摻鐵硅溶膠的制備及其對真絲的整理

劉志娟，陳 婷，邢鐵玲，陳國強

(1.蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室，江蘇蘇州215123;2.江蘇盛虹紡織品檢測中心有限公司，江蘇蘇州215228)

真絲織物以其優異的透氣性、吸濕性、懸垂性，以及柔和的光澤深受消費者喜愛。目前為改善真絲織物的服用功能性和洗可穿性，對真絲織物的功能后整理技術較多，主要有抗靜電、抗皺、拒水拒油等［1］。溶膠－凝膠技術是指金屬有機或無機化合物經過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經過熱處理而成氧化物或其他化合物固體的方法［2］。通過溶膠－凝膠技術和對溶膠實施物理或化學改性為制備多功能紡織品提供了廣闊的空間，可以實現織物拒水、拒油、抗菌、抗紫外線、阻燃、防靜電、緩釋等多種功能。氧化硅溶膠處理可在織物表面形成復雜的三維網絡結構，利用這一特性，可以把氧化硅溶膠作為載體，進而被吸附到織物上，已被應用于染料的固色和織物的抗紫外線整理等方面［3］。

本實驗采用溶膠－凝膠法制備分別摻鐵離子和亞鐵離子的硅溶膠，對真絲織物進行整理，并對整理后織物進行了一系列的表征，測試了織物的功能性。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

織物:真絲11026電力紡(平方米質量44 g/m2，蘇州市華思絲綢印染有限公司)。

藥品:正硅酸乙酯(TEOS)(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)，無水乙醇(分析純，上海試劑總廠)，鹽酸(分析純，太倉市周氏化學品有限公司)，六水氯化鐵(分析純，無錫市亞盛化工有限公司)，四水氯化亞鐵(分析純，上海振欣試劑廠)。

儀器:Zs90型激光粒度分析儀(英國Malwern公司)，X射線多晶衍射儀(荷蘭帕納科公司)，原子力顯微鏡nanoscope(veeco)、S-5700型冷場發射掃描電鏡(日本日立公司)，電導率儀(意大利美斯丹公司)，YG(B)342D型織物靜電測試儀(日本大榮SSD)，LCK-09型氧指數測定儀(山東省紡織科學研究院測控設備開發中心)，OCA40型接觸角測量儀(德國Dataphysics公司)。

1.2 溶膠的制備

將一定量的乙醇，TEOS依次加入到250 mL的三口圓底燒瓶中，攪拌的狀態下，分別摻入FeCl3·6H2O和 FeCl2·4H2O 水溶液(摩爾比 n［TEOS］︰n［EtOH］︰n［H2O］︰n［Fe］=1︰6︰11︰0.1)，后加入適量的HCl，調節pH值為2～3，反應溫度為70℃，攪拌2 h后，即可得到透明、有色、均勻的溶膠體系。

1.3 整理工藝

將真絲織物分別浸入制備好的摻鐵離子和亞鐵離子的硅溶膠中，兩浸兩軋，60℃預烘，150℃焙烘3 min，水洗，自然晾干。

1.4 測 試

1.4.1 溶膠粒徑的測試

采用英國Malwern公司的Zs90型激光粒度分析儀，在室溫下對摻金屬離子的硅溶膠粒徑進行測試。測量范圍0.6～10 000 nm，樣品要求:質量分數在1%以下分散均勻的乳液、膠體、水溶液等。

1.4.2 XRD 測試

在X射線多晶衍射儀上對試樣粉末進行分析，Cu靶，電壓為40 kV，電流為40 mA，樣品的掃描范圍為10°～80°。

1.4.3 織物原子力顯微鏡的測試

采用原子力顯微鏡對真絲織物表面樣貌進行分析。測量時采用的掃描模式為接觸模式，掃描頻率為1.5 Hz，掃描范圍為3.0 μm。

1.4.4 織物能譜分析

用日本日立公司的冷場發射掃描電鏡S-5700型對真絲進行散射掃描，測定所含主要元素及其含量。

1.4.5 抗靜電性

利用YG(B)342D型織物靜電測試儀，按GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定 第1部分:靜電壓和半衰期》進行測試，測試溫度為20℃，相對濕度35%。

1.4.6 導電性

采用歐洲標準BSEN 1149—2—1997《防護服靜電性能第2部分:測量材料電阻的試驗方法(回路電阻)》，用電導率儀Conductivity Tester對織物進行測試。

1.4.7 阻燃性

根據GB/T 5454—1997《紡織品燃燒性能試驗氧指數法》，采用LCK-09型氧指數測定儀進行測定，最后計算得出極限氧指數值。

1.4.8 接觸角

采用OCA40型接觸角測量儀，將水滴在織物表面并持續20 s，然后測量接觸角。

2 結果與討論

2.1 表 征

2.1.1 溶膠粒徑分布

最佳工藝制備的分別摻鐵離子和亞鐵離子的硅溶膠粒徑分布情況如圖1所示。

由圖1可知，圖(a)中摻鐵離子的硅溶膠第一峰值為64.04 nm，密集強度為69.1%，而圖(b)中摻亞鐵離子的硅溶膠第一峰值為15.05 nm，密集強度為85.9%。由此可知，摻鐵離子和亞鐵離子都可以制備出穩定、均勻的納米硅溶膠，并且比起摻鐵離子的硅溶膠，摻亞鐵離子的硅溶膠粒徑更小，分布更均勻。

圖1 硅溶膠的粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of silica sol

2.1.2 XRD 分析

分別對未摻金屬離子的硅溶膠、摻鐵離子的硅溶膠和摻亞鐵離子的硅溶膠，在150℃的溫度下煅燒，研成粉末，進行XRD測試，結果如圖2所示。

圖2 摻鐵前后硅溶膠的XRD譜圖Fig.2 XRD spectrograms of silica sol before and after iron doping

由圖2可以看出，a、b和c在衍射角約24°區域都有一個強的衍射峰，這是TEOS水解形成的SiO2衍射峰，b和c在衍射角約42°區域有一個較小的衍射峰，這是屬于鐵的衍射峰［4-5］，由此可見，金屬離子已經被包覆在二氧化硅中。

2.1.3 硅溶膠整理真絲的表面形貌

為研究硅溶膠整理后真絲的表面形貌，對整理前后的真絲用原子力顯微鏡進行觀察，而對整理后的真絲用原子力顯微鏡進行觀察，結果如圖3所示。

圖3 整理前后真絲的AFM圖像Fig.3 AFM images of silk before and after finishing

由圖3可以看出，未整理過的真絲(c)表面光滑，沒有附著物。而經摻鐵離子(a)和亞鐵離子(b)的硅溶膠整理后的真絲具有一定厚度的涂層，并且表面明顯有附著的顆粒。由此可知，摻鐵離子的硅溶膠和摻亞鐵離子的硅溶膠已分別被整理到真絲織物上。

2.1.4 硅溶膠整理真絲的EDS

對硅溶膠整理前后的真絲進行能譜測試，結果如圖4所示。

圖4 整理前后真絲的能譜示意Fig.4 EDSspectrograms of silk before and after finishing

由圖4可知，圖(b)和圖(c)中的真絲經整理后明顯增加了Si元素和Fe元素兩個峰，而圖(a)未整理的真絲中并沒有這兩個元素的峰，再次證明了分別包覆鐵離子和亞鐵離子的二氧化硅溶膠已被整理到真絲織物上。

2.2 真絲織物的抗靜電性及導電性

對未經整理的真絲織物及經摻不同金屬離子的硅溶膠整理過的真絲織物進行抗靜電性和垂直電阻測試，結果如表1所示。

表1 整理前后真絲織物的抗靜電性及垂直電阻Tab.1 Antistatic property and vertical resistance of silk before and after finishing

由表1可以看出，與未整理真絲織物相比較，摻不同金屬離子的硅溶膠整理過的真絲織物具有良好的抗靜電性，并且摻亞鐵離子硅溶膠整理的真絲織物比摻鐵離子硅溶膠整理的真絲織物的抗靜電性優異。由于采用溶膠－凝膠技術，對溶膠進行物理或化學改性后，可用于真絲織物的整理，并可以賦予織物多種功能。真絲織物經摻金屬離子的硅溶膠整理后，在其表面形成復雜的三維網狀結構的薄膜，從而使真絲織物具有良好的抗靜電性。此外，比起摻鐵離子的硅溶膠，摻亞鐵離子的硅溶膠粒徑相對較小，在織物表面分布比較均勻，因此經摻亞鐵離子的硅溶膠整理后，真絲織物的抗靜電性相對較好。

垂直電阻是除表面電阻率外服裝材料本身的另一個重要特性。對于能消除靜電的服裝來說，低垂直電阻(小于108Ω)和低表面電阻率都是有利的特性。由表1可以看到，未整理的真絲織物垂直電阻在108Ω以上，可知沒有抗靜電效果。而整理后的真絲織物垂直電阻小于108Ω，說明經摻不同金屬離子的硅溶膠整理后真絲織物具有導電性，即抗靜電效果;并且摻亞鐵離子硅溶膠整理的真絲織物垂直電阻比摻鐵離子的更小，可知其抗靜電相對較好。這是因為硅本身屬于半導體，又有金屬鐵的參與，使織物具有了導電效果。

2.3 真絲織物的阻燃性

對未經整理的真絲織物及經摻不同金屬離子的硅溶膠整理過的真絲織物進行極限氧指數(LOI)測試。可以發現，未經整理的真絲織物極限氧指數為23.1%，在22% ～27%的可燃范圍之內，屬于可燃的;而經過摻鐵離子硅溶膠整理和摻亞鐵離子硅溶膠整理后，真絲織物的極限限氧指數分別達到了28.9%和28.5%，大于27%，已具有阻燃效果，且摻不同金屬離子的硅溶膠整理后的真絲織物阻燃性能效果相差不大。這是因為溶膠對真絲織物進行真理后，在織物表面形成致密的三維網狀結構的薄膜，對真絲織物進行了改性，從而使其具有較好的阻燃性能。

2.4 真絲織物的拒水性

真絲織物經摻鐵離子的硅溶膠和摻亞鐵離子的硅溶膠分別整理后，接觸角的測試結果如圖5所示。

接觸角(θ)是衡量界面張力的標志，也是判斷物質疏水性能的重要因素之一，疏水性的好壞直觀上可以由接觸角的大小來反映［6］。由圖5可以看出，圖(a)中真絲織物經摻鐵離子的硅溶膠整理后，接觸角左右分別為 92.2°和 91.0°，圖(b)中真絲織物經摻亞鐵離子的硅溶膠整理后，接觸角左右分別為119.7°和119.4°。由圖5還可以看出，經摻不同金屬離子的硅溶膠整理后的真絲織物具有一定的疏水性能，且經摻亞鐵離子的硅溶膠整理后的真絲織物疏水性比較好。這是因為，采用溶膠－凝膠技術，對溶膠進行化學或物理改性，對真絲織物進行整理后，在其表面形成復雜的三維網狀結構的薄膜，賦予織物疏水性能［6］。另外，摻亞鐵離子的溶膠粒徑較小，整理后織物表面相對比較均勻，因此摻亞鐵離子的硅溶膠整理后的真絲織物疏水性比摻鐵離子的硅溶膠整理后的真絲織物疏水性較好。

圖5 整理理后真絲織物的接觸角Fig.5 Contact angle of finished silk

3 結論

1)采用溶膠－凝膠技術制備出分別摻鐵離子和亞鐵離子的有色硅溶膠，將其整理到真絲織物上，通過粒徑、X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線能譜(EDS)對溶膠和織物的形貌、結構、組成進行表征，表明包覆金屬離子的硅溶膠已被整理到織物上。

2)摻不同金屬離子的硅溶膠整理后的真絲織物，有優異的抗靜電性、導電性、阻燃性及一定的拒水性能。比起摻鐵離子的硅溶膠整理的真絲織物，摻亞鐵離子的硅溶膠整理的真絲織物功能更優異。

［1］吳全文，邢鐵玲，陳國強，等.ZnO溶膠的制備及對真絲織物的抗靜電整理［J］.印染助劑，2011，8(9):13-16.WU Quanwen， XING Tieling， CHEN Guoqiang， et al.Preparation of ZnO sol and its application on anti-static finish of silk fabric［J］.Textile Auxiliaries，2011，8(9):13-16.

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