納米TiO2對棉織物的防紫外線整理

東華大學化學化工與生物工程學院, 上海 201620

納米粒子是指尺寸為1～100 nm的粒子，又稱超細微粒[1]。納米微粒是由有限數量的原子和分子組成的，它們保持原來物質的化學性質并處于亞穩態的原子團或分子團狀態。當物質的線度減小時，其表面原子數的相對比例增大，使單原子的表面能迅速增大[2]。到納米尺寸時，此種形態的變化反饋到物質結構和性能上就會顯示出奇異的效應:小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應。用于紡織品的納米粉體主要有兩個作用：(1)在聚合纖維或者紡絲過程中加入納米粉體，使其滲入到纖維內部，獲得一些特殊的效果；(2) 在紡織品后整理時，將納米粉體加入到浸軋液或者涂層劑中，使納米粉體進入纖維之間或在織物表面形成薄膜，達到所需效果[3]。納米TiO2屬于一種紫外線屏蔽劑，其防紫外線的原理是，屏蔽劑均勻分布在織物的表面或內部，然后反射或折射照射過來的紫外線，以達到抗紫外線的目的[4]。

1 試驗部分

裁剪13塊10 g正方形平紋棉織物，其中1塊為空白樣，12塊進行防紫外線整理。12塊試樣分別對應3種相對分子質量的聚乙二醇(PEG600、PEG800、PEG1000)和4種質量分數的膠體分散液。

(1) 取3 g納米TiO2和聚乙二醇(PEG600)均勻混合得到質量分數分別為3%、5%、10%、20%的膠體分散液，分別放在4個不同的燒杯中。然后向4個燒杯中分別加入交聯劑乙二醛5%(相對織物的質量分數，下同)，有機硅柔軟劑1%，非離子表面活性劑曲拉通X-100 1滴(約 0.02 g)，催化劑硫酸鋁1%，浴比1∶15。棉織物的質量為10 g，蒸餾水的用量為150 mL，得到不同濃度梯度的防紫外線整理劑，以比較防紫外線性能的差異[5]。

(2) 先將棉織物用水潤濕，然后在軋染機上進行二浸二軋，控制軋余率為80%。軋完后進行預烘，條件為85 ℃、60 min，再進行125 ℃、2 min焙烘。然后進行40 ℃流水洗，最后進行干燥[6]，獲得防紫外線棉織物。

(3) 取3 g納米TiO2和聚乙二醇(PEG800)均勻混合得到膠體分散液，方法同(1)；然后對試樣進行防紫外線整理，方法同(2)。

(4) 取3 g納米TiO2和聚乙二醇(PEG1000)進行混合得到膠體分散液，方法同(1)；然后再對試樣進行防紫外線整理，方法同(2)。

(5) 測試浸漬法整理的12個棉織物試樣及空白樣的紫外線防護系數(UPF值)，比較它們之間防紫外線性能的差異[6]。

2 結果與討論

采用防紫外線透過及防曬保護測試系統進行測試，測得的數據如表1所示。TUVA表示波長為320～420 nm射線的透射率，TUVB表示波長為275～320 nm射線的透射率，TUVR表示日光紫外線的輻射[7]。

表1 測試結果

由表1可知:含不同膠體分散液質量分數的防紫外線整理劑整理的棉織物的防紫外線性能不同，隨著膠體分散液質量分數的增大，棉織物的UPF值增大，即防紫外線性能提高；不同相對分子質量的PEG防紫外線整理劑整理的棉織物的防紫外線性能也有一定的差異，利用PEG800配制的膠體分散液在質量分數較小時就能達到比較好的防紫外線效果，而且整體也比較穩定[8]。對于PEG1000，膠體分散液的質量分數為10%時，出現了一個峰值，理論上應該是遞增，這個峰值可能是因為在浸軋過程中防紫外線整理劑不均勻導致的。由表1還可知，經過防紫外線整理劑整理后的織物的UPF值都大于空白樣，TUVA、TUVB和TUVR都小于空白樣，說明整理后的織物都有一定程度的防紫外線效果[9]。并且隨著膠體分散液質量分數的增大而逐漸變好，用PEG800作為分散劑時，試樣的防紫外線性能已基本達到國家標準，可以被稱為防紫外線織物。用PEG1000處理后的織物手感較硬，一般不用于織物的整理。

3 結論

防紫外線整理劑的配方：納米TiO2和PEG800各3 g，羥基硅油乳液為0.1 g，乙二醛為0.5 g，曲拉通X-100為0.02 g, Al2(SO4)3為0.1 g。

防紫外線整理工藝：棉織物二浸二軋，保證軋余率為80%，軋完后進行預烘，條件為85 ℃、60 min，然后進行125 ℃、2 min焙烘，再進行40 ℃流水洗，最后進行干燥。整理后棉織物的UPF值均提高，棉織物的UPF值基本可提高100%以上，最高可達102.3。