納米TiO2對棉織物抗紫外整理的研究

劉俊美，鄧 樺，顧 欣

（天津工業大學，天津 300387）

納米TiO2對棉織物抗紫外整理的研究

劉俊美，鄧 樺，顧 欣

（天津工業大學，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整理液濃度、浴比、軋余率、添加劑種類及加入量對整理效果的影響，通過測定織物的抗紫外性能、SEM及斷裂強力對織物整理效果進行表征。結果表明：利用溶膠技術，在低溫條件下對純棉織物進行功能整理是可行的，經過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，由于空氣污染加劇，致使大氣層中的臭氧層遭到嚴重破壞，在局部地區甚至出現了臭氧層空洞，導致紫外線輻射大大增加［1］。有專家認為，許多疾病包括皮膚病和皮膚癌等都是過量的紫外線輻射引發的［2］。因此，對紡織品進行防紫外線整理已經到了刻不容緩的地步。納米材料因其多方面的獨特性能已在許多領域顯示出巨大的應用前景。運用納米技術，可改善織物功能，

如抗紫外線，抗老化，抗菌，高強耐磨，抗靜電等［3］現在，運用納米技術對織物進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對UVA和UVB都有屏蔽作用且可透過可見光對織物進行整理加工時，能提高織物對紫外線的反射和散射能力，并且工藝簡單、消耗小，用于紡織品抗紫外吸收整理是實用高效的。本文主要研究了運用自制納米二氧化鈦對棉織物進行抗紫外整理的工藝及性能。

1 實驗

1.1 實驗材料及藥品

漂白絲光棉織物，鈦酸丁酯、無水乙醇、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 儀器與設備

TM-1000型臺式電子顯微鏡；ATLAS防紫外線保護測試系統；YG065H電子織物強力機；DATACOLOR 600分光儀；KQ-100KDE型高功率數控超聲波清洗器；FLUKO高剪切分散乳化機；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連續式定型烘干機；實驗室pH計，OHAUS；電子天平。

1.3 納米 TiO2制備［4－5］

稱取0.05mol鈦酸丁酯、0.1mol冰醋酸、3 mol無水乙醇及0.2mol蒸餾水，實驗中將無水乙醇按總體積分成兩部分，先將2／3的無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的無水乙醇與水混合，劇烈攪拌配成滴加液，調節pH值到2.5左右，在劇烈攪拌下滴入原液中。滴加完畢后持續攪拌5h，陳化得亮黃色微藍光透明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%）→預烘（80℃，1min）→焙烘（130℃，3min）→流水洗→烘干

1.5 性能測試

1.5.1 粒度測試

使用BECKMAN粒度測試儀測定整理液中粒子尺寸，評價納米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 紫外性能測試

使用ATLAS防紫外線保護測試系統，按照AATCC／183標準測試整理前后織物的紫外透過率。

1.5.4 斷裂強力測試

按照GB／T3923—1977測定織物的斷裂強力。

2 結果與討論

2.1 粒徑分析

圖1是將納米TiO2溶膠配成0.3mol／L的整理液，經高速剪切和超聲震蕩后測定的粒徑尺寸曲線。可以看出整理液粒徑較大，粒徑分布比較窄，粒徑粒子大小較為均一，平均在255nm左右，這應該是納米粒子在溶液中團聚的結果，但總體而言還是滿足納米級要求。

圖1 整理液粒徑尺寸測定曲線

圖2 納米TiO2整理后棉織物的縱向形態

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，從圖2中可以看出，未處理棉織物的表面光潔，而經整理后，表面出現溝槽和顆粒，表明整理后棉織物上確實存在納米TiO2粒子。

2.3 納米TiO2濃度對整理效果的影響

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后經高速剪切及超聲振蕩后配成整理液，測定整理后織物的抗紫外性能及斷裂強力。圖3為不同濃度整理液與織物抗紫外性能和斷裂強力之間的關系。

圖3 整理液濃度對抗紫外性能的影響

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，從而導致整理后織物的抗紫外性能隨整理液濃度的增大而增強，但是納米TiO2濃度在4%以上時導致織物整理不均勻，表明出現明顯白斑。而且隨著整理液濃度的升高，織物的斷裂強力明顯下降，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 浴比對整理效果的影響

圖4所示的是反應浴比對織物抗紫外整理的影響。浴比也是影響整理效果的一個重要的因素，浴比過小，納米粒子不能很好地分散，容易團聚，且棉織物不能很好地浸沒，引起整理不勻；浴比過大，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，抗紫外性能較好，但整理不勻，接枝后棉織物上出現很多斑點，且此時絲織物也不能很好地浸潤。浴比為1∶30時，可以得到整理均勻的產品，故選取此浴比。

2.5 軋余率對整理效果的影響

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，達到100%時趨于穩定，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。但是過高的軋余率會使織物整理不勻，綜合多種因素，選用的最佳軋余率為80%。

2.6 表面活性劑種類對整理效果的影響

在抗紫外整理液中分別加入質量分數為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），高速剪切后經超聲震蕩使納米粒子分散完全，然后對織物進行整理，測定整理后織物的抗紫外性能。

由表1可以看出，經過表面活性劑改性后，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電位來獲得穩定性，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生反應，最終靠氧橋結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。

表1 表面活性劑種類對整理效果的影響

2.7 表面活性劑添加量對整理效果的影響

使用不同質量分數的十二烷基苯磺酸鈉改性整理劑，測定整理后織物的抗紫外性能。

圖6 表面活性劑添加量對整理效果的影響

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%時有個最大值。這是因為表面活性劑的濃度過低時，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；但當濃度過高時，一方面會引起溶液粘度大，膠粒移動困難，另一方面表面活性劑之間發生橋聯效應，從而也導致表面張力增加。所以表面活性劑的添加量存在一個最佳值。考慮抗紫外整理效果等綜合因素，表面活性劑用量為3%。

3 小結

采用溶膠法制備納米TiO2，測定其粒徑，并對棉織物進行抗紫外整理，使其獲得良好的抗紫外性能。通過SEM、抗紫外性能、斷裂強力等評定指標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.防紫外線紡織品的開發與應用［J］.北京紡織，2002，21（4）：43—46.

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

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

［4］ 陳愛清.納米TiO2的特性及其制備與應用［J］.黃石高等專科學校學報，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：華南理工大學博士學位論文，2002.

［6］ 向蕓，楊世源，梁曉峰，等.液相合成納米的進展［J］.硅酸鹽通報，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，學士。