納米氧化鋅 氧化鐵混合溶膠對滌綸織物的抗靜電效果

劉玉強，陳楠楠，2，呂 紅，2，田保中，2

(1.蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021;2.現代絲綢國家工程實驗室(蘇州大學)，江蘇 蘇州 215123)

滌綸織物作為一種應用廣泛的服裝面料，由于其吸濕性差，回潮率低，因而在加工及服用過程中容易產生靜電，造成許多不良影響，因此對滌綸織物進行抗靜電整理已成為研究的熱點［1-2］。在研制開發功能紡織品中，納米材料因其性能優良，綠色環保，從而應用廣泛［3］。納米 ZnO［4-5］、Fe2O3［6-7］由于其在光、電、催化等方面的特殊優良性質，備受關注。將無機納米材料應用到紡織品上，方法眾多，溶膠凝膠法由于其過程簡單，產物均勻，近年來在納米無機材料的制備中廣泛使用［8-9］。本文以不同的物質量比的 Zn(CH3COO)2·2H2O 和 FeCl2·4H2O 的混合物為主要原料，制備不同物質的量比的納米 ZnOFe2O3溶膠，然后采用浸軋烘焙法將納米顆粒整理到滌綸織物表面進行抗靜電整理，探究納米 ZnOFe2O3溶膠混合后的抗靜電效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

原料:滌綸平紋織物，面密度為103.10g/m2。

藥品:無水乙醇(上海聯試化工試劑有限公司)、二水合醋酸鋅(上海振新試劑廠)、四水合氯化亞鐵(上海山海工學團實驗二廠)、氫氧化鈉(上海試劑總廠)，以上均為分析純。

儀器:Nicolet5700型紅外光譜儀(美國熱電公司);X'Pert-Pro MPD型X-射線多晶衍射儀(荷蘭帕納科公司);S-4700型冷場發射掃描電鏡(日本日立公司);DZF-6051型真空干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司);90-3型恒溫雙向磁力攪拌器(上海振榮科學儀器有限公司);靜電衰減測試儀(日本大榮科學精器制作所)。

1.2 實驗方法

1.2.1 織物預處理

將滌綸織物用去離子水清洗，60℃烘干。

1.2.2 納米溶膠的制備

將 Zn(CH3COO)2·2H2O 和 FeCl2·4H2O 按照不同物質的量比(1#為5∶0;2#為5∶1;3#為5∶3;4#為5∶6;5#為0∶6)混合后溶于50mL無水乙醇中，形成不同物質的量比的乙醇溶液，然后將其轉移到500mL圓底三口燒瓶中，迅速升溫至 70℃。在70℃條件下，強烈攪拌，同時向溶液中逐滴滴加氫氧化鈉的乙醇溶液。控制滴速，90min滴完，繼續攪拌30min，冷卻至室溫，制得5種不同物質的量比的ZnO-Fe2O3混合溶膠。

1.2.3 整理工藝

將滌綸織物浸漬溶膠(10min)→軋干→低溫預烘(60℃，10min)→高溫烘焙(170℃，3 min)。

1.2.4 納米顆粒的制備

將溶膠于170℃高溫烘焙，烘干后研磨相同時間，制的 ZnO-Fe2O3粉末。

1.3 測試方法

1.3.1 納米材料的結構表征

用冷場發射掃描電鏡觀察顆粒在織物表面的分布狀態及粒徑大小;用Nicolet5700型紅外光譜儀測試材料的組成特征，采用KBr壓片法，掃描次數為32，波數范圍為4000～400cm-1，分辨率為4 cm-1;用X'Pert-Pro MPD型X射線多晶衍射儀測試材料的晶型，Cu靶，電壓為 40kV，電流為30mA，2θ掃描范圍為10°～80°，。

1.3.2 織物的抗靜電性能測試

按GB/T12703.1—2008《紡織品靜電性能的評定 第1部分:靜電壓半衰期》的規定，采用日本大榮靜電衰減測試儀測量織物的峰值電壓和靜電壓半衰期。

2 結果與討論

2.1 ZnO-Fe2O3顆粒在織物表面的分布

圖1示出通過掃描電鏡測試所得到的顆粒在滌綸表面的分布狀態及粒徑大小。由圖1(a)可見，經溶膠整理后，滌綸織物表面覆蓋了1層納米顆粒。圖1(b)～(d)分別為1#、2#、5#樣品整理后的織物圖片。可以看出顆粒尺寸在50～100nm之間，其中織物表面的一些較大顆粒是因團聚造成的。而圖1(c)的團聚現象相對不明顯，顆粒在織物表面分布最為均勻，粒徑相對較小。

圖1 滌綸織物表面納米ZnO-Fe2O3顆粒的SEM圖片Fig.1 SEM images of nano ZnO-Fe2O3particles on PET fabrics surface.(a)PET fabric(×2000);(b)1#(×13000);(c)2#(×13000);(d)5#(×13000)

2.2 紅外光譜分析

圖2為在不同的物質的量比條件下制得的納米ZnO-Fe2O3顆粒的紅外光譜圖譜。圖中顯示，1620cm-1處為水合氧化物中—OH的特征峰且不明顯，1#曲線上436、447 cm-1處為 ZnO的伸縮振動峰。由2#～4#曲線可見，隨著FeCl2·4H2O含量的增加，ZnO在447 cm-1處的特征峰逐漸向高波方向偏移，這可能是Fe2O3含量增加所致。2#曲線436 cm-1處的特征峰與1#相比明顯加強，此時納米顆粒主要為 ZnO。5#曲線上636 cm-1處為 γ-Fe2O3的特征吸收峰，說明此時納米顆粒主要為γ-Fe2O3。而1#～4#曲線中Fe2O3的特征峰并不明顯，說明 ZnO的存在影響了Fe2O3的形成。

圖2 納米ZnO-Fe2O3顆粒的紅外光譜圖譜Fig.2 FT-IR spectra of nano ZnO-Fe2O3particles

2.3 X射線衍射分析

圖3示出納米ZnO-Fe2O3顆粒的 X射線衍射曲線。其中1#為 ZnO的 XRD特征曲線，2#、3#、4#曲線上ZnO的特征吸收峰基本不變。粒子衍射峰尖銳，說明結晶良好。5#曲線上的衍射峰主要為Fe2O3的特征峰，其中部分衍射峰與 ZnO的重合。此外出現在5#曲線上的53.74°處的 Fe2O3的衍射峰以及18°、56°左右的Fe3O4的微弱的衍射峰在1#到4#曲線上消失，說明ZnO的存在對Fe2O3的晶型有一定影響。

2.4 織物的抗靜電性能

圖3 納米ZnO-Fe2O3顆粒的XRD圖譜Fig.3 XRD spectra of nano ZnO-Fe2O3particles

表1示出滌綸織物經過納米溶膠整理前后的抗靜電性能的數值。表中未處理的滌綸織物的靜電現象嚴重，半衰期和峰值電壓分別達到11.31 s和860V。經過納米溶膠整理后，半衰期和峰值電壓明顯降低，抗靜電效果良好。這可能是由于高溫烘焙下，滌綸織物表面的溶膠轉化為納米微晶沉積在織物表面，形成了1層導電膜［10］，加快了電荷的散逸，防止電荷聚集。由數據還可看出，隨著混合原料中Zn(CH3COO)2·2H2O 和 FeCl2·4H2O 物質的量比的減小，抗靜電效果先增加后降低。其中2#的抗靜電效果最好，半衰期和峰值電壓都降為0，此時可以看作織物不再產生靜電，這可能是2#的粒徑相對較小，分散更加均勻的原因。

表1 處理前后織物的抗靜電性能Tab.1 Antistatic performance of fabrics before and after treatment

3 結論

本文采用溶膠 凝膠法制備了粒徑在50～100nm之間的納米 ZnO-Fe2O3溶膠，并將其整理到滌綸織物表面。經過納米溶膠整理后的滌綸織物，抗靜電性能良好。而且混合ZnO-Fe2O3溶膠的效果要優于單獨的ZnO或者Fe2O3溶膠。通過對數據分析，得出 Zn(CH3COO)2·2H2O 和 FeCl2·4H2O 的最佳物質的量比為5∶1，此時抗靜電效果最好，其半衰期和峰值電壓都降為0，可以看作不再產生靜電。

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