珍珠表面改善技术的研究 25
VTi(OC4H9)4:VH20=10:0.5
(4)溶剂的影响:保持其他反应条件不变,改变钛酸四正丁酯和无水乙醇的配比,得到的实验结果如表4.4所示:
表4.4 溶剂的量对溶胶生成的影响
钛酸四正10 10 10 10 无水乙40 30 20 5 丁酯(ml) 醇(ml) 实验现象 凝胶化时间较长,生成淡黄色溶胶粘度较小 凝胶化时间适中,生成淡黄色溶胶粘度适中 凝胶化时间较短,生成淡黄色溶胶粘度较大 生成乳黄色悬浮液,含有少量乳黄色沉淀 该反应的溶剂是无水乙醇,根据实验结果无水乙醇溶剂对反应有影响。由实验现象得知:如果无水乙醇的加入量太少,钛酸四正丁酯溶解不完全,引起生成的氧化钛粒子聚集沉淀,导致溶胶无法形成;无水乙醇的加入量太多,又延长了反应时间,生成的溶胶粘度小,和珍珠表面的结合不紧密,达不到改善珍珠表面的目的,也不利于反应。
因此,溶剂量有一个最佳量。V钛酸四正丁酯:V无水乙醇=10:30
(5)分散剂及抑制剂的影响:由于聚乙二醇及三乙醇胺都是粘稠液体,过多会使产物表面附有大量油状物,所以我们对他们的用量进行统一研究。保持其他反应条件不变,改变钛酸四正丁酯和聚乙二醇的配比,得到的实验结果如表4.5所示:
表4.5 分散剂及抑制剂的量对溶胶生成的影响
钛酸四正10 10 10 10 三乙醇10 4 2 1 聚乙二醇(ml) 10 4 2 1 丁酯(ml) 胺(ml) 实验现象 反应产物表面附有大量油状物 反应产物表面附有少量油状物 凝胶化时间适中,生成淡黄色溶胶,粘度适中 生成乳黄色絮状沉淀 该实验使用的分散剂是聚乙二醇,分散剂的作用就是为了防止生成的氧化钛团聚。但是分散剂的量也有个限度。三乙醇胺的用量过多,其抑制作用大于钛酸四正丁酯的水解作用,钛酸四正丁酯很难水解生成溶胶。三乙醇胺的用量过少,抑制作用不明显,钛酸四正丁酯水解迅速,溶胶粒子不分散,造成局部粘度过大的现象,容易使珍珠表面的膜层不均匀。所以分散剂及抑制剂有一个最佳的量。 V钛酸四正丁酯:V聚乙二醇:V三乙醇胺=10:2:2 (7)实验结果:
由以上各组对比实验得出能生成纳米氧化钛溶胶的最佳环境条件和配比,实验结果如表4.6所示:
珍珠表面改善技术的研究 26
表4.6 生成氧化肽溶胶的最佳实验条件
钛酸四正丁酯(ml) 去离子水(ml) 无水乙醇(ml) 聚乙二醇(ml) 三乙醇胺(ml) 温度T(oC) pH值 10.0 0.5 30.0 2.0 2.0 30.0 7.0 经过以上实验配比和实验条件所得到的纳米氧化钛溶胶具有溶胶颜色浅,颜色均一,溶胶体系不掺杂气泡,不易脱落等优点。
图4-1经过第一次改善的珍珠Ⅰ 图4-2经过第一次改善的珍珠Ⅱ
图4-1和图4-2是经过纳米氧化钛溶胶镀膜的珍珠中间产品。珍珠要想拥有较高的实际价值和欣赏价值,除了本身生长条件的决定因素外,其良好的光泽度和颜色是必不可缺的,由于纳米二氧化钛具有吸收紫外线效应、透明及防遮盖等优良特性所以此次成品成无色透明,光泽良好。
根据查证,氧化钛为白色固体或粉末状的两性氧化物。又称钛白,白度很高。二氧化钛在水中的溶解度很小,但可溶于酸,也可溶于碱,所以第一步反应生成的氧化钛薄膜对珍珠耐久性的提高不会有太大改善,这层氧化钛薄膜主要修补了珍珠表面的凹坑和缝隙,阻挡了紫外线对珍珠的侵蚀,使珍珠的强度得到改善,但是抗酸性一般。
4.1.2在珍珠表面镀上甲基丙稀酸甲酯薄膜
这一步实验由于只有两个主反应物,所以只安排了两组对比实验。 第一组对比实验(温度的影响):将干燥后的经过纳米氧化钛处理的珍珠加入到三口烧瓶中,并加入甲基丙稀酸甲酯和偶氮二异丁腈,二者比例为1000:1,取甲基丙稀酸甲酯30g,偶氮二异丁腈30mg,加热至30oC时,保持水浴温度不变,体系粘度无变化,冷凝装置中没有液体回流;继续加热至50oC,保持水浴温度不变,体系粘度仍然无变化,冷凝装置中没有液体回流;继续加热至80oC,
珍珠表面改善技术的研究 27
保持水浴温度不变,不停搅拌,反应持续30min,体系开始具有一定粘度,并开始冷凝回流,此时,将体系快速冷却至50oC,取出珍珠,在室温下干燥放置一段时间之后,取出珍珠放入干燥箱干燥,在珍珠中间体的表面附着了一层透明的无色薄膜,薄膜光泽度较好。
对比实验,保持其他实验条件不变,温度升至90oC,加热30min,开始降温,体系粘度在降温时骤然变大,后来变为透明的玻璃体,内部充满了大量体积较大的气泡,整体表现透明,聚合物硬度很大,粘附程度大大高于首次实验所生成的薄膜,并且紧紧粘附在玻璃壁上。实验结果如表4.7所示:
表4.7 温度对聚合反应的影响
温度T(oC) 30 50 80 90 实验现象 体系粘度变化不明显即粘度过小 体系粘度变化不明显即粘度较小 体系粘度缓慢增加,冷凝过程比较缓慢 体系粘度过大 由以上实验结果分析可以知道,在聚合反应时,温度过低则单体的转化率很低,这是由于温度不够,不容易产生自由基以及自由基偶合终止显著所致。另外,由高分子化学的知识可以得知,单体的转化率随时间而增加,聚合物的分子量随着转化率呈线性增长,分子量的分布随着转化率存在着先加宽后变窄的现象。
根据推测断定:在聚合初始阶段,反应处于诱导期,活性自由基浓度较高,偶合终止反应可能发生,于是聚合物分子量在这个期间快速增到较高值,分子量的分布逐渐加宽,自由基浓度降低,聚合反应速度降低,反应的可控性加强。
由于珍珠中的有机组成主要是壳角蛋白,壳角蛋白的存在提高了珍珠的弹性和韧性,也是影响光泽和颜色的原因。如果体系温度过高,会引起壳角蛋白的破坏,蛋白质变性从而导致珍珠的光泽和颜色的破坏。故不能采用对比实验所使用的90oC的温控。从另一方面来说,对比实验所生成的固体完全粘附于珍珠表面,硬度非常高,使得珍珠的打磨和抛光无法实施,对珍珠的深加工产生影响,即使PMMA薄膜透光性非常好,但是由于给加工带来困难,所以90oC的温控下产生的PMMA薄膜不能用于珍珠耐久性的改善。
由此组对比实验得出,最佳反应温度为80oC。
第二组对比实验:保证其他反应条件不变,改变引发剂偶氮二异丁腈的投入量,观测实验现象,实验结果如表4.8所示:
珍珠表面改善技术的研究 28
表4.8 引发剂的量对聚合反应的影响
甲基丙稀酸甲酯(g) 偶氮二异丁腈(mg) 30 30 30 30 10 20 30 40 实验现象 体系粘度变化不明显 体系粘度增加比较缓慢 体系粘度增加均匀,产物硬度适中 迅速发生聚合反应,生成硬度很大的产物 由以上的对比实验可以得出,随着引发剂偶氮二异丁腈的投入量的增多,体系转化率得到很大改善,从几乎不聚合到迅速发生聚合反应。可见引发剂偶氮二异丁腈的存在,促进了低温体系中自由基的产生,并且比较有效的抑制了偶合终止反应的发生,使聚合物的分子量及分布明显降低,有效控制了单体的聚合。由此组对比实验得出,最佳配比为:M甲基丙稀酸甲酯:M偶氮二异丁腈=1000:1
图4-3和图4-4为第二步实验所制得的在珍珠中间体表面附着聚甲基丙稀酸甲酯薄膜的珍珠。照片和经过第一步实验所制得的珍珠中间体对比,表面镀膜不均匀,这是由于第二步所用试剂的粘度大于第一步所用试剂所致。
图4-3经过第二次改善的珍珠Ⅰ 图4-4经过第二次改善的珍珠Ⅱ
4.1.3抗酸性检验
将尿素(1.00±0.01)g,氯化钠(5.00±0.01)g和乳酸(940±20)ml置于1000ml的烧杯中。加入去离子水1000ml,搅拌至所有试剂完全溶解,轻轻搅拌并逐滴加入稀氨水,直至pH值稳定在(6.50±0.10)。将人工汗液转移至1000ml容量瓶,并以去离子水补充体积至刻度,即得到人工汗液。人工汗液配置后应在3h内使用。
取未经处理的珍珠三颗,经过第一步耐久性处理的镀上氧化钛溶胶后的珍珠三颗,经过第二步耐久性处理的镀上PMMA薄膜后的珍珠三颗,将这三类珍珠分别置于具有活塞的臼口瓶中,加入人工汗液,使试样完全浸没于人工汗液中,盖好以免溶液挥发。在室温下,将臼口瓶静置,处理达到试验时间之后,取出试样放入去离子水中片刻,再取出并用吸水纸轻轻吸干试样表面水分、晾干,检验表面光泽度等外观的变化。列表如下: