負(fù)載率與改性TiO₂復(fù)合物紫外屏蔽性能的關(guān)系研究

高景峰　巨昊

摘 要：本文采用水熱合成法，以伊利石作為載體制備銳鈦礦型TiO2/伊利石復(fù)合物，通過(guò)吸收度、透過(guò)率和涂層紡織物光老化后抗拉強(qiáng)度分析，著重探討TiO2負(fù)載率與復(fù)合物紫外屏蔽性能的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：負(fù)載率;復(fù)合物;紫外屏蔽

TiO2是一種優(yōu)良的紫外線屏蔽材料。但其易團(tuán)聚、成膜性差等缺陷又限制了其應(yīng)用。為彌補(bǔ)此缺陷，通常的做法是對(duì)TiO2進(jìn)行改性處理，以獲得既有紫外屏蔽功能又能均勻附著的屏蔽劑。本文采用水熱合成法，以伊利石作為載體制備銳鈦礦型TiO2/伊利石復(fù)合物，著重探討TiO2負(fù)載率與復(fù)合物紫外屏蔽性能的關(guān)系，為研制新型紫外屏蔽材料提供一定的參考。

一、復(fù)合物的制備

取適量提純伊利石粉體倒入蒸餾水中制成濃度為2g/100ml的漿液，用磁力攪拌器充分?jǐn)噭蚝笤俪曁幚?h。將適量025mol/l的Ti（SO4）2溶液加入到上述漿液中，制成TiO2含量占復(fù)合物總質(zhì)量為30%的混合液。攪拌均勻后用氨水將混合液的pH值調(diào)整到5。待混合液充分反應(yīng)后將其倒入反應(yīng)釜中密封進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為160℃，反應(yīng)時(shí)間為8h。反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)樣品進(jìn)行離心過(guò)濾和恒溫干燥，最終所得產(chǎn)物即為TiO2負(fù)載率30%的改性TiO2/伊利石復(fù)合物試樣。用上述相同的流程制備TiO2負(fù)載率分別為10%、30%、50%、60%的復(fù)合物試樣。

二、紡織品的預(yù)處理

為消除其他因素對(duì)涂層紡織品樣品的力學(xué)性能和抗紫外性能的影響，本實(shí)驗(yàn)特選純棉平紋針織布并進(jìn)行預(yù)處理。首先將所選平紋布浸入到含有洗潔精的清水中，充分?jǐn)嚢韬蠼?h，以清除有機(jī)殘留物。自然晾干后，沿徑向把平紋布裁成150×30mm的布條。將布條再浸入無(wú)水乙醇中用超聲洗滌5min，完全去除紡織物中的雜質(zhì)和殘留物。再次撈出，晾干備用。

三、涂層紡織物光老化處理

用蒸餾水將5g負(fù)載率為50%的復(fù)合物粉末試樣配制成20g/l的懸濁液，加入0.1g羥丙基甲基纖維素活性劑，磁力攪拌6h，即為抗紫外整理液。將預(yù)先處理好的平紋布條浸入整理液，超聲浸漬5min后撈出晾干，作為涂層紡織品樣本。用兩支功率為28W，波長(zhǎng)為185nm，型號(hào)為10-15100的紫外燈作為光源制成紫外線老化燈箱。將無(wú)涂層布條和涂層樣本布條置于紫外線老化燈箱中，保持樣本在紫外光源正下方20cm處，在空氣中輻照模擬光老化處理過(guò)程。

四、結(jié)果與分析

（一）改性復(fù)合物樣品吸收光譜分析

采用液相測(cè)試法。分別將相應(yīng)試樣用蒸餾水分散成001wt%的分散液，超聲分散后提取適量試樣液體置于T6型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上，在200-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描。不同試樣的紫外-可見(jiàn)吸收光譜如圖1所示。

由圖1看出，在紫外區(qū)域，不同負(fù)載率的樣品紫外線的吸收能力不同，并有吸收能力隨TiO2負(fù)載率增加而提高的特征，當(dāng)負(fù)載率超過(guò)50%后，吸收能力基本不再提升，應(yīng)為載體伊利石承載TiO2的能力達(dá)到極限。因此，就紫外線的吸收能力而言，50%為伊利石負(fù)載TiO2的最佳比例。

（二）改性復(fù)合物樣品透過(guò)率曲線分析

將試樣用蒸餾水配置成0.1wt%的分散液，充分超聲分散后，提取少許分散液滴到石英玻璃載片上，晾干后置于TU-1901型雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上，以空白石英玻片為襯底，同樣在200～800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)試各試樣的透過(guò)率。所得曲線如圖2所示。

透過(guò)率曲線顯示隨著TiO2負(fù)載率的增加，試樣的紫外透過(guò)率在降低。當(dāng)負(fù)載率為50%時(shí)，紫外線透過(guò)率最低，幾乎可屏蔽掉100%的短波紫外線，98%的中波紫外線和超過(guò)50%的長(zhǎng)波紫外線。從該實(shí)驗(yàn)曲線還可看出50%負(fù)載率的樣品對(duì)可見(jiàn)光確有著理想的透明性，即該試樣是一種理想的透明紫外線屏蔽材料。

（三）紡織物的拉伸性能分析

用型號(hào)為CSS-1102C的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同輻照時(shí)間的試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，每個(gè)試樣測(cè)5次，結(jié)果取其平均值。所得試樣的拉伸性能曲線如圖3所示。

結(jié)果顯示，未涂層樣品在紫外光輻照下力學(xué)性能迅速下降，經(jīng)8h持續(xù)輻照后，斷裂強(qiáng)力保留率僅剩下38%，說(shuō)明棉織物纖維在紫外光長(zhǎng)時(shí)間照下會(huì)快速老化斷裂。而涂層試樣在相同的輻照下斷裂強(qiáng)力保留率還可達(dá)到65%，力學(xué)性能明顯優(yōu)于未涂層樣品。說(shuō)明負(fù)載率為50%的復(fù)合物具有良好的紫外屏蔽性能。

五、結(jié)論

以伊利石作為載體，水熱合成法制備的TiO2/伊利石復(fù)合物的紫外屏蔽性能隨TiO2負(fù)載率的增加而提高，當(dāng)負(fù)載率為50%時(shí)，達(dá)到極值，可屏蔽掉100%的短波紫外線，98%的中波紫外線和超過(guò)50%的長(zhǎng)波紫外線。

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