SiO2-g-PAA/改性淀粉共混浆料、制备方法及应用

sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料、制备方法及应用
技术领域
1.本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料、制备方法及应用。


背景技术：

2.原纱的表面存在大量毛羽，纤维间抱合力低。此外，在织造生产过程中，经纱之间相互产生摩擦作用，同时机械部件会对经纱产生摩擦、拉伸和弯曲等反复机械作用，这会造成经纱断裂、形成毛球，导致织造效率和产品品质的大幅度降低。
3.为了提高经纱的力学性能和耐磨能力，主要采用上浆的方式，在经纱上浆过程中，部分浆料会浸透到经纱的内部，在内部纤维间形成粘合胶接层，起到粘结抱合的作用，提高经纱强度；另一部分浆料会在经纱表面经过烘燥形成均匀的浆膜，使表面毛羽贴伏，经纱表面光滑，提高经纱的耐磨性。
4.目前的纺织浆料主要包括通过纳米sio2作为助剂添加到淀粉浆料中，配制纳米sio2/淀粉共混浆料，来弥补淀粉浆料缺陷，促进淀粉对纤维的粘附作用，改善淀粉浆膜性能，提高上浆性能。如2006年，yang研究了纳米sio2改性环氧乳液浆料对碳纤维增强复合材料界面粘结性能的影响，结果表明，经上浆处理后，碳纤维表面的羟基数量略有增加；与未上浆的cfrp相比，经未改性浆料处理后的cfrp层间剪切强度(ilss)提高了9％，经改性纳米sio2浆料处理后的cfrp的ilss提高了14％，断口上没有观察到孔洞和碳纤维拔出现象，且经纳米sio2改性浆料处理后的cfrp断面更加致密，纤维脱粘更加困难。2008年，王媛媛等将纳米sio2作为填充物加入到淀粉浆料中，对不同线密度的纯棉细纱及涤/棉混纺纱进行了上浆实验，研究了纳米sio2的用量对淀粉上浆性能的影响。结果表明：加入纳米sio2后，浆纱的耐磨性、断裂强力、毛羽降低率都有一定的提高；纳米sio2对淀粉的用量会对实际上浆效果产生一定影响，以3％～4％为宜。
5.纳米sio2作为添加剂可以有效改善浆料的性能，对上浆效果产生积极影响，本发明的目的在于在现有方案的基础上对纳米sio2、淀粉进行改性后，制备共混浆料以进一步提高上浆性能。


技术实现要素：

6.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料、制备方法及应用，采用该浆料处理的纺纱显著提高了耐磨性、断裂强力和毛羽降低率。
7.本发明提出的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，方法步骤如下：
8.s1：改性淀粉qbs的制备；
9.s2：sio
2-g-paa的制备
10.将纳米sio2与蒸馏水配成分散液，然后在惰性气体气氛下加入丙烯酸、硫酸亚铁铵水溶液和过氧化氢水溶液进行反应，反应后经洗涤、离心和干燥后得sio
2-g-paa；
11.s3：共混浆料的制备
12.将s2中的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。
13.优选地，所述改性淀粉qbs的制备方法步骤如下：
14.s11：将玉米淀粉分散于蒸馏水中，加入稀盐酸进行反应，反应后经碱中和、过滤、洗涤、干燥和粉碎后，得酸解淀粉ats；
15.s12：将s11的酸解淀粉分散于含有na2so4的蒸馏水中，并调节ph至10-11，再依次加入阳离子醚化剂与naoh的混合液和cao的水溶液进行反应，反应后经酸中和、洗涤、烘干和粉碎后，得季铵阳离子淀粉qs；
16.s13：将s12的季铵阳离子淀粉qs分散于蒸馏水并调节ph至8-9，再加入丁酸酐进行反应，反应后经酸中和、洗涤、干燥和粉碎后，得改性淀粉qbs。
17.优选地，s12中ats、阳离子醚化剂和cao的质量比为324:5-50:0.5-2.5。
18.优选地，s13中qs和丁酸酐的质量比为200:1-15。
19.优选地，s2中纳米sio2、丙烯酸、硫酸亚铁铵和过氧化氢的质量体积比为4g:4-16g:5-45ml:4.6-42ml。
20.优选地，s2中纳米sio2与蒸馏水配成分散液浓度为0.1-10％，调节分散液ph至3-4。
21.优选地，s2中反应的温度为25-45℃，时间为2-10h。
22.优选地，s3中sio
2-g-paa和改性淀粉qbs的质量比为0.25-1.5:100。
23.本发明提出的上述方法制备的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料。
24.本发明提出的上述sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料在纺织中的应用。
25.本发明的有益技术效果：
26.常规方法是采用纳米sio2与未改性淀粉直接共混制备纳米sio2/淀粉共混浆料，进行使用。本发明采用先对纳米sio2接枝改性及对淀粉进行改性后，制备出sio
2-g-paa和改性淀粉qbs，将二者混合后制得sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料。一方面，对纳米sio2进行接枝改性增强了它的水分散性和降低了聚集体粒径，从而大幅度提升了纳米sio2在共混浆料中的分散均匀程度及其与淀粉的结合程度，另一方面，sio
2-g-paa上接枝支链与改性淀粉中取代基可通过分子作用产生良好的协同作用，并与纤维间产生良好的分子作用，从而使sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料对纤维的粘附性能，与常规的纳米sio2/改性淀粉共混浆料相比，性能得到了大幅度的提升。
27.此外，亲水性的接枝支链在sio2上的引入，提升了共混浆料与水之间的亲和性，提高了sio2的水分散程度，阻碍了淀粉大分子间的氢键作用，减缓了淀粉浆液的老化，从而使sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料与纳米sio2/改性淀粉共混浆料相比，具有更高的粘度热稳定性。
28.sio2经过改性处理后的sio
2-g-paa能够更好的在带正电荷的改性淀粉qbs中均匀分散，由于其小尺寸效应和宏观量子隧道效应，使其产生淤渗作用，可以深入到qbs大分子链间，并和qbs中带正电荷的tmachp取代基发生作用，形成空间网状结构，从而相较于qbs(占淀粉的质量0％)、纳米sio2/qbs而言，sio
2-g-paa/改性淀粉qbs共混浆料的浆液具有更好的成膜性，浆膜更加柔韧。
29.最后，引入的接枝支链具有强的空间位阻和亲水性，空间位阻和浆膜中吸收的水
分可对共混浆膜产生强的增塑作用。因而，sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料与纳米sio2/改性淀粉共混浆料相比，浆膜具有更高的断裂伸长率，更低的断裂强度，使浆膜的脆性得到了进一步的降低。
30.以上均表明对纳米sio2进行接枝改性显著提升了它作为共混浆料成分的性能效果的发挥。本发明的共混浆料将赋予纺纱更优的耐磨性、断裂强力和毛羽降低率。
附图说明
31.图1为本发明提出的纳米sio2和sio
2-g-paa的红外光谱图；
32.图2为本发明提出的纳米sio2和sio
2-g-paa的tem图；其中a为纳米sio2，b为sio
2-g-paa；
33.图3为本发明提出的纳米sio2和sio
2-g-paa的粒径分布图；
34.图4为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量下共混浆料的表观粘度；
35.图5为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量下共混浆料的粘度热稳定性；
36.图6为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆料对涤纶纤维的粘附性；
37.图7为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆料对棉纤维的粘附性；
38.图8为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆膜的断裂强度；
39.图9为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆膜的断裂伸长率；
40.图10为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆膜的拉伸断裂面的sem图；其中(a)为qbs膜，(b)为纳米sio2/qbs膜，(c)为sio
2-g-paa/qbs膜；
41.图11为本发明提出的不同纳米sio2和sio
2-g-paa添加量的共混浆膜的回潮率。
具体实施方式
42.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
43.实施例1
44.本发明提出的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，方法步骤如下：
45.s1：改性淀粉qbs的制备
46.称取干重为400g的玉米淀粉分散于蒸馏水中，配制成40％的淀粉乳，转移到三口烧瓶中，设置水浴锅温度为50℃，控制搅拌棒转速为130r/min。当水浴锅温度达到50℃时，用分液漏斗缓慢滴加37ml浓度为2mol/l的稀hcl溶液，滴加结束后计时4h。反应结束后，滴加浓度为1mol/l的naoh溶液，中和淀粉乳的ph至6-7，过滤，用蒸馏水洗涤、真空抽滤，反复操作4次后，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，获得酸解淀粉(ats)。
47.称取干重324g的ats分散于含有na2so4的蒸馏水中，搅拌均匀后移入三口烧瓶中，以3％的naoh溶液调节ph值为10-11，搅拌加热至40℃，加入含有等摩尔阳离子醚化剂与naoh的混合液(1min内加完)，10min后加入30ml含1.8g cao的水溶液，反应8h后用2mol/l hcl溶液中和至ph值为6-7，抽滤后洗涤2-3次，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，
装袋密封待用，制得季铵阳离子淀粉(qs)；
48.称取干重为120g的qs与蒸馏水混合并在搅拌作用下形成质量分数为40％的淀粉分散液，用质量分数6％的na2co3溶液将分散液的ph值调节为8-9后，搅拌条件下水浴升温至30℃保温。使用分液漏斗将丁酸酐溶液缓慢滴加到分散液中，同时用上述碱溶液维持ph值为8-9，滴加完成后继续搅拌反应0.5h。用浓度为2mol/l的hcl溶液调节反应体系ph值为6.5-7，抽滤后洗涤3次，干燥、粉碎，得改性淀粉qbs；
49.s2：sio
2-g-paa的制备
50.在250ml烧杯中加入4g干燥的纳米sio2，与蒸馏水配成4％分散液，调节溶液ph值为3-4，将其移入到带有搅拌棒和氮气导气管的四口烧瓶中，搅拌一段时间。调控水浴锅温度为30℃，通入氮气30min，滴加4g接枝单体aa、30ml浓度为0.5％的硫酸亚铁铵水溶液和28ml浓度为1％的过氧化氢水溶液，药品滴加结束，反应8h。待实验完成后，通过无水乙醇离心洗涤数次，再采用蒸馏水离心洗涤，放置于60℃烘箱中干燥24h，得sio
2-g-paa；
51.s3：共混浆料的制备
52.将s2中0.25g的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中100g的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。
53.实施例2
54.本发明提出的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，方法步骤如下：
55.s1：改性淀粉qbs的制备
56.称取干重为400g的玉米淀粉分散于蒸馏水中，配制成40％的淀粉乳，转移到三口烧瓶中，设置水浴锅温度为50℃，控制搅拌棒转速为130r/min。当水浴锅温度达到50℃时，用分液漏斗缓慢滴加37ml浓度为2mol/l的稀hcl溶液，滴加结束后计时4h。反应结束后，滴加浓度为1mol/l的naoh溶液，中和淀粉乳的ph至6-7，过滤，用蒸馏水洗涤、真空抽滤，反复操作4次后，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，获得酸解淀粉(ats)。
57.称取干重324g的ats分散于含有na2so4的蒸馏水中，搅拌均匀后移入三口烧瓶中，以3％的naoh溶液调节ph值为10-11，搅拌加热至40℃，加入含有等摩尔阳离子醚化剂与naoh的混合液(1min内加完)，10min后加入30ml含1.8g cao的水溶液，反应8h后用2mol/l hcl溶液中和至ph值为6-7，抽滤后洗涤2-3次，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，制得季铵阳离子淀粉(qs)；
58.称取干重为120g的qs与蒸馏水混合并在搅拌作用下形成质量分数为40％的淀粉分散液，用质量分数6％的na2co3溶液将分散液的ph值调节为8-9后，搅拌条件下水浴升温至30℃保温。使用分液漏斗将丁酸酐溶液缓慢滴加到分散液中，同时用上述碱溶液维持ph值为8-9，滴加完成后继续搅拌反应0.5h。用浓度为2mol/l的hcl溶液调节反应体系ph值为6.5-7，抽滤后洗涤3次，干燥、粉碎，得改性淀粉qbs；
59.s2：sio
2-g-paa的制备
60.在250ml烧杯中加入4g干燥的纳米sio2，与蒸馏水配成4％分散液，调节溶液ph值为3-4，将其移入到带有搅拌棒和氮气导气管的四口烧瓶中，搅拌一段时间。调控水浴锅温度为30℃，通入氮气30min，滴加4g接枝单体aa、30ml浓度为0.5％的硫酸亚铁铵水溶液和28ml浓度为1％的过氧化氢水溶液，药品滴加结束，反应8h。待实验完成后，通过无水乙醇离
心洗涤数次，再采用蒸馏水离心洗涤，放置于60℃烘箱中干燥24h，得sio
2-g-paa；
61.s3：共混浆料的制备
62.将s2中0.5g的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中100g的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。
63.实施例3
64.本发明提出的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，方法步骤如下：
65.s1：改性淀粉qbs的制备
66.称取干重为400g的玉米淀粉分散于蒸馏水中，配制成40％的淀粉乳，转移到三口烧瓶中，设置水浴锅温度为50℃，控制搅拌棒转速为130r/min。当水浴锅温度达到50℃时，用分液漏斗缓慢滴加37ml浓度为2mol/l的稀hcl溶液，滴加结束后计时4h。反应结束后，滴加浓度为1mol/l的naoh溶液，中和淀粉乳的ph至6-7，过滤，用蒸馏水洗涤、真空抽滤，反复操作4次后，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，获得酸解淀粉(ats)。
67.称取干重324g的ats分散于含有na2so4的蒸馏水中，搅拌均匀后移入三口烧瓶中，以3％的naoh溶液调节ph值为10-11，搅拌加热至40℃，加入含有等摩尔阳离子醚化剂与naoh的混合液(1min内加完)，10min后加入30ml含1.8g cao的水溶液，反应8h后用2mol/l hcl溶液中和至ph值为6-7，抽滤后洗涤2-3次，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，制得季铵阳离子淀粉(qs)；
68.称取干重为120g的qs与蒸馏水混合并在搅拌作用下形成质量分数为40％的淀粉分散液，用质量分数6％的na2co3溶液将分散液的ph值调节为8-9后，搅拌条件下水浴升温至30℃保温。使用分液漏斗将丁酸酐溶液缓慢滴加到分散液中，同时用上述碱溶液维持ph值为8-9，滴加完成后继续搅拌反应0.5h。用浓度为2mol/l的hcl溶液调节反应体系ph值为6.5-7，抽滤后洗涤3次，干燥、粉碎，得改性淀粉qbs；
69.s2：sio
2-g-paa的制备
70.在250ml烧杯中加入4g干燥的纳米sio2，与蒸馏水配成4％分散液，调节溶液ph值为3-4，将其移入到带有搅拌棒和氮气导气管的四口烧瓶中，搅拌一段时间。调控水浴锅温度为30℃，通入氮气30min，滴加4g接枝单体aa、30ml浓度为0.5％的硫酸亚铁铵水溶液和28ml浓度为1％的过氧化氢水溶液，药品滴加结束，反应8h。待实验完成后，通过无水乙醇离心洗涤数次，再采用蒸馏水离心洗涤，放置于60℃烘箱中干燥24h，得sio
2-g-paa；
71.s3：共混浆料的制备
72.将s2中1.0g的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中100g的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。
73.实施例4
74.本发明提出的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，方法步骤如下：
75.s1：改性淀粉qbs的制备
76.称取干重为400g的玉米淀粉分散于蒸馏水中，配制成40％的淀粉乳，转移到三口烧瓶中，设置水浴锅温度为50℃，控制搅拌棒转速为130r/min。当水浴锅温度达到50℃时，用分液漏斗缓慢滴加37ml浓度为2mol/l的稀hcl溶液，滴加结束后计时4h。反应结束后，滴加浓度为1mol/l的naoh溶液，中和淀粉乳的ph至6-7，过滤，用蒸馏水洗涤、真空抽滤，反复
操作4次后，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，获得酸解淀粉(ats)。
77.称取干重324g的ats分散于含有na2so4的蒸馏水中，搅拌均匀后移入三口烧瓶中，以3％的naoh溶液调节ph值为10-11，搅拌加热至40℃，加入含有等摩尔阳离子醚化剂与naoh的混合液(1min内加完)，10min后加入30ml含1.8g cao的水溶液，反应8h后用2mol/l hcl溶液中和至ph值为6-7，抽滤后洗涤2-3次，置于鼓风干燥机中烘干，用超细研磨机粉碎，装袋密封待用，制得季铵阳离子淀粉(qs)；
78.称取干重为120g的qs与蒸馏水混合并在搅拌作用下形成质量分数为40％的淀粉分散液，用质量分数6％的na2co3溶液将分散液的ph值调节为8-9后，搅拌条件下水浴升温至30℃保温。使用分液漏斗将丁酸酐溶液缓慢滴加到分散液中，同时用上述碱溶液维持ph值为8-9，滴加完成后继续搅拌反应0.5h。用浓度为2mol/l的hcl溶液调节反应体系ph值为6.5-7，抽滤后洗涤3次，干燥、粉碎，得改性淀粉qbs；
79.s2：sio
2-g-paa的制备
80.在250ml烧杯中加入4g干燥的纳米sio2，与蒸馏水配成4％分散液，调节溶液ph值为3-4，将其移入到带有搅拌棒和氮气导气管的四口烧瓶中，搅拌一段时间。调控水浴锅温度为30℃，通入氮气30min，滴加4g接枝单体aa、30ml浓度为0.5％的硫酸亚铁铵水溶液和28ml浓度为1％的过氧化氢水溶液，药品滴加结束，反应8h。待实验完成后，通过无水乙醇离心洗涤数次，再采用蒸馏水离心洗涤，放置于60℃烘箱中干燥24h，得sio
2-g-paa；
81.s3：共混浆料的制备
82.将s2中1.5g的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中100g的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。
83.采用kbr压片法对样品进行红外光谱分析。测试前将样品与一定量kbr充分混合均匀后进行压片，然后置于irprestige-21傅里叶变换红外光谱仪上进行红外光谱扫描分析，扫描范围设置500-3750cm-1
。结果如图1所示。通过与纳米sio2的红外光谱曲线进行对比，在sio
2-g-paa光谱曲线的1557cm-1
处产生了羧酸盐的特征峰，证实了aa结构单元成功引入到纳米sio2表面，验证sio
2-g-paa的成功制备。
84.使用tecnai g2 f20型透射式电子显微镜观察样品的相态结构，将1mg的纳米sio2、sio
2-g-paa、分别与10ml蒸馏水混合，冰浴中超声分散30min，采用滴膜法铜网制样。然后在tecnai g2 f20型透射式电子显微镜上进行观察分析，结果如图2所示。由图2(a)可以看出，纳米sio2的一次粒子是球形，粒径为15～20nm，粒子间相互勾连形成网状结构，改性前纳米sio2聚集程度高。由图2(b)可以看出：改性后的sio
2-g-paa明显分散性更好，团聚程度降低。
85.采用马尔文zen3700型电位粒度分析仪进行测试，以水为介质，测量范围：0-6000nm，结果如图3所示。纳米sio2团聚体粒径分布较宽且分布不均匀，团聚体直径集中于300-400nm，说明未改性之前的纳米sio2在水溶液中团聚严重，存在较大的团聚粒子；sio
2-g-paa团聚体直径集中于180-230nm，平均粒径减小且粒径分布较为均匀，表明改性后的纳米sio2在共混浆料中的分散情况将大大改善，分散稳定性提高。
86.表观粘度及粘度热稳定性的测试方法参照文献“变性淀粉浆液粘度的测试方法研究(赵其明等)”。其中：
87.图4为纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs共混浆料的表观粘度，随着纳米助剂sio2/sio
2-g-paa用量的增加，纳米sio2/qbs共混浆液的表观粘度变化不大，从7mpa
·
s增大到9.5mpa
·
s；sio
2-g-paa/qbs共混浆液的表观粘度则从7mpa
·
s增大到13mpa
·
s。sio
2-g-paa/qbs共混浆液表观粘度高于纳米sio2/qbs共混浆液的原因是：改性后的纳米sio2在水溶液中的分散性更好，可以更好的发挥其体积效应，增加淀粉大分子间距离，从而使淀粉颗粒碎片进一步溶胀，分子链进一步伸展，促使淀粉大分子线团的动力学体积增加，增强了浆液流动的阻力。此外，因为aa单元是亲水性单元，可以进一步提高纳米sio2在水溶液中的分散稳定性；同时paa支链的引入使得sio2表面带有长碳链，会与淀粉大分子链产生纠缠，增加浆液的内摩擦力。
88.图5为纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs共混浆料的粘度热稳定性。随着纳米助剂sio2/sio
2-g-paa用量的增加，纳米sio2/qbs共混浆液的粘度热稳定性呈现先增加后降低的趋势，且当纳米sio2用量为1％时，纳米sio2/qbs共混浆液的粘度热稳定性达到最大值91.1％。伴随着sio
2-g-paa用量增加到1.5％，sio
2-g-paa/qbs共混浆液的粘度热稳定性从88.57％增加到92.46％，原因是纳米sio2表面引入paa接枝支链，可以进一步增强其体积效应起到空间位阻作用，阻碍淀粉大分子间的氢键作用，有利于减缓淀粉浆液的老化；同时，paa接枝支链具有亲水性，sio
2-g-paa的添加，有助于提升共混浆液的水亲和力，减缓剪切作用对淀粉分子链间的破坏。
89.采用轻浆粗纱法对粘附力进行测试，测试步骤如下：
90.sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入改性淀粉qbs混合均匀，配制质量分数1％的共混浆料，转移到三口烧瓶中。设置水浴锅温度为95℃，控制搅拌棒转速为130r/min，当温度达到95℃时开始计时，计时1h后，将浆液转移至水浴温度为95℃的超级恒温器中。将绕有粗纱的长方形铝合金框浸没于浆液中，浸渍时间为5min，将粗纱框取出，使粗纱条呈现垂直自然状态，置于室温中晾干。将晾干后的粗纱条置于恒温恒湿环境(湿度65℃、温度20℃)下平衡24h，剪下粗纱条，设置电子织物强力机参数为测量次数35次、夹距100mm、定点伸长200％、速度50mm/min、返回速度500mm/min，测试断裂强力，剔除异常值求平均值。
91.图6和图7为纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs共混浆料分别与涤纶纤维和棉纤维间粘附性测定。sio
2-g-paa/qbs共混浆料对涤纶纤维和棉纤维间粘附性均优于纳米sio2/qbs。
92.对于涤纶纤维而言，改性后的sio
2-g-paa分散性更好，与淀粉基体的接触面积大，当粗纱受到拉伸并产生断裂时，能够及时终止拉伸时将要产生的微裂纹，以免它们转变成为具有破坏性的裂纹。另外，sio
2-g-paa上接枝支链与改性淀粉中取代基可通过分子作用产生良好的协同作用，并与纤维间产生良好的分子作用，从而使sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料对纤维的粘附性能，与常规的纳米sio2/改性淀粉共混浆料相比，性能得到了大幅度的提升。
93.对于棉纤维而言，sio
2-g-paa表面引入了亲水性接枝支链paa，增加了共混浆料的亲水性，促进共混浆液在棉纤维间扩散铺展，有利于粗纱内部产生较强的相互作用力；另外，sio
2-g-paa、改性淀粉qbs、棉纤维上均含有极性的官能团，极性基团间形成氢键和产生强的范德华力从而使粘合性提高。
94.本发明还对共混浆膜的力学性能进行测试，浆膜的制备方法为：分别称取纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs，设置水浴锅温度为95℃，控制搅拌棒转速为120r/min，当温度
达到95℃时开始计时，计时1h后，将浆液转移到500ml烧杯中。提前将玻璃擦拭干净，将同面积的聚酯薄膜平铺在玻璃上，用直尺刮平，去除气泡，在薄膜上放置树脂膜框，夹持固定树脂膜框。将放置于烧杯中冷却至75℃的浆液倒在薄膜上，顺着膜框刮平浆液，使浆液均匀铺展，自然晾干。
95.厚度测试：将铝合金模具放置在浆膜上，顺着模具将浆膜切割成200mm
×
10mm的条状试样，置于上述恒温恒湿环境中下平衡24h，将试样置于厚度仪上测试厚度，测试30个数据，厚度值精确至0.001mm，剔除异常值求平均值。
96.力学性能测试：将平衡后的200mm
×
10mm条状试样置于电子织物强力机上，其机器参数为测量次数35次、夹距100mm、定点伸长200％、速度50mm/min、返回速度500mm/min，按下开始按钮进行测试。每组样品测试35次，并剔除异常值后取平均值。按下列公式计算浆膜断裂强度：
[0097][0098]
式中：q—浆膜断裂强度，mpa；p—浆膜平均断裂强力，n；k—浆膜宽度，mm；d—浆膜平均厚度，mm。
[0099]
共混浆膜回潮率测试：将共混浆膜置于上述恒温恒湿环境中下平衡24h，准确称取称量皿的质量记为a1，取面积相同且已平衡的共混浆膜试样放入称量皿中，准确称取称量皿和共混浆膜试样的总质量为a2，将其放置于已升温至120℃的鼓风干燥烘箱中，烘干至恒重，放入到干燥器中冷却至室温，准确称取其质量为a3。每组样品测试4次，并剔除异常值后取平均值。按下列公式计算共混浆膜回潮率。
[0100][0101]
式中：y—浆膜回潮率，％；a
2-a3—浆膜吸湿重量，g；a
3-a1—浆膜干燥重量，g。
[0102]
图8和图9分别为不同纳米助剂用量情况下，纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs共混浆膜的断裂强度和断裂伸长率。随着纳米助剂用量增加，纳米sio2/qbs共混浆膜的断裂强度从32.7mpa降低到26.5mpa(1％时)，然后有所增大，而断裂伸长率从2.96％增加到3.55％(1％时)，然后有所降低；sio
2-g-paa/qbs共混浆膜的断裂强度从32.7mpa降低到21.3mpa(1％时)，然后有所增大，而断裂伸长率从2.96％增加到3.75％(1％时)，然后有所降低。说明了sio
2-g-paa/qbs共混浆膜具有更优的力学性能。
[0103]
多羟基的纳米sio2与qbs中的极性基团结合后，引入的带正电荷的tmachp取代基，可在水介质中产生电离，而经过改性处理后的sio
2-g-paa能够更好的在qbs浆液中均匀分散。由于其小尺寸效应和宏观量子隧道效应，使其产生淤渗作用，可以深入到qbs大分子链间，并和带正电荷的tmachp取代基发生作用，形成空间网状结构。从而相较于qbs、纳米sio2/qbs而言，改性sio2/qbs共混物浆液具有更好的成膜性，浆膜会更加规整致密、柔韧。此外，sio
2-g-paa/qbs共混浆膜的力学性能优于纳米sio2/qbs共混浆膜的一个重要原因是亲水性接枝支链paa吸湿强，能吸收水分并保存于膜中，而水分对淀粉膜而言具有良好的增塑作用。
[0104]
图10(a-c)分别为qbs膜、纳米sio2/qbs膜和sio
2-g-paa/qbs膜断面的sem图。由图可见，与qbs浆膜相比，共混浆膜表现为脆性断裂，但脆性更低。分析原因是：sio
2-g-paa为
分散相，而淀粉基质为连续相，两者之间会产生较强的界面作用，受到拉伸作用时，阻止浆膜发生拉伸断裂，起到浆膜增韧的作用。
[0105]
图11反映了不同纳米助剂用量情况下，纳米sio2/qbs和sio
2-g-paa/qbs共混浆膜的回潮率。纳米sio2/qbs的回潮率随纳米sio2用量的增加而逐渐降低；sio
2-g-paa/qbs共混浆膜的回潮率随着纳米助剂sio
2-g-paa用量的增加先逐渐增加，用量1％时，回潮率达到最大值，然后趋于平缓。

技术特征：
1.sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：s1：改性淀粉qbs的制备；s2：sio
2-g-paa的制备将纳米sio2与蒸馏水配成分散液，然后在惰性气体气氛下加入丙烯酸、硫酸亚铁铵水溶液和过氧化氢水溶液进行反应，反应后经洗涤、离心和干燥后得sio
2-g-paa；s3：共混浆料的制备将s2中的sio
2-g-paa与蒸馏水配成分散液，再加入s1中的改性淀粉qbs混合均匀，得共混浆料。2.根据权利要求1所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，所述改性淀粉qbs的制备方法步骤如下：s11：将玉米淀粉分散于蒸馏水中，加入稀盐酸进行反应，反应后经碱中和、过滤、洗涤、干燥和粉碎后，得酸解淀粉ats；s12：将s11的酸解淀粉分散于含有na2so4的蒸馏水中，并调节ph至10-11，再依次加入阳离子醚化剂与naoh的混合液和cao的水溶液进行反应，反应后经酸中和、洗涤、烘干和粉碎后，得季铵阳离子淀粉qs；s13：将s12的季铵阳离子淀粉qs分散于蒸馏水并调节ph至8-9，再加入丁酸酐进行反应，反应后经酸中和、洗涤、干燥和粉碎后，得改性淀粉qbs。3.根据权利要求2所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s12中ats、阳离子醚化剂和cao的质量比为324:5-50:0.5-2.5。4.根据权利要求2所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s13中qs和丁酸酐的质量比为200:1-15。5.根据权利要求1所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s2中(纳米sio2、丙烯酸)与(硫酸亚铁铵水溶液和过氧化氢水溶液)的质量体积比为4g:4-16g:5-45ml:4.6-42ml。6.根据权利要求1所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s2中纳米sio2与蒸馏水配成分散液浓度为0.1-10％，调节分散液ph至3-4。7.根据权利要求1所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s2中反应的温度为25-45℃，时间为2-10h。8.根据权利要求1所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料的制备方法，其特征在于，s3中sio
2-g-paa和改性淀粉qbs的质量比为0.25-1.5:100。9.如权利要求1-8任一项所述方法制备的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料。10.如权利要求9所述的sio
2-g-paa/改性淀粉共混浆料在纺织中的应用。

技术总结
本发明公开了SiO


技术研发人员：李伟 程雪冬 张悦 吴宇洁 彭博 李妙龙 苌子旭 徐珍珍 张朝辉 程小龙 张一帆 刘耀城
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/28