纳米二氧化钛多功能织物整理剂的制备与性能
邓桦,张纪梅,李秀明,李鹤,唐万生
(天津工业大学改性与功能纤维天津市重点实验室,天津 300160)
摘 要 采用溶胶凝胶法研制出纳米二氧化钛整理剂,通过浸轧的方式将其应用于棉织物的功能整理中。结果 表明,整理后的棉织物抗紫外线性能优异,UPF值大幅度增加,且皂洗牢度好。同时,织物还具有较好的抗菌性能, 细菌减少80%以上。此外,整理后织物的性能受织物结构、整理剂浓度的影响,织物越紧密、整理剂中二氧化钛浓 度越高,织物的抗紫外线和抗菌性能越好。
关键词 纳米二氧化钛;抗紫外;抗菌;整理
中图分类号:TS195 文献标识码:A
近年来,过量紫外线照射对人体的危害已引起 人们的关注,而纳米二氧化钛则可以有效地屏蔽日 光中会对人体造成伤害的UVA和UVB。二氧化钛 所具有的超氧化能力可破坏细胞的细胞膜,从而使 细胞组分流失造成细菌死亡;还可凝固病毒的蛋白 质,抑制病毒活性达到灭活病毒的目的[1]。采用纳 米二氧化钛对织物进行整理可得到具有多种优良性 能的功能纺织品。
溶胶凝胶法是制备纳米二氧化钛普遍采用的 方法之一。该方法有设备和工艺简单,操作方便,产 物粒度小,粒度分布范围窄等优点。本文采用溶胶 凝胶法自制纳米二氧化钛,然后将纳米二氧化钛配 制成整理剂溶液,用于织物后整理,并对整理剂的紫 外线屏蔽能力、整理后织物的抗紫外线性能、抗菌性 能以及耐皂洗牢度进行了研究。
1 试验部分
1·1 材 料
试剂:钛酸酯;碳酸钠;偶联剂;蛋白胨(生化试 剂);牛肉浸膏(生化试剂);营养琼脂(生化试剂)等。 织物: 1#试料,纯棉织物,经纬密为 268根/10 cm×268根/10 cm;2#试样,纯棉织物,经纬 密为512根/10 cm×276根/10 cm。
1·2 TiO2整理剂的制备
以钛酸酯作为TiO2的前驱物,在不同条件下使 其水解得到纳米TiO2。根据织物加工特点,设计不同配方将纳米TiO2制备成整理剂,用于织物整理。
含纳米TiO2整理剂的配方见表1。
1·3 织物整理工艺
布样浸入整理液→二浸二轧(轧液率75%)→ Na2CO3处理→水洗→烘干(80℃ 、3 min,100℃、 3 min)。
1·4 性能测试
织物抗紫外线性能用Camspec M350 SPF Spectrophotometer分光光度仪参照AATCCTestMethod 183—2000方法测试[2],其效果用紫外线防护因子 (UPF)表示。UPF值越高,织物抗紫外线性能越好。 耐皂洗牢度试验参照GB 3921—92纺织品耐洗色牢 度测试方法进行。抗菌试验参照FZ/T01021—92织 物抗菌性能测试方法进行。
2 结果与讨论
2·1 纳米TiO2整理剂的性能测试
用UV-1200紫外可见分光光度仪测得A、B、C、 D配方整理剂在不同波长下的透射率(T)。结果发 现,上述整理剂的透射率曲线可分为二类。一类是 不含助溶剂的,以B配方为代表;另一类是含助溶 剂的,以C配方为代表,其透射率曲线见图1~4。
从图1、3可看出,整理剂中助溶剂的存在与否,导致 其透射率随波长的变化不完全相同,表现出对可见 光区的吸收有一定影响。但它们的共同之处是在紫 外光区,所有整理剂的紫外线透过率都很低,尤其在 对人体有害的UVA和UVB区内更明显(图2、4),说 明试验中自制的TiO2整理剂具有很好的紫外线屏 蔽能力。文献[3]对自制整理剂中纳米TiO2的粒径 进行了测定,约为20~30 nm。
2·2 织物抗紫外线性能
用不同的整理剂对不同结构的织物进行整理 后,测得织物的抗紫外性能和耐皂洗性能,测试结果 见表2。由表2可看出,经过整理后棉织物的UPF 值都明显高于空白织物,证明试验制备的纳米TiO2整理剂适用于纺织品的整理,抗紫外线效果显著。
另外,整理过的织物经5、10、20、30次洗涤,其UPF 值仍保持在较高水平,说明整理剂的抗紫外耐久性 很好。这是由于纳米TiO2与棉纤维形成了较牢固 的结合[3]。个别的UPF值在洗涤后呈现增加的趋 势,可能是由于多次皂洗和烘干后,织物缩水使纱线 间的空隙率减小,密度增加,织物对紫外线的遮蔽能 力增强。由于荧光增白剂可以影响紫外线透射率, 试验使用的洗涤皂粉不含荧光增白剂,消除了增白 剂对织物抗紫外性能评定的影响。
由试验1和3的数据可以得出,整理剂中TiO2 的质量分数对织物抗紫外性能有一定影响。TiO2的 质量分数降低50%,UPF值也降低近一半,即UPF 值和整理剂质量分数成正比关系。这是由于整理 后,TiO2纳米粒子均匀覆盖在纤维和织物表面,当 TiO2质量分数升高时,粒子排列密度增大,对紫外线 的屏蔽效果增强。但当织物上吸附的TiO2量达到 一定值时,整理剂中TiO2的质量分数增加,织物的 抗紫外线性能不再提高,而是趋于一稳定值(见试验 4、5)。由试验2、3的数据可以看出,整理剂中不同 组分———某些助溶剂的存在,也会对织物的抗紫外 性能产生影响。
此外,由试验3和4的数据还可看出,经同一种 整理剂处理的不同密度的棉织物的抗紫外线性能有 较大的差异。同种纤维构成的织物,经纬密度越高, 紫外线透射率越低,其防护作用就越大;反之,越是 稀疏,紫外线也就越容易透过,防护作用也就越小。
2·3 织物抗菌性
试验所用细菌为大肠杆菌,采用细菌减少百分 率进行评价。计算公式为
式中,A为定期培养试样上的细菌数;B为菌悬液中 的细菌数;C为空白对照织物上的细菌数。
经不同整理剂整理后棉织物的抗菌性试验结果 见表3。从表3看出,经整理剂处理的不同织物,其 细菌减少达到80%以上,说明整理剂在光照条件 下,具有较好的抗菌性.
由试验6、9的数据看出,将同一整理剂用于不 同棉织物时,织物越紧密,吸收的纳米TiO2就越多, 抗菌性也就越好。另外,由表3还可看出,试验8试 样的抗菌性比试验6试样的好,这是由于整理剂中 TiO2质量分数越高,织物吸收的TiO2也就越多,抗 菌性越好。因此整理织物的抗菌性与织物上TiO2 的含量成正比。
3 结 论
1)利用自制的纳米二氧化钛整理剂整理棉织 物,其抗紫外线性能有显著的提高。同时整理后织 物具有较好的抗菌性,细菌减少百分率可达到80% 以上。
2)织物的抗紫外线和抗菌性能均与织物结构、 整理剂质量分数有关。织物越紧密,整理剂中TiO2 质量分数越高,整理后织物的抗紫外线和抗菌性能 越好,同时,整理后织物的皂洗牢度较好。
参考文献:
[ 1 ] 袭著革,李君文,王福玉.环境卫生纳米应用技术 [M].北京:化学工业出版社,2004.155-160.
[ 2 ] AATCC Test Method 183—2000 [S]. AATCC Technical Manual.2002.188-190.
[ 3 ] 邓桦,忻浩忠.纳米TiO2的抗紫外线整理应用研究 [J].纺织学报,2005,26 (6):47-49.
