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1、纳米二氧化硅（同VK-SP30F）对淀粉浆膜耐磨损性能的影响摘要 利用纳米二氧化硅改善淀粉浆料,通过试验分析纳米二氧化硅提高淀粉浆料浆膜耐磨损性能的原理。将处理后的纳米二氧化硅（同VK-SP30F）粒子添加到淀粉浆料中制备成膜,并用耐磨试验机测试了纳米二氧化硅（同VK-SP30F）粒子含量对浆膜耐磨性能的影响。同时,通过AFM、SEM、视频变焦显微镜对浆膜表观形貌结构和磨损机制进行了表征。结果表明,添加适量纳米二氧化硅（同VK-SP30F）的混合浆料的浆膜比纯淀粉浆料的浆膜具有更好的耐磨损性,而且当纳米二氧化硅
2、（同VK-SP30F）含量为3%时,混合浆料浆膜的耐磨性能最好。 浆料质量是决定经纱上浆质量的主要因素,而浆膜耐磨损性又是检测浆料质量的重要指标之一。目前市场上以淀粉、PVA和丙烯酸类浆料为主,其中淀粉以其资源丰富,价格低廉,对天然纤维的粘附性较好,环境污染较小等优点广泛用于经纱上浆,但其性能还不能令人满意。为了进一步提高浆料的质量,将纳米材料添加到浆料中,生产出“纳米浆料”,即用无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物浆料中形成有机和无机纳米复合浆料,但是关于这方面的报道不多。本文采用纳米二氧化硅（同VK-SP
3、30F）作为填料,加入到淀粉浆料中制成浆膜,在耐磨试验机上检测所得浆膜的耐磨性能,利用SEM等手段观察浆膜微观表面形貌,分析纳米材料提高浆膜耐磨性的机理,以期扩展纳米材料在浆料中的应用。1 试验部分1.1 原 料纳米二氧化硅（同VK-SP30F）,粒径小于或等于35nm,纯度大于或等于99.5%;六偏磷酸钠,分析纯,;TB2225变性淀粉,水分小于或等于1.410%,灰分小于或等于0.35%,蛋白质小于或等于0.55%。1.2 仪 器电子分析天平,AB2042N,梅特勒托利多仪器(上海)有限公司;超声波清洗机,
4、SJ1200,33kHz,上海精洁超声设备制造有限公司;Zweigle耐磨试验机,G552,德国;扫描电子显微镜(SEM),Quanta200,荷兰FEI公司;视频变焦显微镜,DZ3,日本Union公司;原子力显微镜(AFM),CSPM3000,广州本原纳米仪器公司。1.3 试样制备分散过程:为了减少纳米粒子的团聚,采用六偏磷酸钠对纳米粉体进行表面处理。控制纳米SiO2在浆膜中的质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%,分别称取不同质量的纳米二氧化硅（同VK-SP30F）,添加适量的六偏磷酸钠,放到去离
5、子水中,超声波分散60min,以打破团聚体,形成较为稳定的纳米SiO2水分散体系,制成悬浮液。调浆过程:按比例称取淀粉和纳米SiO2水悬浮液,配制含量为6%的调浆溶液,以120rPmin的速度搅拌,升温烧煮到95℃,并保温1h,以使淀粉充分糊化。制膜过程:将充分糊化后的浆液冷却至50℃左右时,量取400mL,浇在玻璃板上,在温度为20℃,湿度为65%条件下自然干燥成膜。在恒温恒湿条件下平衡24h,以待测试。1.4 性能测试将制成的浆膜裁成长220mm,宽10mm长条,在G552耐磨试验机上测试。试验时,选用80
6、0目砂纸,加压质量为250g,摩擦次数为1000次。每种浆膜测试10次。最后利用公式计算每种试样的磨耗:G=(m0-m1)PS式中,G为磨耗;m0为试样磨前的质量;m1为试样磨后的质量;S为磨损面积。磨耗数值越小则表示耐磨性越好。2 结果与讨论2.1 磨损性能 随着纳米二氧化硅（同VK-SP30F）含量的增加,浆膜的磨耗呈先降低后增加的趋势。当纳米二氧化硅（同VK-SP30F）含量低于3%时,磨耗随着纳米二氧化硅（同VK-SP30F）增加而降低;当纳米二氧化硅（同VK-SP30F）的含量为3%时,磨耗达到最低
7、,为0.511mgPcm2;当纳米二氧化硅（同VK-SP30F）含量大于3%以后,磨耗反而逐渐增大。这就说明适当比例的纳米SiO2可以有效地提高浆膜的耐磨损性能。纳米二氧化硅（同VK-SP30F）含量会影响浆膜的耐磨损性能,可能是由于纳米SiO2具有絮状和网状的准颗粒结构,粒子的尺寸小,比表面积大,表面能高,表面严重的配位不足易同淀粉大分子上的羟基起键合作用,提高分子间的键力;同时由于纳米二氧化硅（同VK-SP30F）的小尺寸效应和宏观量子隧道效应,使其产生淤渗作用,可以深入到高分子链的不饱和键附近,并和不饱和
8、键的电子云发生作用,从而提高浆膜的耐磨性能。但是过多的纳米二氧化硅（同VK-SP30F）会削弱淀粉大分子链间的相互作用,使淀粉分子同纳米SiO2之间的界面作用减弱,这些都使得浆膜的耐磨性能下降。同时,纳米二氧化硅（同VK-SP30F）在摩擦过程中易于磨损表面产生富集。在浆膜的磨损试验中,其所含的部分纳米SiO2粒子直接脱落或伴随着磨屑脱落,但是由于迁移过程中的物理吸附作用,使其积聚于摩
