發(fā)布時間：2020-05-27 05:07

【摘要】：碳酸鈣作為一種常見的填充劑,具有白度高、無毒無味、價格低廉等特點,常被應用于橡膠、造紙、化纖、紡織、涂料等行業(yè),其主要是為了提升相關材料的物理性能、化學性能和尺寸穩(wěn)定性等。傳統(tǒng)商標帶企業(yè)也常使用碳酸鈣作為織物濕法涂層用的填充劑,但目前這類印刷用商標織物仍存在著諸多問題,例如吸墨性不佳、pH值偏高等。針對這些問題,本論文通過采用雙位點硬脂酸、硬脂酸鈉、油酸鈉及油酸等改性劑分別對碳酸鈣進行表面改性,并將改性后的碳酸鈣應用到聚酰胺濕法涂層中,研究了不同改性劑對聚酰胺濕法涂層性能的影響,研制了具有優(yōu)良應用性能的商標織物涂層用改性碳酸鈣及其應用工藝。通過傅里葉紅外光譜圖、核磁氫譜圖以及質(zhì)譜圖,確定了單硬脂酸甘油酯與馬來酸酐的合成產(chǎn)物即為雙位點硬脂酸。采用硬脂酸鈉和雙位點硬脂酸分別對碳酸鈣進行表面改性,利用活化度和沉降體積對改性效果進行分析,利用傅里葉紅外光譜儀、掃描電鏡、熱重分析儀等分析、探究硬脂酸鈉和雙位點硬脂酸對碳酸鈣表面改性的機理。結果發(fā)現(xiàn)硬脂酸鈉改性碳酸鈣的最佳工藝為硬脂酸鈉用量15%,改性溫度60℃,改性時間6 h,得到的改性碳酸鈣活化度為97%,沉降體積為3.78 mL,表明其綜合改性效果最佳;雙位點硬脂酸的用量為20%時,改性溫度60℃,改性時間6 h,活化度為95.38%,沉降體積為4.08 mL,其總體改性效果最佳。對比發(fā)現(xiàn),硬脂酸鈉對碳酸鈣的表面改性效果相對較差;而雙位點硬脂酸成功地在碳酸鈣表面形成了一層有機包覆層,在制備過程中不易被洗滌液剝離帶走,使得碳酸鈣的親油性、分散性得到了提高。選用油酸鈉對碳酸鈣進行表面直接改性、油酸對碳酸鈣進行原位合成改性,通過活化度和沉降體積對改性效果進行分析,利用紅外光譜、X-射線衍射、掃描電鏡、熱重分析等測試技術探討分析了油酸鈉直接改性碳酸鈣和油酸原位合成碳酸鈣的改性機理。結果發(fā)現(xiàn)油酸鈉直接改性碳酸鈣的最佳工藝為油酸鈉用量15%,改性溫度60℃,改性時間6 h,此時得到的改性碳酸鈣活化度為95%,沉降體積2.73 mL,總體改性效果最佳,制備的碳酸鈣晶型沒有發(fā)生改變,油酸鈉能夠包覆在碳酸鈣表面,避免了碳酸鈣顆粒間的團聚現(xiàn)象;當原位合成碳酸鈣的油酸用量為15%時,得到的改性碳酸鈣活化度為99%,沉降體積為3.85 mL,油酸對碳酸鈣的原位合成改性效果最佳,得到的碳酸鈣晶型主要表現(xiàn)為球霰石型,碳酸鈣的表面被油酸均勻包覆,碳酸鈣表面的-OH與油酸分子鏈上的-COOH發(fā)生了化學結合。通過比較優(yōu)化后的各改性碳酸鈣制備所得的聚酰胺濕法涂層漿、涂層膜、涂層織物的性能,探究了不同改性碳酸鈣對聚酰胺濕法涂層產(chǎn)品性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過雙位點硬脂酸改性碳酸鈣和油酸原位合成碳酸鈣制備的涂層膜的斷裂伸長率分別達到了29.21%和25.46%,初始彈性模量均小于未改性碳酸鈣的0.0435 MPa;油酸原位合成碳酸鈣制備的聚酰胺濕法涂層膜表面平整,孔洞分布較均勻,油墨接觸角為31.93°,其涂層織物的墨跡長度為20.20 mm,pH值為7.27;雙位點硬脂酸改性碳酸鈣制備的聚酰胺濕法涂層膜表面孔洞分布均勻,油墨接觸角為38.15°,其涂層織物的墨跡長度為16.50mm,pH值為7.33。說明相對于未改性碳酸鈣制備的聚酰胺濕法涂層產(chǎn)品,以上兩種改性碳酸鈣涂層產(chǎn)品的吸墨性能顯著改善,pH值明顯下降,更符合紡織品安全標準要求。本論文較系統(tǒng)地研究了雙位點硬脂酸、硬脂酸鈉、油酸鈉、油酸對碳酸鈣的改性效果與機理,分析了不同改性碳酸鈣對聚酰胺濕法涂層性能的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)雙位點硬脂酸直接改性和油酸原位合成制備的碳酸鈣,明顯改善了碳酸鈣作為涂層填充劑時的吸墨性,降低了涂層產(chǎn)品的pH值,為生產(chǎn)高質(zhì)量濕法涂層商標織物提供了理論依據(jù)和指導。
【圖文】：

表面活性劑是一種具有親水親油兩種官能團結構的分子，它可以充當用，把無機粉體和有機物基體有效地結合起來。當前，在碳酸鈣表面改性面主要使用的活性劑有脂肪酸（鹽）、磷酸酯類以及季銨鹽類。(1)脂肪酸（鹽）類脂肪酸（鹽）類改性劑屬于陰離子表面活性劑，主要包括了含有羧基、氨基或巰基等極性基團的脂肪酸[37-38]。碳酸鈣能夠與脂肪酸（鹽）類的改表面發(fā)生物理吸附或者化學鍵合，，得到的改性碳酸鈣表面形成具有長鏈的結構。這種結構類似于高聚物的結構，增強了碳酸鈣與聚合物基體的相容改性方法而言，脂肪酸（鹽）的濕法改性主要原理是使脂肪酸根離子（R能夠與游離的 Ca2+反應，進一步遷移到碳酸鈣表面產(chǎn)生包覆效果；而干法要是碳酸鈣表面的羥基和 Ca2+被脂肪酸的羧基進攻，對碳酸鈣顆粒產(chǎn)生用，減少顆粒之間的堆積現(xiàn)象。這一類改性劑有硬脂酸（鹽）[39]、棕櫚木質(zhì)素[41]和樹脂酸（鹽）[42]等。其對碳酸鈣的改性原理如圖 1.1 所示。

生成不溶性鹽前驅(qū)體；② 脂肪酸根 RCOO一與碳酸鈣顆粒表面裸露的 Ca2+相互反應生成不溶性鹽，同時不溶性前驅(qū)體從溶液中遷移到碳酸鈣顆粒表面；③不溶性鹽在碳酸鈣顆粒表面成核和生長,并包覆在碳酸鈣顆粒表面形成結合態(tài)。(2)磷酸酯類磷酸酯主要通過磷酸酯(ROPO3H2)與碳酸鈣表面的 Ca2+結合形成磷酸鹽在碳酸鈣表面產(chǎn)生包覆作用，改性原理如圖 1.2 所示。經(jīng)磷酸酯改性后，CaCO3表面磷酸酯的 R 基朝外，使改性后碳酸鈣親油性增強，使得填充改性后碳酸鈣復合材料的機械性能、加工性能[43-44]進一步提升。陳小萍、劉俊康等[45]通過采用納米改性技術，用一系列磷酸酯表面活性劑對其進行改性，并將改性后的納米碳酸鈣用于聚苯乙烯的中，使得 PVC 材料的耐酸性和阻燃性得到進一步提升。因此，碳酸鈣的磷酸酯類表面活性劑改性及研究也受到了學者們的青睞[46]。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS106.77;TS195.5

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本文編號：2683004