劉俊美，鄧 樺，顧 欣

（天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387）

納米TiO2對(duì)棉織物抗紫外整理的研究

劉俊美，鄧 樺，顧 欣

（天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387）

文章采用溶膠法制備納米二氧化鈦溶膠，并用于整理棉織物，探討了織物抗紫外整理時(shí)整理液濃度、浴比、軋余率、添加劑種類(lèi)及加入量對(duì)整理效果的影響，通過(guò)測(cè)定織物的抗紫外性能、SEM及斷裂強(qiáng)力對(duì)織物整理效果進(jìn)行表征。結(jié)果表明：利用溶膠技術(shù)，在低溫條件下對(duì)純棉織物進(jìn)行功能整理是可行的，經(jīng)過(guò)整理的織物具有突出的抗紫外性能。

棉織物；納米TiO2；溶膠；抗紫外整理

近年來(lái)，由于空氣污染加劇，致使大氣層中的臭氧層遭到嚴(yán)重破壞，在局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了臭氧層空洞，導(dǎo)致紫外線(xiàn)輻射大大增加［1］。有專(zhuān)家認(rèn)為，許多疾病包括皮膚病和皮膚癌等都是過(guò)量的紫外線(xiàn)輻射引發(fā)的［2］。因此，對(duì)紡織品進(jìn)行防紫外線(xiàn)整理已經(jīng)到了刻不容緩的地步。納米材料因其多方面的獨(dú)特性能已在許多領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。運(yùn)用納米技術(shù)，可改善織物功能，

如抗紫外線(xiàn)，抗老化，抗菌，高強(qiáng)耐磨，抗靜電等［3］現(xiàn)在，運(yùn)用納米技術(shù)對(duì)織物進(jìn)行抗紫外整理被廣泛研究。其中，納米二氧化鈦的紫外吸收能力強(qiáng)對(duì)UVA和UVB都有屏蔽作用且可透過(guò)可見(jiàn)光對(duì)織物進(jìn)行整理加工時(shí)，能提高織物對(duì)紫外線(xiàn)的反射和散射能力，并且工藝簡(jiǎn)單、消耗小，用于紡織品抗紫外吸收整理是實(shí)用高效的。本文主要研究了運(yùn)用自制納米二氧化鈦對(duì)棉織物進(jìn)行抗紫外整理的工藝及性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及藥品

漂白絲光棉織物，鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、冰醋酸、氫氧化鈉、鹽酸、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、吐溫80CP、滲透劑JFC。

1.2 儀器與設(shè)備

TM-1000型臺(tái)式電子顯微鏡；ATLAS防紫外線(xiàn)保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)；YG065H電子織物強(qiáng)力機(jī)；DATACOLOR 600分光儀；KQ-100KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器；FLUKO高剪切分散乳化機(jī)；Delsa Nano.C particle Analyzer粒度儀，BECKMAN Coulter；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；M-6連續(xù)式定型烘干機(jī)；實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，OHAUS；電子天平。

1.3 納米 TiO2制備［4－5］

稱(chēng)取0.05mol鈦酸丁酯、0.1mol冰醋酸、3 mol無(wú)水乙醇及0.2mol蒸餾水，實(shí)驗(yàn)中將無(wú)水乙醇按總體積分成兩部分，先將2／3的無(wú)水乙醇與鈦酸四丁酯及冰醋酸充分混合，攪拌10min后形成黃色澄清原液。將另外1／3的無(wú)水乙醇與水混合，劇烈攪拌配成滴加液，調(diào)節(jié)pH值到2.5左右，在劇烈攪拌下滴入原液中。滴加完畢后持續(xù)攪拌5h，陳化得亮黃色微藍(lán)光透明TiO2納米溶膠。

1.4 棉織物的抗紫外整理［6］

將所制備的納米TiO2溶膠用水分別稀釋成不同濃度的整理液，加入1g／L的滲透劑JFC，經(jīng)高速剪切及超聲震蕩后使納米粒子分散均勻，最后配成不同浴比的抗紫外整理液。

整理工藝：二浸二軋（軋余率80%）→預(yù)烘（80℃，1min）→焙烘（130℃，3min）→流水洗→烘干

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 粒度測(cè)試

使用BECKMAN粒度測(cè)試儀測(cè)定整理液中粒子尺寸，評(píng)價(jià)納米TiO2粒子的分散性能。

1.5.2 表面形貌分析

采用TM-1000型臺(tái)式電子顯微鏡觀察整理前后織物表面形貌。

1.5.3 紫外性能測(cè)試

使用ATLAS防紫外線(xiàn)保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)，按照AATCC／183標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試整理前后織物的紫外透過(guò)率。

1.5.4 斷裂強(qiáng)力測(cè)試

按照GB／T3923—1977測(cè)定織物的斷裂強(qiáng)力。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒徑分析

圖1是將納米TiO2溶膠配成0.3mol／L的整理液，經(jīng)高速剪切和超聲震蕩后測(cè)定的粒徑尺寸曲線(xiàn)?？梢钥闯稣硪毫捷^大，粒徑分布比較窄，粒徑粒子大小較為均一，平均在255nm左右，這應(yīng)該是納米粒子在溶液中團(tuán)聚的結(jié)果，但總體而言還是滿(mǎn)足納米級(jí)要求。

圖1 整理液粒徑尺寸測(cè)定曲線(xiàn)

圖2 納米TiO2整理后棉織物的縱向形態(tài)

2.2 表面形貌分析

圖2為納米TiO2整理棉織物的縱向表面形態(tài)，從圖2中可以看出，未處理棉織物的表面光潔，而經(jīng)整理后，表面出現(xiàn)溝槽和顆粒，表明整理后棉織物上確實(shí)存在納米TiO2粒子。

2.3 納米TiO2濃度對(duì)整理效果的影響

取一定量已制備的納米TiO2溶膠，分別用水稀釋至0.05mol／L、0.1mol／L、0.2mol／L、0.3 mol／L、0.4mol／L、0.5mol／L，添加1g／L滲透劑JFC后經(jīng)高速剪切及超聲振蕩后配成整理液，測(cè)定整理后織物的抗紫外性能及斷裂強(qiáng)力。圖3為不同濃度整理液與織物抗紫外性能和斷裂強(qiáng)力之間的關(guān)系。

圖3 整理液濃度對(duì)抗紫外性能的影響

由圖3可以看出，整理液中納米TiO2濃度越高，織物的抗紫外性能越好。這是由于納米TiO2溶膠的量增大，納米顆粒量增多，分布更加密集，在整理過(guò)程中與織物的接觸增多，更多的二氧化鈦溶膠附著在纖維上，從而導(dǎo)致整理后織物的抗紫外性能隨整理液濃度的增大而增強(qiáng)，但是納米TiO2濃度在4%以上時(shí)導(dǎo)致織物整理不均勻，表明出現(xiàn)明顯白斑。而且隨著整理液濃度的升高，織物的斷裂強(qiáng)力明顯下降，且下降幅度較大，并在一定程度上影響手感，考慮抗紫外整理效果等綜合因素，選用整理液濃度為0.3mol／L。

2.4 浴比對(duì)整理效果的影響

圖4所示的是反應(yīng)浴比對(duì)織物抗紫外整理的影響。浴比也是影響整理效果的一個(gè)重要的因素，浴比過(guò)小，納米粒子不能很好地分散，容易團(tuán)聚，且棉織物不能很好地浸沒(méi)，引起整理不勻；浴比過(guò)大，整理液濃度較小，容易降低整理效率。隨著浴比的增大，抗紫外性能逐漸下降。浴比為1∶10及1∶20時(shí)，抗紫外性能較好，但整理不勻，接枝后棉織物上出現(xiàn)很多斑點(diǎn)，且此時(shí)絲織物也不能很好地浸潤(rùn)。浴比為1∶30時(shí)，可以得到整理均勻的產(chǎn)品，故選取此浴比。

2.5 軋余率對(duì)整理效果的影響

由圖5可以看出，隨著軋余率的升高，織物抗紫外性能逐漸提高，達(dá)到100%時(shí)趨于穩(wěn)定，這是由于高的軋余率使織物帶有更多的整理液，使納米TiO2粒子與織物接觸更完全，從而使納米粒子更易吸附在織物表面，提高抗紫外性能。但是過(guò)高的軋余率會(huì)使織物整理不勻，綜合多種因素，選用的最佳軋余率為80%。

2.6 表面活性劑種類(lèi)對(duì)整理效果的影響

在抗紫外整理液中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的十二烷基苯磺酸鈉（陰離子表面活性劑）、十六烷基三甲基溴化銨（陽(yáng)離子表面活性劑）和吐溫80（非離子表面活性劑），高速剪切后經(jīng)超聲震蕩使納米粒子分散完全，然后對(duì)織物進(jìn)行整理，測(cè)定整理后織物的抗紫外性能。

由表1可以看出，經(jīng)過(guò)表面活性劑改性后，納米二氧化鈦溶膠的整理效果都有所提高，陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑的改性效果不明顯，而陰離子表面活性劑的改性效果較好。這是由于十二烷基苯磺酸鈉的吸附不僅增加Zeta電位來(lái)獲得穩(wěn)定性，還因吸附層的存在使顆粒和聚合物融為一體，起到空間位阻的作用。并且十二烷基苯磺酸鈉與納米二氧化鈦表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，最終靠氧橋結(jié)合在二氧化鈦粒子表面，使更多的納米二氧化鈦吸附纖維，抗紫外性能顯著增強(qiáng)。

表1 表面活性劑種類(lèi)對(duì)整理效果的影響

2.7 表面活性劑添加量對(duì)整理效果的影響

使用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的十二烷基苯磺酸鈉改性整理劑，測(cè)定整理后織物的抗紫外性能。

圖6 表面活性劑添加量對(duì)整理效果的影響

由圖6可以看出，隨著添加表面活性劑濃度的改變，織物的抗紫外性能變化很大，并且表面活性劑的添加量為3%時(shí)有個(gè)最大值。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┑臐舛冗^(guò)低時(shí)，有膠粒表面只有部分被覆蓋，不利于表面活性劑在其表面或界面形成定向排列；但當(dāng)濃度過(guò)高時(shí)，一方面會(huì)引起溶液粘度大，膠粒移動(dòng)困難，另一方面表面活性劑之間發(fā)生橋聯(lián)效應(yīng)，從而也導(dǎo)致表面張力增加。所以表面活性劑的添加量存在一個(gè)最佳值?？紤]抗紫外整理效果等綜合因素，表面活性劑用量為3%。

3 小結(jié)

采用溶膠法制備納米TiO2，測(cè)定其粒徑，并對(duì)棉織物進(jìn)行抗紫外整理，使其獲得良好的抗紫外性能。通過(guò)SEM、抗紫外性能、斷裂強(qiáng)力等評(píng)定指標(biāo)確定整理的最佳工藝條件：①納米TiO2濃度：0.3mol／L；②浴比：1：30；③軋余率：80%；④表面活性劑：十二烷基苯磺酸鈉，添加量：3%，（owf）；⑤滲透劑JFC：1g／L。

［1］ 薛少林，閻玉霄.防紫外線(xiàn)紡織品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.北京紡織，2002，21（4）：43—46.

［2］ 何葉麗譯.抗紫外線(xiàn)輻射的紡織品［J］.印染，2002，28（12）：45—48.

［3］ 潘曉燕，馬學(xué)鳴.納米 TiO2的應(yīng)用［J］.自然雜志，2001，23（1）：29—33.

［4］ 陳愛(ài)清.納米TiO2的特性及其制備與應(yīng)用［J］.黃石高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003，19（6）：68—71.

［5］ 方曉明.TiCl4液相水解制備納米TiO2粉體的研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2002.

［6］ 向蕓，楊世源，梁曉峰，等.液相合成納米的進(jìn)展［J］.硅酸鹽通報(bào)，2006，25（3）：96—99.

Study on UV Resistant Finishing of Cotton Fabrics by Nano-Titanium Dioxide

LiuJunmei，DengHua，GuXin
（Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Nano-titanium dioxide was prepared by Sol-gel method，and ultraviolet resistance on cotton fabric was carried out with the TiO2sol.The effect of the concentration of finishing solution，liquor ratio，liquor retention，the types and quantity of surfactant were discussed in this experiment.The UV-resistance property，SEM and breaking strength of the fabric were determinated.The results show that functional finish on cotton fabric is feasible by means of sol technique at low temperature，The fabrics treated with the finishing agent had excellent UV resistant property.

cotton fabric；titanium dioxide；sol；ultraviolet resistant finishing

TS195.5＋91.3

A

1009-3028（2012）03-0053-04

2012-04-15

劉俊美（1988—），女，天津人，學(xué)士。