楊豆豆，孟家光，白亞琴，涂 莉

（1.西安工程大學陜西省產業(yè)用紡織品協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西西安710048；2.西安工程大學紡織科學與工程學院，陜西西安710048)

紫外線的波長范圍為10nm～400nm，位于X射線和可見光之間，其對人體有害的部分主要集中在200nm～400nm[1]。隨著臭氧層變薄，到達地面的紫外線急劇增多，因而對人體健康產生了極大威脅[2]，預防紫外線成為當務之急。

目前，預防紫外線的方式多種多樣，以紡織品功能整理為主。作為紡織染整加工中重要的工序，主要采用涂層整理[3]、浸漬整理[4]等。常用的抗紫外整理劑包括無機類和有機類兩種[5]，具有不同的抗紫外機理。納米粉體材料具有小尺寸效應、表面與界面效應等優(yōu)良特性[6-7]。隨著新型納米技術的興起，無機類抗紫外整理劑以納米粉體的形式賦予織物抗紫外整理功能具有高效、持久且耐洗牢度高的特點。常用的無機粉體有TiO2、SiO2和Al2O3等，其中 TiO2和 SiO2具有較高的光催化活性[8-9]，可用于織物的抗紫外整理。但是無機類納米粉體在使用過程中存在分散難、易團聚的問題[10]，不能充分地發(fā)揮其抗紫外性能。因此，采用溶膠-凝膠法[11]制備納米TiO2溶膠、納米SiO2溶膠和納米 TiO2/SiO2復合溶膠對織物進行抗紫外整理。

根據(jù)織物功能性后整理工藝可知，影響織物抗紫外效果的因素主要包括溶膠濃度、烘焙溫度和烘焙時間。為了獲得較好的抗紫外效果，設計正交實驗進行了納米溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究。采用掃描電鏡對整理后織物的表面形貌進行了分析。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

實驗材料：采用經過前處理的純棉織物，織物規(guī)格為10cm×10cm，織物面密度為150g/m2；鈦酸四丁酯（C16H36O4Ti，化學純)，中國醫(yī)藥（集團)上?；瘜W試劑公司；正硅酸乙酯（（C2H5)4SiO4，化學純)，西安化學試劑廠；三乙醇胺（C6H15NO3，分析純)，蚌埠新科試劑廠；無水乙醇（分析純)，西安三浦化學試劑廠；冰醋酸（分析純)，西安化學試劑廠；氨水（分析純)，西安三浦精細化工廠；去離子水（實驗室自制)，重慶摩爾水處理設備有限公司。

實驗儀器：JJ-1型增力電動攪拌器，常州國華精密儀器廠；85-2型恒溫磁力攪拌器，上海浦東光學儀器廠；電熱恒溫水浴鍋，上海醫(yī)療器械五廠；101C-2B型電熱鼓風干燥箱，上海實驗儀器總廠；Rapid PAD MANGLE P-A1型強力壓染樹脂機，臺灣瑞比染色試機有限公司；Rapid PAD MANGLE R-3型自動定型烘干機，臺灣瑞比染色試機有限公司；Quanta-450-FEG+X-MAX50型掃描電子顯微鏡，美國FEI公司；CARY50型紫外—可見—近紅外分光光度計，美國瓦里安公司出產。

1.2 實驗方法

1.2.1 納米TiO2溶膠的制備

取2/3體積的溶劑無水乙醇充分溶解前驅物鈦酸丁酯，在此過程中與穩(wěn)定劑三乙醇胺均勻混合配成原軀液A；再將剩余1/3體積的無水乙醇與反應物去離子水、催化劑冰乙酸充分混合配成滴加液B。將原軀液A倒入燒杯中放入恒溫水浴鍋中進行攪拌，然后將滴加液B倒入滴液漏斗中，調節(jié)液下滴的速度，使鈦酸丁酯充分水解。

1.2.2 納米SiO2溶膠的制備

將溶劑無水乙醇與前驅物正硅酸乙酯混合均勻配成原軀液A；再將反應物去離子水與催化劑氨水充分混合配成滴加液B。在一定溫度下攪拌后，將滴加液B緩慢地滴加到原軀液A中，滴加完后攪拌一段時間，使正硅酸乙酯充分水解。

1.2.3 納米TiO2/SiO2復合溶膠的制備

將1.2.2和1.2.2中所制備的納米TiO2溶膠和納米SiO2溶膠以一定的比例混合配制成納米TiO2/SiO2復合溶膠。

1.3 織物后整理工藝

配置納米整理劑→織物浸入浴比為1∶20的整理液中→升溫到40℃→保溫30min→二浸二軋 →升溫到80℃→預烘20min→烘焙10min。

1.4 織物表面微觀形貌

采用Quanta-450-FEG+X-MAX50型掃描電子顯微鏡對純棉織物原樣和納米TiO2溶膠、納米SiO2溶膠及納米TiO2/SiO2復合溶膠整理后織物表面微觀形貌進行觀察。

2 結果與討論

2.1 納米溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究

將純棉織物浸入不同濃度的納米溶膠中，經二浸二軋后，放入烘箱中烘干，再在高溫下烘焙10min。由于溶膠濃度，烘焙溫度和烘焙時間[12]不同，均會對織物抗紫外性能產生影響，因此在確定影響因素的基礎上采用正交試驗方法進行納米溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究。

由于波長為365nm的紫外線在長波紫外線范圍內，而太陽光中幾乎都是長波紫外線，大部分到達地表后會對人體皮膚產生嚴重的傷害。因此織物的抗紫外整理主要針對此波段，以織物在365nm處紫外透過率為評價抗紫外效果優(yōu)劣的指標，采用紫外—可見—近紅外分光光度計進行測試。

2.1.1 納米TiO2溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究

以織物在365nm處紫外透過率作為評價指標，選取納米TiO2溶膠濃度（A)、烘焙溫度（B)和烘焙時間（C)3個因素，按L9（33)表設計正交試驗表，考察其對抗紫外性能的影響。正交試驗設計方案如表1和表2所示。

表1 因素水平表

表2 正交實驗設計方案

從表3中可以看出，采用不同工藝組合整理織物得到不同的紫外透過率，所有工藝組合的平均紫外透過率為5.95%。從不同水平因素365nm處紫外透過率的平均值及其極差Rj中可以看出，A因素的極差為RA為2.13，B因素的極差 RB為1.96，C因素的極差RC為0.47，即Rj的大小順序為RA＞RB＞RC，即影響織物抗紫外整理因素的主次順序為：納米TiO2溶膠濃度、烘焙溫度、烘焙時間。由于365nm處紫外透過率越小，說明織物抗紫外性能越好[13]，故最優(yōu)方案為A1B3C3。綜上所述，織物的最佳整理工藝為：溶膠濃度為0.210mol/L、烘焙溫度為150℃、烘焙時間為10min。

表3 正交實驗結果

2.1.2 納米SiO2溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究

以織物在365nm處紫外透過率作為評價指標，選取納米SiO2溶膠濃度（A)、烘焙溫度（B)和烘焙時間（C)3個因素，按L9（33)表設計正交試驗表，考察其對抗紫外性能的影響。正交試驗設計方案如表4和表5所示。

表4 因素水平表

表5 正交實驗設計方案

表6 正交實驗結果

從表6中可以看出，對于納米SiO2溶膠而言，采用不同工藝組合整理的織物在365nm處紫外透過率明顯小于納米TiO2溶膠整理的織物，所有工藝組合的平均紫外透過率為12.30%，提高了6.35%。從不同水平因素365nm處紫外透過率的平均值及極差 Rj的大小可以得出：RB＞RA＞RC，即影響織物抗紫外性能因素的主次順序為烘焙時間、納米SiO2溶膠濃度、烘焙溫度，根據(jù)紫外透過率越小和抗紫外整理效果越好的原則，故最優(yōu)整理方案組合為：A1B3C3。綜上所述，織物的最佳整理工藝為：溶膠濃度為0.596mol/L、烘焙溫度為150℃、烘焙時間為10min。

2.1.3 納米TiO2/SiO2復合溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝研究

以織物在365nm處紫外透過率作為評價指標，選取 TiO2與 SiO2溶膠濃度比（A)、烘焙溫度（B)和烘焙時間（C)3個因素，按L9（33)表設計正交試驗表，考察其對抗紫外性能的影響。正交試驗設計方案如表7和表8所示。

表7 因素水平表

表8 正交實驗設計方案

表9 正交實驗結果

從表9中可以看出，對于納米TiO2/SiO2復合溶膠而言，采用不同工藝組合整理的織物在365nm處紫外透過率整體上明顯小于納米TiO2溶膠和納米SiO2溶膠整理后的織物，所有工藝組合的平均紫外透過率為4.10%，分別降低1.85%和8.20%，具有更好的抗紫外性能。從不同水平因素365nm處紫外透過率的平均值及其極差Rj的大小可以得出：RA＞RB＞RC，即影響織物抗紫外性能因素的主次順序為納米TiO2/SiO2復合溶膠濃度比、烘焙溫度、烘焙時間，由于紫外透過率越小越好，故最優(yōu)整理方案組合為：A3B3C2，最終確定織物的最佳整理工藝為：TiO2∶SiO2=2 ∶1、烘焙溫度為 150℃、烘焙時間為6min。

2.2 織物表面形貌

采用Quanta-450-FEG+X-MAX50型掃描電子顯微鏡對整理前后的織物表面微觀形貌進行觀察，其中圖1（a)為原織物表面形貌，圖1（b)為納米TiO2溶膠整理后的織物表面形貌，圖1（c)為納米SiO2溶膠整理后的織物表面形貌，圖1（d)為納米TiO2/SiO2復合溶膠整理后的織物表面形貌，結果如圖1所示。

圖1 整理前后織物表面形貌

從圖1中可以看出，單一溶膠整理樣與原樣相比，表面的凹槽在一定程度上減少，干凝膠填補了部分凹槽，且在纖維表面形成了一層干凝膠膜[17]。這主要由于溶膠在凝膠的過程中，水分蒸發(fā)，同時溶膠的固含量較低，使得整理后的織物表面光滑。復合溶膠和原樣比，纖維表面形成一層立體網(wǎng)絡狀的復合薄膜且表面變粗糙，但纖維之間的凹槽、空隙更小。這主要由于復合后的溶膠中TiO2和SiO2含量增加，凝膠后附著在纖維表面，使織物表面更粗糙。

3 結論

（1)納米TiO2溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝為溶膠濃度0.210mol/L、烘焙溫度為150℃、烘焙時間為10min；納米SiO2溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝為溶膠濃度 0.596mol/L、烘焙溫度 150℃、烘焙時間10min；納米TiO2/SiO2復合溶膠抗紫外整理最優(yōu)工藝為 TiO2∶SiO2=2∶1、烘焙溫度 150℃、烘焙時間6min。相比于單一納米溶膠而言，納米復合溶膠整理后的織物在365nm處紫外透過率更低，具有更好的抗紫外性能。

（2)經過單一納米溶膠整理的織物表面形態(tài)與原樣相差不大，經納米復合溶膠整理后織物表面形成一層立體網(wǎng)絡狀的復合薄膜且表面變粗糙，但纖維之間的凹槽、空隙更小。