光觸媒纖維與棉混紡織物服用及除臭性能研究

陳 偉，李艷清，金肖克，祝成炎，張紅霞

(浙江理工大學 材料與紡織學院，杭州 310018)

光觸媒纖維與棉混紡織物服用及除臭性能研究

陳 偉，李艷清，金肖克，祝成炎，張紅霞

(浙江理工大學 材料與紡織學院，杭州 310018)

探討蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量對織物性能尤其是除臭性能的影響。采用不同比例的蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡紗為原料，試織成機織物，并對其服用性能及除臭性能進行了測試。研究表明：蜂窩狀微孔結構光觸媒織物的斷裂強力及磨損質量損失率與織物中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量成反比關系，而蜂窩狀微孔結構光觸媒織物對氨氣的降解率與織物中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量成正比關系。

光觸媒纖維；服用性能；除臭性能

21世紀，紡織品的發展趨勢將體現高科技與時代經濟、文化發展的緊密結合，并進一步融入日常生活，舒適型和健康功能型紡織品成為了發展的主體和時尚[1]。蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維及其織物的研究與開發，正迎合了這一時代發展的趨勢[2]。蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維采用現代復合技術將納米二氧化鈦與高分子材料完美結合，再與具有蜂窩狀微孔結構趨勢的聚酯改性切片通過熔融紡絲而成[3]。該纖維將納米二氧化鈦完美地置于纖維之中，并且是超細均勻分布的，真正實現了光觸媒技術在纖維和紡織品領域的應用。蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維在陽光、日光及可見光的作用下，能對苯、二甲苯、氨氣、甲醛、煙臭等有害氣體進行吸收，并自動分解成二氧化碳和水[4]。蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維與棉混紡所形成的織物，不僅具備了棉型織物所具有的舒適性，還附加了除臭等特殊功能，在室內裝飾用品、日常服用、汽車內飾等領域有著廣闊的市場前景。

本研究采用不同比例的蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡紗為原料，試織成機織物，并對其服用性能及除臭性能進行了測試，以探討蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量對織物性能尤其是除臭性能的影響。

1 纖維選擇、紗線設計及織物試制

1.1 纖維選擇

選用浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司研發的蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維及棉纖維，2種纖維的各項性能指標如表1所示。

蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維是以蜂窩狀微孔結構趨勢的聚酯改性切片為原料，通過特殊的紡絲工藝(即閃爆技術)制成了內外貫穿的蜂窩狀微孔結構聚酯改性短纖維。因為纖維呈內外貫穿的蜂窩狀微孔結構，所以吸濕效果極佳，蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維的實際回潮率達到了10.43 %。

表1 蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維及棉纖維的各項性能指標Tab.1 Property of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber and the cotton

1.2 紗線設計

為了更好地體現光觸媒纖維含量對混紡紗性能的影響，結合各紡紗工序，在同一條件下紡制成纖度為18.2 tex的不同混紡紗，紗線設計如表2所示。

表2 紗線設計Tab.2 Design of the yarn

1.3 織物試制

用實驗室的ASL2000-B自動織樣機織出5種織物小樣。為使試驗結果具有可比性，5種織物采用相同的經緯紗纖度、密度和組織，只改變蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維和棉纖維的混紡比。機織物設計如表3所示。

表3 機織物設計Tab.3 Design of the woven fabric

2 織物服用、除臭性能測試結果及分析

2.1 織物服用、除臭性能測試方法

2.1.1 織物的拉伸性能測試

測試標準參照國家標準GB/T 3923.1－1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》執行。試樣在標準大氣環境下預調濕24 h后進行測試。

試驗儀器：YG065電子織物強力機；試驗條件：試樣規格為60 mm×200 mm，每種織物剪裁試樣5塊。表征指標：斷裂強力。

2.1.2 織物的耐磨性能測試

測試標準參照國家標準GB/T 21196－2007《紡織品 馬丁代爾法 織物耐磨性的測定》。試樣在標準大氣環境下預調濕24 h后進行測試。

試驗儀器：Y522型圓盤式織物耐磨儀。試驗條件：直徑為120 mm的圓形試樣，加壓重錘為250 g，每種織物各測試樣5塊，磨200轉。表征指標：試樣磨200轉后的平均質量損失率。

2.1.3 織物的除臭性能測試

測試在環境溫度為200 ℃、環境濕度65 %的條件下，12 h內氨氣的濃度降解率為表征指標。

試驗儀器：測試儀器選用青島路博偉業環保科技有限公司生產的LB-3J分光六合一室內空氣檢測儀、60L的密閉容器及日光燈1只；試驗原料：前面所制得A、B、C、D、E 5種機織布，每塊小樣20 cm×20 cm，500 mL氨水，適量的氫氧化鈉，普通光源的臺燈等；試驗條件：環境溫度20 ℃，環境濕度65 %。

試驗方法：第一步：量取15 mL氨水，放入實驗用容器，立即放進密閉容器，迅速加入適量的氫氧化鈉，然后立即封箱(整個過程要求速度快，盡量減少氨氣在空氣中的揮發)。靜置，1 h后測量箱內氨氣的濃度。此過程進行3次。第二步：在第一步前提下(保證同樣的初始濃度)，將試樣放入密閉容器中，靜置12 h，讓其充分作用。12 h后測量密閉容器內氨氣濃度。

2.2 測試結果與分析

2.2.1 織物的拉伸性能測試結果與分析

織物斷裂強力與蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量之間的關系如圖2所示。所得到的擬合方程為：

Y＝951.100 69－5.932 41X，R＝－0.989 07

圖2 織物斷裂強力與蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量之間的關系Fig.2 Relationship between the fabric breaking strength and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

從圖2及擬合方程可以看出，蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉混紡機織物的斷裂強力隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加而減少。主要是由于棉纖維的斷裂強度要高于蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維，所以，隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，斷裂強力逐漸減小。

2.2.2 織物的耐磨性能測試結果與分析

織物質量損失率與蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量之間的關系如圖3所示。所得到的擬合方程為：

圖3 織物質量損失率與蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量之間的關系Fig.3 Relationship between the weight wear rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

由圖3及擬合方程可以看出，蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉混紡機織物的質量損失率隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加而減小。因為與棉纖維相比，蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維的初始模量較低，變形能力強，有利于緩解摩擦力，而且試驗織物所用混紡紗中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維的長度比棉纖維要長，在紗線內產生相對移動較為困難，難于從紗線中抽出，這有利于織物耐磨性的提高。不過，總體來說蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉混紡針織物的耐磨性能一般。

2.2.3 織物的除臭性能測試結果與分析

蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量與氨氣降解率的關系如圖4所示。所得到的擬合方程為：

由圖4及擬合方程可以看出，氨氣的降解率隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加而增大，當蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量為100 %時，氨氣的降解率為52.7 %，當蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量為0時，氨氣的降解率為0。原因是當光線照射到光觸媒上，就會使一個電子e-從價帶激發到導帶，留下一個空穴h+在價帶中，形成負電子(e-)和空穴(h+)兩種載流體，負電子能將表面吸附的空氣中水分子(H20)轉變成極具氧化性的羥基自由基(OH一)，最后生成游離羥基(·OH)，就是該羥基與氨氣發生還原反應，將它們分解成CO2和H20[5]。隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，光觸媒的含量相應的增加，使其在光照下激發的電子空穴增加，對氨氣的氧化還原能力增加。因此，隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，氨氣的降解率呈現增大的趨勢。

圖4 蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量與氨氣降解率的關系曲線Fig.4 Relationship between the ammonia degradation rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi berr

3 結 語

通過對不同混紡比例的蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡機織物的性能測試和分析，獲得如下結果：

1)蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡機織物的斷裂強力與織物中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量成反比關系，說明隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，織物的斷裂強力下降。

2)蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡機織物的質量磨損率與織物中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量成反比關系，說明隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，織物的耐磨性能增強。

3)蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維/棉纖維混紡機織物的氨氣降解率與織物中蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量成正比關系，即隨著蜂窩狀微孔結構光觸媒纖維含量的增加，織物的除臭性能增強。

[1] 雷大鵬，陳衍夏，施亦東，等.光觸媒抗菌除紡織品的研究進展及前景[J].印染，2006(13)：45-48.

[2] 田坤，沈勇，王黎明，等.納米光觸媒二氧化鈦在紡織品上的應用性能[J].上海工程技術學院學報，2009，23(2)：142-146.

[3] 趙家祥.日本光觸媒織物的發展[J].產業用紡織品，2002(2)：1-4.

[4] 周宏湘.光催化在纖維上的應用[J].絲綢，1999(2)：52-52.

[5] 肖紅艷，陳衍夏，施亦東，等.光觸媒TiO2在紡織領域的應用研究現狀與進展[J].絲綢，2007(8)：58-61.

Wearing and deodorant property study of the fabric blended with photocatalyst fi ber and cotton

CHEN Wei, LI Yan-qing, JIN Xiao-ke, ZHU Cheng-yan, ZHANG Hong-xia
(College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In this paper, the blended yarn with honeycomb-like porous structure photocatalyst fiber and cotton in different proportion was used as raw material and was weaved into woven fabric. Its wearing property and deodorant property were tested to discuss fabric performance. The result showed that: the effect of the fabric breaking strength and the weight wear rate was inversely proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure; however, the effect of the deodorant property was directly proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure.

Potocatalyst fiber; Ring property; Odorant property

TS101.923

A

1001-7003(2011)10-0021-03

2011-07-11；

2011-09-04

陳偉(1987－ )，男，碩士研究生，研究方向為紡織工程。通訊作者：祝成炎，教授，cyzhu@zstu.edu.cn。