納米二氧化鈦多功能織物整理劑的制備與性能

鄧樺,張紀(jì)梅,李秀明,李鶴,唐萬生

(天津工業(yè)大學(xué)改性與功能纖維天津市重點(diǎn)實驗室,天津　300160)

摘　要　采用溶膠凝膠法研制出納米二氧化鈦整理劑,通過浸軋的方式將其應(yīng)用于棉織物的功能整理中。結(jié)果 表明,整理后的棉織物抗紫外線性能優(yōu)異,UPF值大幅度增加,且皂洗牢度好。同時,織物還具有較好的抗菌性能, 細(xì)菌減少80%以上。此外,整理后織物的性能受織物結(jié)構(gòu)、整理劑濃度的影響,織物越緊密、整理劑中二氧化鈦濃 度越高,織物的抗紫外線和抗菌性能越好。

關(guān)鍵詞　納米二氧化鈦;抗紫外;抗菌;整理

中圖分類號:TS195　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

近年來,過量紫外線照射對人體的危害已引起 人們的關(guān)注,而納米二氧化鈦則可以有效地屏蔽日 光中會對人體造成傷害的UVA和UVB。二氧化鈦 所具有的超氧化能力可破壞細(xì)胞的細(xì)胞膜,從而使 細(xì)胞組分流失造成細(xì)菌死亡;還可凝固病毒的蛋白 質(zhì),抑制病毒活性達(dá)到滅活病毒的目的[1]。采用納 米二氧化鈦對織物進(jìn)行整理可得到具有多種優(yōu)良性 能的功能紡織品。

溶膠凝膠法是制備納米二氧化鈦普遍采用的 方法之一。該方法有設(shè)備和工藝簡單,操作方便,產(chǎn) 物粒度小,粒度分布范圍窄等優(yōu)點(diǎn)。本文采用溶膠 凝膠法自制納米二氧化鈦,然后將納米二氧化鈦配 制成整理劑溶液,用于織物后整理,并對整理劑的紫 外線屏蔽能力、整理后織物的抗紫外線性能、抗菌性 能以及耐皂洗牢度進(jìn)行了研究。

1　試驗部分

1·1　材　料

試劑:鈦酸酯;碳酸鈉;偶聯(lián)劑;蛋白胨(生化試 劑);牛肉浸膏(生化試劑);營養(yǎng)瓊脂(生化試劑)等。 織物: 1#試料,純棉織物,經(jīng)緯密為 268根/10 cm×268根/10 cm;2#試樣,純棉織物,經(jīng)緯 密為512根/10 cm×276根/10 cm。

1·2　TiO2整理劑的制備

以鈦酸酯作為TiO2的前驅(qū)物,在不同條件下使 其水解得到納米TiO2。根據(jù)織物加工特點(diǎn),設(shè)計不同配方將納米TiO2制備成整理劑,用于織物整理。

含納米TiO2整理劑的配方見表1。

1·3　織物整理工藝

布樣浸入整理液→二浸二軋(軋液率75%)→ Na2CO3處理→水洗→烘干(80℃ 、3 min,100℃、 3 min)。

1·4　性能測試

織物抗紫外線性能用Camspec M350 SPF Spectrophotometer分光光度儀參照AATCCTestMethod 183—2000方法測試[2],其效果用紫外線防護(hù)因子 (UPF)表示。UPF值越高,織物抗紫外線性能越好。 耐皂洗牢度試驗參照GB 3921—92紡織品耐洗色牢 度測試方法進(jìn)行。抗菌試驗參照FZ/T01021—92織 物抗菌性能測試方法進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2·1　納米TiO2整理劑的性能測試

用UV-1200紫外可見分光光度儀測得A、B、C、 D配方整理劑在不同波長下的透射率(T)。結(jié)果發(fā) 現(xiàn),上述整理劑的透射率曲線可分為二類。一類是 不含助溶劑的,以B配方為代表;另一類是含助溶 劑的,以C配方為代表,其透射率曲線見圖1~4。

從圖1、3可看出,整理劑中助溶劑的存在與否,導(dǎo)致 其透射率隨波長的變化不完全相同,表現(xiàn)出對可見 光區(qū)的吸收有一定影響。但它們的共同之處是在紫 外光區(qū),所有整理劑的紫外線透過率都很低,尤其在 對人體有害的UVA和UVB區(qū)內(nèi)更明顯(圖2、4),說 明試驗中自制的TiO2整理劑具有很好的紫外線屏 蔽能力。文獻(xiàn)[3]對自制整理劑中納米TiO2的粒徑 進(jìn)行了測定,約為20~30 nm。

2·2　織物抗紫外線性能

用不同的整理劑對不同結(jié)構(gòu)的織物進(jìn)行整理 后,測得織物的抗紫外性能和耐皂洗性能,測試結(jié)果 見表2。由表2可看出,經(jīng)過整理后棉織物的UPF 值都明顯高于空白織物,證明試驗制備的納米TiO2整理劑適用于紡織品的整理,抗紫外線效果顯著。

另外,整理過的織物經(jīng)5、10、20、30次洗滌,其UPF 值仍保持在較高水平,說明整理劑的抗紫外耐久性 很好。這是由于納米TiO2與棉纖維形成了較牢固 的結(jié)合[3]。個別的UPF值在洗滌后呈現(xiàn)增加的趨 勢,可能是由于多次皂洗和烘干后,織物縮水使紗線 間的空隙率減小,密度增加,織物對紫外線的遮蔽能 力增強(qiáng)。由于熒光增白劑可以影響紫外線透射率, 試驗使用的洗滌皂粉不含熒光增白劑,消除了增白 劑對織物抗紫外性能評定的影響。

由試驗1和3的數(shù)據(jù)可以得出,整理劑中TiO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對織物抗紫外性能有一定影響。TiO2的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低50%,UPF值也降低近一半,即UPF 值和整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比關(guān)系。這是由于整理 后,TiO2納米粒子均勻覆蓋在纖維和織物表面,當(dāng) TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高時,粒子排列密度增大,對紫外線 的屏蔽效果增強(qiáng)。但當(dāng)織物上吸附的TiO2量達(dá)到 一定值時,整理劑中TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,織物的 抗紫外線性能不再提高,而是趨于一穩(wěn)定值(見試驗 4、5)。由試驗2、3的數(shù)據(jù)可以看出,整理劑中不同 組分———某些助溶劑的存在,也會對織物的抗紫外 性能產(chǎn)生影響。

此外,由試驗3和4的數(shù)據(jù)還可看出,經(jīng)同一種 整理劑處理的不同密度的棉織物的抗紫外線性能有 較大的差異。同種纖維構(gòu)成的織物,經(jīng)緯密度越高, 紫外線透射率越低,其防護(hù)作用就越大;反之,越是 稀疏,紫外線也就越容易透過,防護(hù)作用也就越小。

2·3　織物抗菌性

試驗所用細(xì)菌為大腸桿菌,采用細(xì)菌減少百分 率進(jìn)行評價。計算公式為

式中,A為定期培養(yǎng)試樣上的細(xì)菌數(shù);B為菌懸液中 的細(xì)菌數(shù);C為空白對照織物上的細(xì)菌數(shù)。

經(jīng)不同整理劑整理后棉織物的抗菌性試驗結(jié)果 見表3。從表3看出,經(jīng)整理劑處理的不同織物,其 細(xì)菌減少達(dá)到80%以上,說明整理劑在光照條件 下,具有較好的抗菌性.

由試驗6、9的數(shù)據(jù)看出,將同一整理劑用于不 同棉織物時,織物越緊密,吸收的納米TiO2就越多, 抗菌性也就越好。另外,由表3還可看出,試驗8試 樣的抗菌性比試驗6試樣的好,這是由于整理劑中 TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,織物吸收的TiO2也就越多,抗 菌性越好。因此整理織物的抗菌性與織物上TiO2 的含量成正比。

3　結(jié)　論

1)利用自制的納米二氧化鈦整理劑整理棉織 物,其抗紫外線性能有顯著的提高。同時整理后織 物具有較好的抗菌性,細(xì)菌減少百分率可達(dá)到80% 以上。

2)織物的抗紫外線和抗菌性能均與織物結(jié)構(gòu)、 整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。織物越緊密,整理劑中TiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,整理后織物的抗紫外線和抗菌性能 越好,同時,整理后織物的皂洗牢度較好。

參考文獻(xiàn):

[ 1 ]　襲著革,李君文,王福玉.環(huán)境衛(wèi)生納米應(yīng)用技術(shù) [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.155-160.

[ 2 ]　AATCC Test Method 183—2000 [S]. AATCC Technical Manual.2002.188-190.

[ 3 ]　鄧樺,忻浩忠.納米TiO2的抗紫外線整理應(yīng)用研究 [J].紡織學(xué)報,2005,26 (6):47-49.