芳纶改性聚合物基纳米复合皮革涂饰剂的制备和性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220337

摘要/Abstract

摘要：

以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）为共聚单体，通过水乳液聚合制备一种四元共聚物（PBMAA）乳液并自然干燥成膜，然后对芳纶Kevlar-1313（K-1313）共聚物进行改性，得到改性共聚物（K-PBMAA），并优化其添加比例以期提高涂饰膜的强度和耐磨损性能。将制备的实心纳米二氧化硅（记为S-SiO₂）和中空纳米二氧化硅（记为H-SiO₂）分别添加到K-PBMAA中制备纳米复合皮革涂饰剂（记为S-SiO₂/K-PMBAA和H-SiO₂/K-PMBAA）并用于绵羊皮的涂饰，发现K-1313和纳米SiO₂的同时引入使得复合涂膜的最大热分解温度由404 ℃提升至411 ℃，力学性能由4.03 MPa提高到8.67 MPa。

关键词: 芳纶, 纳米SiO₂, 纳米复合, 皮革涂饰

Abstract:

A quaternary copolymer water emulsion （denoted as PBMAA） and its natural drying film are firstly obtained with methyl methacrylate （MMA）， butyl acrylate （BA）， acrylic acid （AA） and acrylamide （AM） as monomers. Then， Kevlar-1313 of aramid （denoted as K-1313） is added to modify the copolymer （denoted as K-PBMAA） and the adding ratio is optimized in order to improve the strength and wear resistance of this film. The prepared solid nano-SiO₂ （denoted as S-SiO₂） and hollow nano-SiO₂ （denoted as H-SiO₂） are also added into K-PBMAA respectively to prepare nanocomposite leather finishing agents （denoted as S-SiO₂/K-PBMAA and H-SiO₂/K-PBMAA） that are applied for finishing sheepskin. It is found that the thermal decomposition temperature of the coating increases from 404 ℃ to 411 ℃ and the mechanical properties increases from 4.03 MPa to 8.67 MPa when K-1313 and nano-SiO₂ are introduced at the same time.

Key words: Aramid, Nano-SiO₂, Nano-composite, Leather finishing

中图分类号:

O631

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图/表 12

图1 S-SiO2/K-PBMAA和H-SiO2/K-PBMAA纳米复合乳液的合成路线图

Fig.1 Synthetic route of S-SiO2/K-PBMAA and H-SiO2/K-PBMAA nanocomposite emulsions

图2 （A） K-1313、PBMAA和K-PBMAA的FT-IR谱图；（B） S-SiO2、H-SiO2、S-SiO2/K-PBMAA和H-SiO2/K-PBMAA的FT-IR谱图；（C）不同纳米复合物乳液及涂饰膜

Fig.2 （A） FT-IR spectra of K-1313， PBMAA and K-PBMAA；（B） FT-IR spectra of S-SiO2， H-SiO2， S-SiO2/K-PBMAA and H-SiO2/K-PBMAA；（C） Different nanocomposite emulsions and coatings

图3 （A） S-SiO2和（B） H-SiO2的SEM形貌

Fig.3 SEM images of S-SiO2 （A） and H-SiO2 （B）

图4 不同涂饰膜的热失重曲线a.PBMAA； b.K-PBMAA； c.S-SiO2/K-PBMAA； d.H-SiO2/K-PBMAA

Fig.4 TG and DTG curves of different coatings

图5 （A）系列K-PBMAA涂饰膜的吸水率；（B）系列K-PBMAA涂饰膜在空气中对水的接触角

Fig.5 （A） The water absorption of a series of K-PBMAA coatings；（B） The contact angle with water in air of a series of K-PBMAA coatings

图6 （A）系列不同涂饰膜的吸水率；（B）涂饰前后绵羊皮的吸水率比较（未涂饰革、PBMAA涂饰革、S-SiO2/PBMAA涂饰革、H-SiO2/PBMAA涂饰革、K-PBMAA涂饰革、S-SiO2/K-PBMAA涂饰革、H-SiO2/K-PBMAA涂饰革分别标记为0#、1#、2#、3#、4#、5#和6#，下同）

Fig.6 （A） The water absorption of a series of different coatings；（B） Comparison of water absorption of sheepskin before and after finishing （Uncoated leather， PBMAA coated leather， S-SiO2/PBMAA coated leather， H-SiO2/PBMAA coated leather， K-PBMAA coated leather， S-SiO2/K-PBMAA coated leather， H-SiO2/K-PBMAA coated leather are labeled as 0#， 1#， 2#， 3#， 4#， 5# and 6#， respectively， the same below）

图7 （A）系列K-PBMAA涂饰膜和（B）不同涂饰膜的紫外吸收光谱

Fig.7 UV absorption spectra of （A） a series of K-PBMAA coatings and （B） different coatings

图8 （A）系列K-PBMAA涂饰膜和（B）不同涂饰膜的应力应变曲线

Fig.8 Stress-strain curves of （A） a series of K-PBMAA coatings and （B） different coatings

图9 （A）系列K-PBMAA涂饰膜的导热系数；（B）不同涂饰膜的导热系数；（C）涂饰前后绵羊皮的导热系数比较

Fig.9 （A） Thermal conductivity of a series of K-PBMAA coatings；（B） Thermal conductivity of different coatings；（C） Comparison of thermal conductivity of sheepskin before and after finishing

图10 不同涂饰膜表面磨损划痕的光学显微镜图像（PBMAA、K-PBMAA、S-SiO2/K-PBMAA和H-SiO2/K-PBMAA分别被标记为A、B、C和D； A-D为涂饰膜磨损前； A'-D'为涂饰膜磨损后）

Fig.10 Optical microscope images of surface wear and scratches of different coatings （PBMAA， K-PBMAA， S-SiO2/K-PBMAA and H-SiO2/K-PBMAA are denoted as A， B， C and D； A-D are the coatings before wearing； A'-D' are the coatings after wearing）

表1 涂饰前后绵羊皮的极限氧指数和柔软度

Table 1 The limiting oxygen index and softness of the finished sheepskin

Finished leather sample	LOI/%	Softness/mm
0#	22.1	49
1#	22.5	44
2#	23.2	41
3#	22.5	45
4#	22.8	39
5#	23.7	38
6#	23.5	40

图11 （A）未涂饰绵羊皮、（B） S-SiO2/K-PBMAA涂饰革和（C） H-SiO2/K-PBMAA涂饰革的SEM形貌

Fig.11 SEM images of unfinished sheepskin （A）， finished leather with S-SiO2/K-PBMAA （B） and H-SiO2/K-PBMAA （C）

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