通過(guò)水熱法制備中空Z(yǔ)nO,研究了體系pH值、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度等因素對(duì)中空Z(yǔ)nO形貌的影響,并將其與聚丙烯酸酯乳液物理共混,制備聚丙烯酸酯/中空Z(yǔ)nO復(fù)合乳液,對(duì)復(fù)合乳液所成薄膜的透水汽性、耐水性、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:采用水熱法成功制備了中空Z(yǔ)nO,體系pH值、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度對(duì)中空Z(yǔ)nO的形貌均有顯著影響。當(dāng)體系pH值為11.5、反應(yīng)時(shí)間為9 h、反應(yīng)溫度為92℃時(shí),所制備的中空Z(yǔ)nO復(fù)合薄膜的耐水性、透水汽性、抗張強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率相較純聚丙烯酸薄膜分別提升了38.10%、103.91%、144.53%和79.52%。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)皮革. 2020,49(05)

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

體系pH值對(duì)中空Z(yǔ)nO形貌的影響

圖2為不同體系pH值下制備的中空Z(yǔ)nO對(duì)復(fù)合薄膜性能的影響。由圖2(a)可以看到,復(fù)合薄膜的透水汽性能及耐水性相較純聚丙烯酸酯薄膜均有所提高,且在體系pH值為11.5條件下制備的中空Z(yǔ)nO復(fù)合薄膜的耐水性優(yōu)于體系pH值為9.5條件下制備的,但兩者的透水汽性相差不大。這是因?yàn)閆nO表面帶有正電荷,可與聚丙烯酸酯分子鏈中帶負(fù)電的羧基產(chǎn)生靜電作用,同時(shí),ZnO中的鋅離子還可與聚丙烯酸酯分子鏈中的羧基發(fā)生配位作用,因此減少了聚合物基體中親水基團(tuán)的數(shù)目,復(fù)合薄膜的耐水性提高。另外,在聚丙烯酸酯中引入中空Z(yǔ)nO后,一方面ZnO與聚丙烯酸酯間產(chǎn)生界面空隙,有利于水汽分子的透過(guò)[3];另一方面ZnO的空腔結(jié)構(gòu)也為水汽分子的透過(guò)提供了通道,因此復(fù)合薄膜的透水汽性得到提升[6]。由圖1可以看到體系pH值為11.5條件下制備的中空Z(yǔ)nO其空腔結(jié)構(gòu)較體系pH值為9.5條件下制備的有所增大,由于復(fù)合薄膜中引入的中空Z(yǔ)nO的質(zhì)量是相同的,因此,復(fù)合薄膜中引入的體系pH 值為11.5時(shí)制備的中空Z(yǔ)nO的數(shù)目多于體系pH值為9.5時(shí)制備的,更多的中空Z(yǔ)nO可與聚丙烯酸酯中的羧基產(chǎn)生作用,耐水性較優(yōu)。然而,由于體系pH值為11.5條件下制備的中空Z(yǔ)nO是棒狀結(jié)構(gòu)的聚集體,影響到了中空Z(yǔ)nO在聚丙烯酸酯基體中的分散均勻性,因此兩者間的透水汽性相差并不大。從圖2(b)中可以看到,引入中空Z(yǔ)nO后復(fù)合薄膜的力學(xué)性能較純聚丙烯酸酯薄膜顯著提高。這是因?yàn)閆nO在聚丙烯酸酯分子鏈間具有架橋作用,提高了薄膜交聯(lián)密度的緣故。在體系pH值為11.5時(shí)制備的中空Z(yǔ)nO的復(fù)合薄膜力學(xué)性能優(yōu)于體系pH值為9.5的,這是因?yàn)轶w系pH值為11.5時(shí)制備的ZnO空腔結(jié)構(gòu)稍大,因此引入到體系中的ZnO的數(shù)目相對(duì)較多的緣故。

圖3為反應(yīng)時(shí)間對(duì)中空Z(yǔ)nO形貌的影響。由圖3可以看出,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí),獲得了直徑約為75 nm、長(zhǎng)度為200～300 nm的ZnO納米棒,但難以觀察到其空腔結(jié)構(gòu);延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至6 h時(shí),ZnO納米棒的直徑及長(zhǎng)度分別增加至100 nm左右和300～500 nm;延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至9 h時(shí),ZnO納米棒發(fā)生組裝,形成花狀結(jié)構(gòu),單個(gè)ZnO納米棒呈現(xiàn)出典型的中空結(jié)構(gòu),且直徑增大至400 nm左右,長(zhǎng)度增加至2 μm左右;反應(yīng)時(shí)間為12 h時(shí),ZnO納米棒的組裝更加顯著,但納米棒的直徑基本不再發(fā)生變化;反應(yīng)時(shí)間為15 h時(shí),ZnO納米棒的組裝現(xiàn)象進(jìn)一步增加。這是因?yàn)榍膀?qū)體水解產(chǎn)生ZnO晶粒,由于ZnO在晶面的極性較大,為了減小表面能,新生成的ZnO晶粒會(huì)吸附在晶面,從而沿c軸方向不斷生長(zhǎng)[15]。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),ZnO納米棒的長(zhǎng)度增加較快,平均直徑增長(zhǎng)較慢[16]。當(dāng)前軀體水解生成的ZnO晶粒被完全消耗之后,ZnO納米棒為了進(jìn)一步降低表面能,納米棒之間便會(huì)聚集組裝成花狀結(jié)構(gòu),且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),ZnO納米棒的組裝越來(lái)越顯著。圖4為不同反應(yīng)時(shí)間下制備的中空Z(yǔ)nO對(duì)復(fù)合薄膜性能的影響。由圖4(a)可以看出,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),所制備的中空Z(yǔ)nO對(duì)聚丙烯酸酯薄膜耐水性和透水汽性均呈先提高后降低的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),ZnO的中空結(jié)構(gòu)越來(lái)越顯著,在相同質(zhì)量下,ZnO的數(shù)目越來(lái)越多,一方面其與聚丙烯酸酯分子鏈間的相互作用增強(qiáng),薄膜中的親水基團(tuán)減少,另一方面引入到薄膜中的界面空隙和空腔結(jié)構(gòu)增多,因此復(fù)合薄膜的耐水性和透水汽性提升。然而,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí),ZnO納米棒的組裝越來(lái)越顯著,其在聚丙烯酸酯中的分布越來(lái)越差,導(dǎo)致與聚丙烯酸酯分子鏈間的相互作用減弱,且薄膜中的界面空隙減少,因此復(fù)合薄膜的耐水性和透水汽性降低。由圖4(b)可以看出,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),復(fù)合薄膜的抗張強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì),而斷裂伸長(zhǎng)率呈先減小后增大的趨勢(shì),但無(wú)論是抗張強(qiáng)度還是斷裂伸長(zhǎng)率,復(fù)合薄膜均高于純聚丙烯酸酯薄膜。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),ZnO的中空結(jié)構(gòu)及組裝情況發(fā)生變化,導(dǎo)致ZnO在聚丙烯酸酯分子鏈間產(chǎn)生的交聯(lián)密度發(fā)生變化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]水熱生長(zhǎng)直立均勻ZnO納米棒陣列的影響因素[J]. 劉丹青,劉紹琴,姜兆華,楊彬.  石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào). 2015(03)

博士論文
[1]抗菌型聚丙烯酸酯基納米復(fù)合乳液的合成與性能研究[D]. 劉俊莉.陜西科技大學(xué) 2013

碩士論文
[1]聚丙烯酸酯/中空二氧化硅納米復(fù)合皮革涂飾劑的制備及應(yīng)用研究[D]. 楊永強(qiáng).陜西科技大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3046157