高大偉+王麗麗+周青青+賈高鵬+房海堂+朱海燕

摘要：首先用低溫等離子體對棉織物進行處理，然后采用溶膠-凝膠法和光還原沉積法相結(jié)合對棉織物進行抗紫外線整理。采用差熱-熱重分析法、掃描電子顯微鏡和元素分析等測試技術(shù)分析和研究了織物的熱穩(wěn)定性、表面形貌及元素組成，并探討了AgNO3溶液的濃度對織物抗紫外線性能的影響。結(jié)果表明：Ag和TiO₂成功整理到織物上，改性后織物熱穩(wěn)定性有明顯提高；當(dāng)AgNO3濃度為0.09 mol/L時，織物的紫外線防護系數(shù)能達到60+；低溫等離子體處理能顯著提高納米Ag及TiO₂在棉織物表面的吸附量及結(jié)合牢度，進而提高織物的抗紫外線性能和耐水洗性能。

關(guān)鍵詞：溶膠-凝膠；光沉積；抗紫外線整理；棉織物

中圖分類號：TS195.6 文獻標(biāo)志碼：A

Study on the Anti-ultraviolet Finishing of Cotton Fabrics by Ag/TiO₂

Abstract： Sol-gel and photo-deduction deposition process were used to finish the cotton fabric. The thermal stability， morphology， structure and composition were characterized by TGA， SEM and EDS. The UV resistance performance was also investigated. The results showed that Ag and TiO₂ were successfully finished to the fabric and the thermal stability of the fabric improved very much after finishing. The UPF value of the fabric can reach 60+ when 0.09 mol/L AgNO3 was used. Furthermore， the fabric treated by low-temperature oxygen plasma showed improved UV resistance and good fastness to washing.

Key words： sol-gel； photodeposition； anti-ultraviolet radiation； cotton fabric

近年來，由于工業(yè)化進程的加速，導(dǎo)致空氣污染嚴(yán)重，致使大氣層中的臭氧層遭到嚴(yán)重破壞，甚至局部地區(qū)出現(xiàn)臭氧層空洞，到達地球表面的紫外線輻射大大增加。許多專家認為皮膚病和皮膚癌等疾病的罪魁禍?zhǔn)锥际怯勺贤饩€輻射引發(fā)的，所以保護人體避免受過量紫外線輻射，對紡織品進行防紫外線整理已經(jīng)到了刻不容緩的地步。納米材料因其獨特性能已在許多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，運用納米技術(shù)對織物進行功能整理，可改善織物抗紫外線、抗老化、和抗靜電等性能。

納米二氧化鈦（TiO₂），具有比表面積大、表面活性中心多、吸附能力強和光催化活性高等優(yōu)異性能，同時納米TiO₂，對紫外線中的UVA（315 ～ 400 nm）和 UVB（290 ～315 nm）都有良好的屏蔽和反射作用；納米銀（Ag）也具有較強的抗紫外屏蔽效果和殺菌作用，在紡織品和衛(wèi)生用品等方面已獲得廣泛的應(yīng)用。Ag/TiO₂納米材料在紫外光區(qū)和可見光區(qū)對光的吸收都比較強，可以有效改善織物的抗紫外線性能。純棉織物具有吸濕性能好、光澤柔和、手感柔軟和穿著舒適等特點被絕大多數(shù)消費者所接受，本研究采用溶膠-凝膠法和光還原沉積法相結(jié)合，將Ag/TiO₂，整理劑通過一浸一軋工藝整理到純棉織物上，并研究織物的抗紫外線性能、耐水洗性能和熱穩(wěn)定性等。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

藥品：鈦酸丁酯（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、無水乙醇（江蘇彤晟化學(xué)試劑有限公司）、鹽酸（和源化工貿(mào)易有限公司）、硝酸銀（和源化工貿(mào)易有限公司），均為分析純。

織物：純棉織物克重101 g/m2；經(jīng)紗細度35S，緯紗細度30S；經(jīng)向紗線密度440根/10 cm，緯向紗線密度220根/10 cm。

實驗儀器：HD-1B低溫等離子體改性處理儀（常州中科常泰等離子體科技有限公）；Nano-ZS納米粒度與電位分析儀（英國 Malvern公司）；Dsc-100 示差掃描量熱儀（南京大展機電技術(shù)研究所）；S-3500N 掃描電子顯微鏡（HITACHI公司）；Rigaku Micromax-002 X射線衍射儀（R-AXIS IV++）；YG（B）912E紡織品防紫外線性能測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）；MU505型臺式軋車（北京紡機所）；Y802N恒溫烘箱（江蘇啟東實驗儀器廠）。

1.2 低溫等離子體處理

將10 cm×10 cm的棉織物置于低溫等離子體的處理腔體中，處理氛圍為O2，功率為150 W，處理時間為 5 min。1.3 TiO₂溶膠制備

取180 mL去離子水和18 mL鹽酸充分混合后形成溶液A；取54 mL鈦酸丁酯和144 mL無水乙醇充分混合后形成溶液B。將A溶液置于磁力攪拌器上，使其高速攪拌，將溶液B用滴管緩慢加入溶液A中，添加的速度約為 1 滴/s，滴加完畢后，繼續(xù)在磁力攪拌器上強力攪拌30 min，最終得到淡黃色透明溶膠，然后靜置24 h備用。

1.4 棉織物整理工藝

室溫浸漬TiO₂溶膠（10 min）→軋至帶液率為70%→80℃預(yù)烘 5 min→120 ℃焙烘 3 min。

1.5 光還原沉積Ag

經(jīng)上述整理后的織物浸漬不同濃度的AgNO3液（1 min）→軋至帶液率為70%→紫外燈下照射 1 h（8 W，254 nm）→60 ℃干燥。2 結(jié)果與討論

2.1 Ag/TiO₂整理對棉織物抗紫外線性能的影響

織物在AgNO3溶液整理后，測試棉織物的抗紫外線性能，結(jié)果如表 1 所示。

由表 1 可知，Ag能進一步提高織物的抗紫外線性能，AgNO3的濃度不同，棉織物抗紫外線性能也不同，即隨著AgNO3濃度的增加，TiO₂整理棉織物的抗紫外線性能也隨之增加，當(dāng)AgNO3濃度為0.09 mol/L時，紫外線防護系數(shù)能夠達到60.45，當(dāng)AgNO3濃度增大到0.2 mol/L時，TiO₂整理棉織物紫外線防護系數(shù)可達65.27，但增幅不明顯，因此TiO₂整理棉織物可采用0.09 mol/L 的AgNO3整理以進一步提高抗紫外性能。

2.2 等離子體處理對抗紫外線性能及耐水洗性能的影響

經(jīng)低溫等離子體處理后的棉織物的抗紫外線性能及耐水洗性能如表 2 所示，其中AgNO3的濃度為0.09 mol/L。

由表 2 可知，經(jīng)低溫等離子處理的棉織物用納米TiO₂和AgNO3整理后的抗紫外線性能和耐水洗性能均有很大的提高，UPF值較未處理試樣提高了約20%，水洗10次后織物的UPF值保持率在95%左右，這說明低溫等離子體處理能明顯提高Ag和TiO₂在棉織物表面的的吸附量和結(jié)合牢度，從而提高棉織物的抗紫外線性能和耐洗性。

2.3 織物表面形貌及組成（圖 1）

圖 1 為織物原樣和整理后試樣的掃描電鏡圖和EDS譜圖，可以看出，織物的纖維表面在整理前后發(fā)生了改變，與原樣相比，整理后試樣的纖維表面變得凹凸不平并有一些粒狀物質(zhì)附著，這主要是由于Ag和TiO₂附著在纖維表面而形成的，EDS圖譜進一步說明了Ag和TiO₂的存在。

2.4 織物的熱重分析（圖 2）

從圖 2 可以得出在375 ℃之前，經(jīng)Ag/TiO₂聯(lián)合整理后棉織物質(zhì)量損失較多，主要原因可能是由于織物中含有較多水分所致，另外Ag和TiO₂包覆在纖維表面，在升溫的過程中造成纖維內(nèi)部溫度高于其表面溫度，造成織物在升溫初始階段質(zhì)量損失較多的緣故。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，織物的質(zhì)量損失都趨于穩(wěn)定，在600 ℃時經(jīng)Ag/TiO₂聯(lián)合整理后的棉織物的質(zhì)量損失率與織物原棉相比下降了約18%，這說明經(jīng)紫外整理后的棉織物熱穩(wěn)定性有較大提高。

3 結(jié)論

本文研究了Ag/TiO₂聯(lián)合整理對棉織物抗紫外線性能和熱穩(wěn)定性能的影響，并研究了低溫等離子體處理對棉織物抗紫外性能及耐水洗性能的影響，具體結(jié)果如下：

（1）Ag能進一步提高經(jīng)TiO₂整理后棉織物的抗紫外線性能，當(dāng)AgNO3濃度為0.09 mol/L時，棉織物的抗紫外性能較好；

（2）低溫等離子處理能顯著提高納米Ag及TiO₂在棉織物表面的吸附量及結(jié)合牢度，進而提高織物的抗紫外線性能和耐水洗牢度，棉織物經(jīng)等離子體處理后UPF值較處理前提高了約20%，水洗10次后UPF值保持率在95%左右。

（3）經(jīng)等離子體處理、納米Ag及TiO₂整理后的棉織物熱穩(wěn)定性有較大提升，質(zhì)量損失率降低了約18%。

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