将无水乙醇、去离子水和氨水混合后，在反应温度25℃～30℃下搅拌均匀，加入4:1的无水乙醇和正硅酸乙酯混合液，得到二氧化硅反应液，将上述反应液搅拌3-5min后反应24～32小时，得到的胶体微球悬浮液，离心分离得到二氧化硅胶体微粒；将二氧化硅胶体微粒用无水乙醇稀释，得到二氧化硅胶体微粒悬浮液，将基底织物浸渍在该悬浮液，并进行凝胶老化和超临界干燥，得到二氧化硅改性复合织物；上述二氧化硅反应液中氨水的浓度为0.28～0.54mol/L，水的浓度为4.15～6.68mol/L，正硅酸乙酯的浓度为0.10～0.35mol/L。本发明二氧化硅胶体微粒可以均匀的覆盖在织物表面，得到的二氧化硅改性复合织物还具有良好的阻燃性能。
【专利说明】纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学合成织物技术，尤其是涉及一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法。
【背景技术】
[0002]由于纳米材料所具有的“小尺寸效应”、“界面效应”、“量子尺寸效应”和“宏观量子隧道效应”，使得纳米材料在结构、光电、磁和化学性质等方面表现出与普通材料不同的特异性。
[0003]二氧化硅(S12)气凝胶是典型的纳米孔超级隔热材料，是一种纳米颗粒相互聚集而成的纳米多孔材料，具有许多特殊的性质，如高比表面积、低密度、高孔隙率、低热导率，是目前发现的最轻、隔热效果最好的固体材料。
[0004]当S12气凝胶胶体微球为结构单元通过自组装方法构建胶体晶体的研究成果已经有大量报道，胶体晶体结构是一类具有周期性排列结构的介电材料，其最显著的特征是具有光子禁带，当可见光落入该禁带时，特定波长的光将不能通过，而在表面发生相干衍射，产生绚丽的结构色，具有高亮度、高饱和度、永不褪色等特征。
[0005]因此，如何通过控制S12气凝胶微粒与纺织物复合，控制复合织物的颜色，成为当前急需解决的技术难题之一。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，通过控制S12气凝胶微粒粒径来调整改性复合织物的颜色。
[0007]本发明采用如下技术方案实现:一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其包括步骤:
[0008]a、制备二氧化硅胶体微粒:将无水乙醇、去离子水和氨水混合后，在反应温度25°C?30°C下搅拌均匀，加入4:1的无水乙醇和正硅酸乙酯混合液，得到二氧化硅反应液，将上述反应液搅拌3-5min后反应24?32小时，得到的胶体微球悬浮液，离心分离得到二氧化硅胶体微粒；
[0009]b、将二氧化硅胶体微粒用无水乙醇稀释，得到二氧化硅胶体微粒悬浮液，将基底织物浸溃在该悬浮液，在恒温恒湿环境下保持48?84小时，直至溶剂乙醇完全挥发后，并进行凝胶老化和超临界干燥，得到二氧化硅改性复合织物；
[0010]上述二氧化硅反应液中氨水的浓度为0.28?0.54mol/L，水的浓度为4.15?6.68mol/L,正娃酸乙酯的浓度为0.10?0.35mol/L。
[0011]其中，基底织物为涤纶、棉或高强度合成纤维制成。
[0012]其中，高强度合成纤维为芳酰胺纤维、碳纤维和高强度聚乙烯纤维的其中一种。
[0013]其中，所述超临界干燥是在温度为40_75°C及压力为15_30MPa的环境下进行。
[0014]其中，凝胶老化时间为2?12小时。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0016]本发明通过控制制备二氧化硅胶体微粒的粒径大小，采用重力沉降自组装法在基底织物上，二氧化硅胶体微粒大小均匀且外表光滑，可以均匀的覆盖在织物表面，并可以通过调整二氧化硅胶体微粒的粒径大小来调整改性复合织物的颜色。另外，由于二氧化硅胶体对二氧化硅改性复合织物表面的包裹使得其本身不易燃烧，也就是说，本发明提供的二氧化硅改性复合织物还具有良好的阻燃性能。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
[0018]本发明包括如下步骤:
[0019]首先，制备S12气凝胶(即二氧化硅胶体)微粒。
[0020]将无水乙醇、去离子水和氨水，打开恒温磁力搅拌器，控制反应温度25°C?30°C下搅拌1min(300r/min),混合均勻后加入4:1的无水乙醇和正娃酸乙酯混合液,得到二氧化硅反应液，其中，上述反应液中氨水的浓度为0.28?0.54mol/L，水的浓度为4.15?6.68mol/L,正硅酸乙酯的浓度为0.10?0.35mol/L ;将上述反应液快速搅拌3_5min后在一定转速(300r/min)和温度(25°C )下反应24-32小时，直到反应结束；将得到的胶体微球悬浮液利用离心机在6000r/min离心分离，分离后用去离子水和无水乙醇各清洗三次，并在温度80°C?90°C烘干，制得S12气凝胶微粒。
[0021]其中，氨水作为催化剂催化水解和缩聚反应制备S12气凝胶微粒，因此，氨水在上述反应液中浓度的增加将加快了正硅酸乙酯的水解速率和缩聚速率，易使大量低聚物聚合生成较大粒径的S12气凝胶微粒，但是，含量过高的氨水浓度将会导致聚集过程中发生S12气凝胶微粒的沉降，因此，本发明选择上述反应液中氨水的含量为0.28?0.54mol/L,以利于生成粒径合适的S12气凝胶微粒。
[0022]上述反应液中水含量的增大，正硅酸乙酯的水解速率变快，成核数目和聚合速率同时增加，生成的S12气凝胶微粒的粒径也随之增大。但是，过高的水含量会稀释氨水和正硅酸乙酯的浓度，反而易使S12气凝胶微粒的粒径减小。因此，本发明选择上述反应液中水的含量为4.15?6.68mol/L,既可合成单分散的S12气凝胶微粒，又可避免水用量过高生成粒径过小的S12气凝胶微粒。
[0023]上述反应液中正硅酸乙酯含量的增加，生成的S12气凝胶微粒的粒径也随之增大。但是，混合液中含量过高的正硅酸乙酯水解反应后会产生大量的离子，这些离子含量随正硅酸乙酯浓度增加而增加，减少S12气凝胶微粒表面负电性，增加发生聚集的可能性，因此过高浓度的正硅酸乙酯含量会导致S12气凝胶微粒单分散性的降低以并发生沉降，故本发明选择上述反应液中正硅酸乙酯的含量为0.10?0.35mol/L。
[0024]其次，将制备得到的二氧化硅胶体微粒用无水乙醇稀释，得到S12气凝胶微粒悬浮液。
[0025]最后，将作为基底的织物浸溃在S12气凝胶微粒悬浮液，在恒温恒湿环境下(25°C，相对湿度60% )保持48?84小时，直至溶剂乙醇完全挥发后，并进行凝胶老化，最后进行超临界干燥(所述干燥的温度为40-75°C，压力为15-30MPa)，得到二氧化硅改性复合织物。
[0026]其中，基底织物也可以为高强度合成纤维，比如为芳酰胺纤维、碳纤维、高强度聚乙烯纤维中的一种。
[0027]以下以一个优选实施例来进一步说明本发明:
[0028]制备S12气凝胶微粒时，将无水乙醇、去离子水和氨水，打开恒温磁力搅拌器，控制反应温度25°C下搅拌10min(300r/min),混合均勻后加入4:1的无水乙醇和正娃酸乙酯混合液，得到二氧化硅反应液，其中，上述反应液中氨水的含量为0.48mol/L，水的含量为
6.38mol/L,正硅酸乙酯的含量为0.32mol/L ;将上述反应液快速搅拌3min后在一定转速(300r/min)和温度(25°C )下反应24小时，直到反应结束；将得到的胶体微球悬浮液利用离心机在6000r/min离心分离，分离后用去离子水和无水乙醇各清洗三次，并在温度80°C烘干，制得S12气凝胶微粒。
[0029]经粒度测试仪测试S12气凝胶微粒，发现S12气凝胶微粒的平均粒径介于215.6nm?282.3nm。在电镜下观察S12气凝胶微粒，发现制备得到的S12气凝胶微粒表面光滑，球形度好，大小均一，具有良好的单分散性。
[0030]将将制备得到的S12气凝胶微粒用无水乙醇稀释至1.0wt%，超声分散均匀；先将作为基底的涤纶织物用去离子水超声清洗lOmin，然后将织物浸溃在S12气凝胶微粒悬浮液，在恒温恒湿环境下(25 °C，相对湿度60% )保持64小时，直至溶剂乙醇完全挥发后，并进行凝胶老化，最后进行超临界干燥。得到二氧化硅改性复合织物。
[0031]通过三维视频显微镜观察二氧化硅改性复合织物可以发现，S12气凝胶微粒均匀覆盖在涤纶织物表面。
[0032]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其特征在于，包括步骤: a、制备二氧化硅胶体微粒:将无水乙醇、去离子水和氨水混合后，在反应温度25°C?30°C下搅拌均匀，加入4:1的无水乙醇和正硅酸乙酯混合液，得到二氧化硅反应液，将上述反应液搅拌3-5min后反应24?32小时，得到的胶体微球悬浮液，离心分离得到二氧化硅胶体微粒； b、将二氧化硅胶体微粒用无水乙醇稀释，得到二氧化硅胶体微粒悬浮液，将基底织物浸溃在该悬浮液，在恒温恒湿环境下保持48?84小时，直至溶剂乙醇完全挥发后，并进行凝胶老化和超临界干燥，得到二氧化硅改性复合织物； 上述二氧化硅反应液中氨水的浓度为0.28?0.54mol/L,水的浓度为4.15?6.68mol/L,正娃酸乙酯的浓度为0.10?0.35mol/L。
2.根据权利要求1所述纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其特征在于，基底织物为涤纶、棉或高强度合成纤维制成。
3.根据权利要求2所述纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其特征在于，高强度合成纤维为芳酰胺纤维、碳纤维和高强度聚乙烯纤维的其中一种。
4.根据权利要求1所述纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其特征在于，所述超临界干燥是在温度为40-75°C及压力为15-30MPa的环境下进行。
5.根据权利要求1所述纳米二氧化硅改性复合织物的制备方法，其特征在于，凝胶老化时间为2?12小时。
【文档编号】D06M101/36GK104233787SQ201410469361
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】刘鹏 申请人:刘鹏