納米二氧化鈦對粘膠織物的整理工藝研究

張 寧，KESINEE Srisongmuang，EAKACHAT Joneurairatana

(1.泰國藝術大學， 泰國 曼谷 10100； 2.江西服裝學院，江西 南昌 330201)

環保已經成為經濟發展與生活質量重要參考指標。對紡織行業而言，環保大致可分為兩方面，一是生產過程中的降耗、減排，二是紡織品的回收與降解[1-2]。本文嘗試使用綠色可降解的殼聚糖與明膠制成整理劑對粘膠織物進行功能整理，同時在整理劑中引入納米二氧化鈦，不僅提高了整理劑對織物的吸附性能，還可利用二氧化鈦的抗紫外線性能與抗菌性能，提高織物的功能性[3-4]。納米二氧化鈦目前是織物整理中較為常見的整理劑，其除上述的抗紫外線性能與抗菌性能外，還具有自清潔性能[5-6]，可見光條件下降解甲醛[7]，對棉織物整理還具有一定的抗皺作用[8]。粘膠織物是人們開發利用較早的纖維素纖維，其低廉的生產成本，較短的生產周期，較好的服用性能深受消費者的喜愛，被廣泛應用在服用面料與家紡產品[9-10]。本文選擇粘膠織物作為研究對象，利用殼聚糖、明膠與納米二氧化鈦對粘膠織物進行復合整理，提高了織物的功能性，以期為開發成本低廉、功能齊全、綠色環保的多功能服裝提供借鑒。

1 試驗部分

1.1 材料與藥品

粘膠織物(紗線線密度18.4 tex，織物經密450根/(10 cm)，緯密320根/(10 cm))；營養培養基(杭州微生物試劑有限公司)；分散劑(杭州聚濤生物科技有限公司)；納米二氧化鈦(成都嘉葉生物科技有限公司)；盧戈氏碘液(河南新鄉衛生用品有限公司)；金黃色葡萄球菌(ATCC6538)、大腸埃希菌(ATCC25922)(廣電環凱微生物科技有限公司)；殼聚糖、明膠、乙酸、戊二醛(國藥集團化學試劑有限公司)；洗滌液(市售)。

1.2 儀器與設備

ZX10003型分析天平(北京中西遠大科技有限公司)、M5800-C型臺式超聲波清洗器(江蘇澤源生物科技有限公司)、NM-75E型實驗用小軋車、RH basic艾卡磁力攪拌器(艾卡(廣州)儀器設備有限公司)、A231498型實驗室用烘箱(上海艾測科技有限公司)、雙85恒溫恒濕試驗箱(東莞市正航儀器設備有限公司)、UV-2000F型紡織品抗紫外線測試儀(美國藍菲光學公司)、INSTRON5590型萬能材料試驗機(英斯特朗(上海)試驗設備貿易有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 粘膠織物整理工藝

稱取殼聚糖3 g溶于100 mL體積分數為1%的乙酸去離子水中，制成質量分數為3%的殼聚糖乙酸溶液；另稱取明膠6 g，溶解于100 mL 60 ℃的去離子水中，制成明膠溶液；量取2 g戊二醛(質量分數為50%)置于容量瓶備用。將殼聚糖乙酸溶液與明膠溶液按照體積比1∶1進行混合后，加入一定量的納米二氧化鈦在攪拌器中高速攪拌均勻后，加入分散劑、滲透劑，補入去離子水繼續攪拌均勻，配置成殼聚糖、明膠、納米二氧化鈦整理劑。

殼聚糖、明膠、納米二氧化鈦整理劑對粘膠織物的功能整理采用二浸二軋整理，其中一浸一軋后利用戊二醛噴灑處理：軋余率高于90%，預烘溫度為80 ℃，預烘3 min，焙烘溫度120 ℃，焙烘5 min；干燥后清洗數次，再次干燥至恒質量。

調整整理劑中二氧化鈦含量，確定二氧化鈦最佳整理方案。

1.3.2 粘膠織物質量增加率

測試不同二氧化鈦質量濃度條件下，粘膠織物整理后的質量增加率，烘干條件為(105±1) ℃，計算公式見式(1)。

織物質量增加率=

(1)

1.3.3 力學性能測試

將整理前后的粘膠織物在標準環境中調濕24 h后，裁剪成長250 mm(經紗方向)，寬50 mm(緯紗方向)；利用萬能材料試驗機對布樣進行斷裂強力測試。等速伸長拉伸，布樣夾持長度為200 mm，拉伸速度20 mm/min。每種布樣試驗30組，剔除異常測試數據后取平均值。

1.3.4 防紫外線性能

依據GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》對整理后的粘膠織物進行防紫外線性能測試。參照式(2)計算粘膠織物整理前后的紫外線防護因子UPF值。UPF值越高，織物的防紫外線性能越好。

(2)

式中：E(λ)為日光光譜輻照度，W/(m2·nm)；ε(λ)為光相對的紅斑效應；Ti(λ)為織物試樣i在波長為λ時的光譜透射比；Δλ為波長間隔，nm。

1.3.5 抗菌性能測試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》進行測試，依據式(3)計算不同二氧化鈦質量濃度條件整理后的粘膠織物的抗菌性能。

(3)

1.3.6 耐水性性能測試

參照FZ/T 14020—2011《水洗服裝用涂料染色面料》的方法，利用標準皂粉在40 ℃的水溫中分別皂洗5、10、15、20、30次，并測試整理后粘膠織物水洗后的抗紫外線性能與抗菌性能。

2 結果與討論

2.1 粘膠織物質量增加率分析

粘膠織物質量增加率隨二氧化鈦質量濃度變化曲線見圖1。從圖中曲線的變化趨勢可以看出，粘膠織物的質量增加率隨著二氧化鈦質量濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢。這是由于殼聚糖與明膠雖然具有良好的生物降解性能與生物相容性等性能，但其單獨對織物進行處理后，殼聚糖與明膠對粘膠織物的吸附性能與力學性能不佳，很難滿足織物對力學性能的要求。采取殼聚糖與明膠相互交聯使其在對粘膠織物整理后呈現互穿網絡膜狀，同時在整理過程中使用戊二醛作為交聯劑，穩定了整理后網絡膜的穩定性。因此整理劑在粘膠織物上呈現較好的穩定狀態，二氧化鈦屬于金屬粒子，其隨機分布在殼聚糖與明膠膜中，在一定程度上形成網格結構，提高了殼聚糖、明膠分子間交聯的作用。因此，隨著二氧化鈦質量濃度的提高，粘膠織物的質量增加率隨之提高，另一方面，由于二氧化鈦屬于金屬粒子，與殼聚糖和明膠的結合力較弱，當二氧化鈦的含量過高時，其破壞了殼聚糖和明膠的穩定性，致使結合力降低。當形成網格結構所帶來的交聯性增加量低于對殼聚糖和明膠的穩定性的影響時，即當二氧化鈦的質量濃度超過一定量時粘膠織物的質量增加率隨二氧化鈦質量濃度的增加而降低。從測試數據判斷可推知二氧化鈦的質量濃度控制在9.5 g/L左右為佳。

圖1 粘膠織物質量增加率隨二氧化鈦質量濃度變化曲線

2.2 力學性能分析

力學性能是織物服用性能的重要指標，粘膠織物斷裂強力隨二氧化鈦質量濃度變化曲線見圖2。可以看出，粘膠織物的斷裂強力隨著二氧化鈦質量濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢。造成這種現象的機制與上文質量增加率的分析大致相同，在戊二醛作交聯劑，提高了殼聚糖、明膠在粘膠織物表面產生的致密均勻的膜結構的力學性能，從而提高了整理后粘膠織物的力學性能。二氧化鈦的加入所產生的網格結構，增加了這種交聯作用，進一步提高了整理后粘膠織物的力學性能。當二氧化鈦的質量濃度超過一定量時，破壞了外層殼聚糖、明膠膜結構的穩定性，造成了整理后粘膠織物力學性能的下降。從測試的曲線數據可以推斷當二氧化鈦質量濃度9.5 g/L左右時，整理后的粘膠織物的力學性能較佳，這也與上文中粘膠織物質量增加率測試結果相互驗證。

圖2 粘膠織物斷裂強力隨二氧化鈦質量濃度變化曲線

2.3 防紫外線性能分析

粘膠織物抗紫外線性能隨二氧化鈦質量濃度變化曲線與粘膠織物抗紫外線性能隨水洗次數變化曲線分別見圖3、4。

圖3 粘膠織物抗紫外線性能隨二氧化鈦質量濃度變化曲線

從圖3可以看出，粘膠織物的抗紫外線性能隨二氧化鈦質量濃度的增加呈現先增加后下降的趨勢，且上升的速率明顯高于下降的速率。導致這種結果的原因有以下2方面：一是粘膠織物的抗紫外線性能與上文驗證的二氧化鈦附著量呈現正相關，二氧化鈦的含量直接影響粘膠織物的抗紫外線性能；二是由于殼聚糖和明膠自身具有一定的抗紫外線性能，當其附著在粘膠織物表面時也提高了織物的抗紫外線性能，也造成了粘膠織物抗紫外線性能的增加速率高于下降速率的現象。同時從曲線的走勢中可以明顯看出，當二氧化鈦質量濃度為9.5 g/L左右時，整理后的粘膠織物的抗紫外線性能較佳。

圖4 粘膠織物抗紫外線性能隨水洗次數變化曲線

從圖4可以看出，整理后的粘膠織物的抗紫外線性能隨著水洗次數的增加不斷降低，當水洗次數小于20次時，整理后的粘膠織物的UPF值依然高于50，滿足國家抗紫外線面料的標準。說明利用殼聚糖、明膠與二氧化鈦對粘膠織物進行功能整理能夠很好地滿足織物對抗紫外線性能的要求。

2.4 抗菌性能分析

二氧化鈦在光照催化作用下產生的電子空穴效應具有較強的氧化和還原能力，使其具有很強的抗菌效果。粘膠織物抗菌性能隨二氧化鈦質量濃度變化曲線與粘膠織物抗菌性能隨水洗次數變化曲線分別見圖5、6。

圖5 粘膠織物抗菌性能隨二氧化鈦質量濃度變化曲線

圖6 粘膠織物抗菌性能隨水洗次數變化曲線

從圖5可以看出，粘膠織物的抗菌性能隨二氧化鈦質量濃度的增加呈現先增加后下降的趨勢，且對金黃色葡萄球菌的抗菌性能略高于大腸埃希菌。同時從曲線的走勢中可以明顯看出當二氧化鈦質量濃度9.5 g/L左右時，整理后的粘膠織物的抗菌性能較佳。造成先升后降的原因與粘膠織物中二氧化鈦含量先升后降有關，二氧化鈦含量直接影響粘膠織物的抗菌性能。從圖6可以看出，隨著水洗次數的增加，粘膠織物的抗菌性能隨之下降，這是由于水洗過程中使得一部分二氧化鈦流失。從圖中測試數據可以看出，當水洗次數低于15次時，整理后的粘膠織物對金黃色葡萄球菌與大腸埃希菌性能均高于70%，具有較好的保持性。

3 結束語

利用殼聚糖、明膠、二氧化鈦制備整理液對粘膠織物進行復合功能整理，測試結果表明：粘膠織物的質量增加率、斷裂強力、抗紫外線性能與抗菌性能與二氧化鈦的含量呈現正相關性。當二氧化鈦質量濃度9.5 g/L左右時，整理后的粘膠織物的質量增加率、斷裂強力、抗紫外線性能與抗菌性能較佳。整理后的粘膠織物的防紫外線性能與抗菌性能隨著水洗的次數降低，當水洗次數小于15次時，粘膠織物的防紫外線性能與抗菌性能具有較好的保持性，驗證了利用殼聚糖、明膠、二氧化鈦制備整理液對粘膠織物進行功能整理的可行性。