水基UV屏蔽纳米材料制备及耐紫外老化涤纶的应用研究

编号：NMJS09665

篇名：水基UV屏蔽纳米材料制备及耐紫外老化涤纶的应用研究

作者：王馨

关键词： 炭黑; 二氧化钛; UV屏蔽; 耐紫外老化; 抗紫外线性能; 拒水性;

机构： 武汉纺织大学

摘要： 涤纶织物在长期UV辐照过程中容易发生性能恶化,本研究针对提升涤纶织物耐候性的关键技术瓶颈,通过材料设计、分散优化与功能协同的系统策略,构建了炭黑（CB）、TiO2@SiO2包覆结构及TiO2@CB异质复合三类水基纳米体系,研究了上述三类水基纳米体系的均匀分散问题,考察了水基体系的粒径、Zeta电位、微观形貌、流变性质及放置稳定性等,探讨了长时间UV老化对涤纶性能的影响。系统解决了涤纶纤维的紫外线防护、光氧化抑制与结构稳定性的协同调控难题。 （1）稳定炭黑分散体系的构建及耐紫外老化涤纶的应用:采用机械改性策略,成功制备了分散稳定的水基炭黑体系。炭黑体系粒径达240 nm,多分散指数0.375。该涂层通过多重光吸收/散射机制将紫外线防护系数（UPF）从65.51提升至164.66,并实现接触角120°的疏水性能,同时提升了织物的透气透湿性。机理研究发现,炭黑通过物理阻隔与化学活性双重作用抑制光氧化,其缺陷位点的π-π共轭体系使纤维光氧化速率降低。经1000h紫外老化后,涂层UPF保持90以上,老化过程中可能触发氧化产物与纤维的二次交联自修复。 （2）TiO2@SiO2包覆结构的光稳定化构建体系及耐紫外老化涤纶的应用:针对TiO2在水基体系内分散困难的问题,设计和优化了钛硅质量比5:1的包覆结构体系。完整SiO2包覆层抑制光生载流子迁移,使表面羟基含量降低,UPF从55.8提升至109.8,500h老化后UPF仍保持95.0的防护效能。表面形貌分析显示,初始阶段类荷叶结构（Ra=2.710μm,接触角138.9°）具有一定的抗污能力;长期老化（1000h）中,黄变指数（YI=-0.72）验证了其可以有效阻止纤维的黄变现象。 （3）TiO2@CB异质复合体系的协同增效及耐紫外老化涤纶的应用:构建优化的TiO2与CB质量比7:3的异质复合体系,通过介孔结构限域与空间位阻效应实现双重稳定,实现平均粒径1164 nm、Zeta电位-14.2 m V的稳定分散。复合涂层初始UPF达401.87,UVA和UVB透射率低至0.28%与0.24%,性能提升源于TiO2与CB光谱互补、CB的导电网络增强光生电子转移。1000h老化后,UPF保持230.36,透气性波动<5%,体现CB热稳定性与二次交联的协同保护作用。 本研究基于“结构设计-界面工程-性能调控”的系统方法,揭示了多尺度协同对材料耐久性的决定性作用,为水基纳米复合体系在柔性基材功能化中的应用开辟了新路径,对纺织行业绿色可持续发展具有重要战略意义。