壳聚糖聚乙二醇改性负离子皮革涂饰剂的制备与(2)
将壳聚糖/聚乙二醇改性负离子涂饰剂配置成电导率小于5 mS/cm的水溶液,连续多次测试,误差控制小于等于2%,取平均值。
1.3.2 负离子发生量测试
参照GB/T -2013《纺织品负离子发生量的检测和评价》。
1.3.3 耐磨耗性能测试
参照QB/T 2726-2005《皮革物理和机械试验耐磨性能的测定》。
1.3.4 干/湿擦性能测试
参照QB/T 2537-2001《皮革色牢度试验往复式摩擦色牢度》。
2 结果与讨论
2.1 壳聚糖/聚乙二醇改性负离子复合材料的复合机理与表征
聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)是一种以乙二醇为单体的两亲性链状高分子,兼具亲水性和柔韧性,含有丰富的—O—、—OH等含氧官能团(图1a)[11]。壳聚糖(Chitosan,CS)是自然界中唯一具有碱性和正电性的天然多糖,含有大量的活性—NH2和—OH(图1b)[12]。相关研究表明,聚乙二醇通过氢键作用将—O—与壳聚糖的—OH、—NH2缔合[13]。Prabaharan[14]发现,壳聚糖与聚乙二醇交联后,空间结构中会出现“笼状”空间,“笼状”空间内可以有效搭载金属材料等纳米材料,在提高溶解度的同时保证材料的基本性能,还有可能赋予复合材料新的特性[15-17]。因此,壳聚糖改性负离子材料的可能结构如图1所示(图1c)。
图1 壳聚糖(a)、聚乙二醇(b)和壳聚糖/聚乙二醇改性负离子复合材料(c)结构Fig.1 Thestructureof(a)chitosan,(b)polyethyleneglycol,(c)chitosan/polyethyleneglycol modified negativeoxygen ion compositesmaterial
图2为聚乙二醇(a)、壳聚糖(b)和壳聚糖/聚乙二醇复合材料(c)的分子红外光谱图。从图2(a)聚乙二醇的红外光谱图中可以看出,C—H的伸缩振动峰出现在2883.1 cm-1,聚乙二醇基本结构—CH2CH2O—的—C—O—C—醚基伸缩振动峰和—CH2—亚甲基的伸缩振动峰出现在1107.0 cm-1和处[11]。从壳聚糖的谱图2(b)中发现,1658.5 cm-1和1538.9 cm-1分别为酰胺I带和酰胺II带吸收峰,由于脱乙酰化程度较高,这两处壳聚糖的吸收峰强度较弱[18]。酰胺III带(1322.9 cm-1)和C—CH3变形振动吸收峰(1380.8 cm-1)被明显观察则是壳聚糖分子中残留乙酰基的特征峰[12]。β-(1→4)糖苷键的特征吸收峰则出现在1153.2 cm-1和898.7 cm-1[19]。比较聚乙二醇(a)、壳聚糖(b)和壳聚糖/聚乙二醇复合材料(c)的红外光谱图,复合材料中壳聚糖665.3 cm-1峰的消失和1594.9 cm-1氨基变形峰强度变大并向低波数段移动说明了壳聚糖与聚乙二醇之间有强的作用力[20]。由于壳聚糖的分子结构与纤维素类似,3位和6位活性—OH能与聚乙二醇的—O—、—OH二者间形成分子间氢键缔合,因此壳聚糖O—H振动峰(1261.2 cm-1)和C—O吸收峰(1153.2 cm-1)向低波数段移动了2.7 cm-1和7.7 cm-1[21,22]。
图2 聚乙二醇(a)、壳聚糖(b)和壳聚糖/聚乙二醇复合材料(c)的FTIR谱图Fig.2 FTIRspectrumof(a)polyethylene glycol,(b)chitosan,(c)chitosan/polyethylene glycol composites material
负离子材料的自发极化效应随粒径的变小而增强,负离子材料的粒度越小,比表面积越大,表面能越高,负离子释放量越高[23]。但是粒度的减少增强了负离子材料的纳米效应,加之本身的强极性,降低了负离子的稳定性,表现为在溶液体系中容易团聚沉淀,影响使用性能[8,9]。因此,采用壳聚糖/聚乙二醇对负离子材料进行改性,并测试改性前后纳米粒度、粒径分布系数及zeta电位,改性前后粒径分布图如图3所示。
图3 负离子材料和壳聚糖/聚乙二醇改性负离子材料粒径分布Fig.3 Particlesizedistribution of negativeoxygen ion material and chitosan/polyethylene glycol modified negative oxygen ion compositesmaterial
从图3中可以看出,利用壳聚糖和聚乙二醇对负离子材料进行改性,虽然纳米粒度从924.7 d·nm上升至2788 d·nm,但是从峰强情况上看,负离子材料强度峰和占比分别为270.4 d·nm、5185 d·nm和34.3%、65.7%,改性后只出现了1881 d·nm这一个强度峰,粒径分布系数PDI也从0.793下降至0.256,粒径分布更为均匀、集中。从zeta电位的测试结果来看,zeta电位由8.31 mV上升至68.4 mV,有趣的是,未改性负离子材料zeta电位也出现了7.74 mV和25.7 mV两个强度峰,占比分别为96.0%和4.0%。Zeta电位绝对值的增大,增强了粒子双电层的斥力,从而提升了负离子材料的分散性[9,24]。
2.2 壳聚糖/聚乙二醇改性负离子材料影响因素分析
要制备性能稳定的壳聚糖改性负离子材料的前提是制备出具有一定“笼状”空间的稳定性高的壳聚糖/聚乙二醇复合材料,因此要求在保证zeta电位大于30 mV的前提下[25,26],尽可能提升壳聚糖/聚乙二醇的纳米粒度,在制备出合适的壳聚糖/聚乙二醇后,再搭载负离子材料,从而获得稳定性高的壳聚糖/聚乙二醇改性负离子材料。影响壳聚糖/聚乙二醇zeta电位和纳米粒度的主要因素有pH值、壳聚糖与聚乙二醇的用量等。
文章来源:《电镀与涂饰》 网址: http://www.ddytszz.cn/qikandaodu/2021/0330/459.html