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科学研究

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研究领域:

水性高分子的设计与合成

有机/无机纳米复合材料的关键技术

轻纺化学产品的性能与应用

研究方向:

(1)聚合物基纳米复合轻工涂层化学品

以天然产物(酪素、壳聚糖等)和合成高分子(聚丙烯酸酯、聚氨酯等)为聚合物基体,基于乳液聚合技术,在聚合过程中原位或间接引入无机纳米粒子(如SiO2、ZnO、TiO2、CNT等),制备适用于轻工领域的水性聚合物基纳米复合涂层材料(皮革涂饰剂、纺织品整理剂、建筑涂料以及油墨连接料等),充分发挥聚合物的成膜性能和无机纳米粒子对聚合物增强增韧的作用,同时赋予涂层纳米粒子的特异性能(如抗紫外、自清洁、抗菌、耐黄变等)。研究水性聚合物基无机纳米复合涂层材料的制备机理,通过改变聚合技术,例如无皂聚合、核壳聚合、互穿网络聚合、RAFT聚合、Pickering聚合以及单、双原位聚合等,调节单体组成和聚合工艺条件,探索聚合物的分子组成和结构对聚合物性能的影响;研究纳米粒子在聚合物中的分散规律及其对聚合物应用性能的影响;探索纳米粒子的结构、性质和纳米粒子的表面处理对聚合物基体的增强增韧机理。本研究方向已获得国家高技术研究发展(863)计划、国家国际科技合作专项、国家自然科学基金、陕西省科技计划等项目的支持,荣获国家技术发明二等奖1项,教育部技术发明奖二等奖1项。

(2)聚合物基纳米复合鞣剂

本研究方向以丙烯酸类聚合物、水溶性环氧树脂为基体,开发了聚合物基蒙脱土纳米复合鞣剂、聚合物基氧化锌纳米复合鞣剂能够提高胶原湿热稳定性,增强增韧胶原纤维,实现无铬或少铬鞣,降低污染;制备多羧基聚合物/蒙脱土纳米复合高吸收铬鞣助剂,配合传统铬鞣剂用量的1/3应用于免浸酸鞣制工艺,可使蓝湿革收缩温度大于100℃,能够大幅度提高铬鞣剂的吸收,有效降低废水中三氧化二铬含量,且成革的填充性以及物理机械性能均达到行业要求,此外该助剂已进行工业化试生产,并在多家企业进行了中试以及大试应用,取得良好的应用效果;制备系列分子量丙烯酸树脂复鞣剂,针对性地调节复鞣剂的填充性、渗透性、收敛性和柔软性等应用性能,其中大分子、中分子、小分子丙烯酸树脂复鞣剂已企业转化,并在多家工厂进行了应用,得到普遍认可;研发改性淀粉/蒙脱土纳米复鞣剂,在提高皮革选择填充性的同时,有效捕获皮革中游离甲醛。探究了纳米鞣剂对胶原纤维的改性机理。本研究方向获得国家973计划前期研究专项、国家自然基金项目、陕西省科技计划项目等资助,本研究方向的成果获得国家科学进步二等奖、陕西省科学技术一等奖、中国轻工业联合会技术发明一等奖、中国轻工业联合会科技进步一等奖、陕西省科技进步二等奖等。

(3)废弃油脂及废弃纤维资源化利用

研究制革废弃油脂、铬鞣革屑及农作物麦秸秆等的资源化利用,分别开发出性能优异的生物柴油、蛋白填充复鞣剂及高吸水性树脂。以制革行业产生的油脂废弃物为原料,通过酯交换反应制备出的绿色生物能源—生物柴油,此类生物柴油是石化柴油优良的替代品;在此基础上通将生物柴油添加到乙醇-柴油混合燃料中,制备新型乙醇-生物柴油-柴油三者混合的替代型燃料,使其更具经济可行性。采用废革屑为原料,通过乙烯基类单体对水解胶原蛋白进行接枝共聚改性,制备了蛋白复鞣剂,该复鞣剂既具有蛋白质优良的填充作用,又具有乙烯基类聚合物鞣剂的复鞣特性,复鞣后坯革增厚明显,能保持皮革的真皮感,更能发挥皮革透水汽的卫生性能。同时复鞣后坯革的物理机械性能均达到服装用革行业标准。利用废弃的农作物秸秆为原料,通过丙烯酸类聚合物的接枝改性并引入矿物粘土制备凝胶强度高、耐盐性好、可生物降解的纳米型高吸水性复合材料。本研究方向承担陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项项目与陕西省教育厅科学研究计划项目。

(4)酶的协同作用及多酶制剂的研究

开发高效、环保、可生物降解的制革用复合酶制剂,很大程度上减轻了制革行业的环境污染。研发了复合浸水酶制剂,用于生皮的浸水工序,具有缩短浸水时间、消除脖头纹、提高得革率等特点,已在多个企业合作进行产品的应用实验;与企业合作研发蓝湿革用脱脂软化复合酶制剂,解决传统脱脂剂对蓝湿革中脂肪去除难的问题,有效作用于蓝湿革中非胶原蛋白质和脂肪,提高成革柔软度,改善后期化料的吸收与渗透,有效提高成革质量。突破传统方法,引入纳米粒子对酶活进行稳定,探究了新的酶活稳定机制,获得了酶制剂与胶原纤维的作用机理。研发由废弃小分子有机二元酸、钙离子络合剂与缓冲无机盐复配而成的无氨脱灰剂,其成本低廉脱灰效果与硫酸铵相当,减少了制革加工过程中的氨氮污染。本研究获得陕西省教育厅专项科研计划项目、温州市科技计划项目及企业委托研发项目的支持。

(5)天然油脂的改性、乳化及应用

研究以天然油脂为原料,制备不同功能性加脂剂。以菜籽油为原料,通过对其胺解改性及叔胺化改性再引入亲水基团如羧基与磺酸基,制备亚硫酸化加脂剂与Gemini型加脂剂,并经与其他油脂及助剂复配制得复合加脂剂。在油脂基体中引入无机纳米粒子,获得了高性能的功能型(耐黄变型、阻燃型等)皮革加脂剂,探明了加脂剂与胶原纤维的作用机理。该产品性能可与国外同类产品相媲美,已经在多家企业进行转化生产,并产生了良好的经济与社会效益。在以上基础上,引入具有隔热作用的改性蒙脱土,制得无卤无毒的阻燃型纳米复合加脂剂。对花椒籽油降酸值、脱色后再进行琥珀酸酯磺酸化,制得结合型花椒籽油加脂剂,具有良好的加脂效果。还研究了以蓖麻油及其衍生物为原料,通过琥珀酸酯磺酸化引入亲水基,制备琥珀酸酯磺酸盐类加脂剂;再引入具有紫外屏蔽作用的金红石型纳米二氧化钛或氧化锌,制得有耐黄变型纳米复合加脂剂。研制以植物油为润滑成分的医疗器械用水性润滑剂,其可替代矿物油基润滑剂,大幅缓解产品降解性差及原料来源为不可再生资源的问题。产品在多家医院应用,可满足医疗器械的润滑性能要求,且成本增加不高,同时生产工艺简单、应用方便,具有很广阔的市场前景,该研究为企业委托研发项目。该研究获得陕西省自然科学基础研究计划项目、陕西省轻化工助剂重点实验室科研计划项目及企业委托研发项目的支持。

(6)鞋用聚合物基纳米复合发泡材料

将无机材料的刚性与高分子材料的韧性和可加工性相结合,制备聚合物基纳米复合发泡材料,研究纳米材料与聚合物之间的界面作用科学问题,实现纳米材料与高分子材料的优势互补。开展了聚合物改性、纳米材料改性,以及纳米材料与聚合物熔融共混及发泡研究;探索发泡材料泡孔形成机理、纳米材料与聚合物之间的相互作用,分析材料性能影响因素;制备了改性乙烯-醋酸乙烯聚合物(EVA)/蒙脱土纳米复合发泡鞋用材料,改性EVA/芳纶复合发泡材料等。本研究方向获陕西省重大科技创新基金项目、温州市科技计划攻关项目、广东花都科技支撑项目等资助。

(7)纤维及金属表面微/纳结构的构筑

利用结构组装和化学组装的微观制备技术,在纤维基材表面引入特殊纳米结构或功能纳米粒子,制备纤维基微米/纳米多级有序结构功能表面,研究表面的浸润性质及表面材料的应用。开展纤维表面纳米阵列结构的构筑及机理研究、纤维表面功能纳米粒子的(共价)层层组装,以及纤维表面纳米粒子的原位合成等,制备超疏水、超疏水防紫外线、超疏水抗菌、超疏水阻燃等功能纺织或皮革纤维材料。本研究方向承担获国家自然科学基金、新世纪优秀人才支持计划、教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类课题)、陕西省重大科技创新基金等项目资助,研究成果获陕西省科学技术二等奖、陕西省高等学校科学技术二等奖等。