納米TiO2對棉織物的防紫外線整理

東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院, 上海 201620

納米粒子是指尺寸為1～100 nm的粒子，又稱超細(xì)微粒[1]。納米微粒是由有限數(shù)量的原子和分子組成的，它們保持原來物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)并處于亞穩(wěn)態(tài)的原子團或分子團狀態(tài)。當(dāng)物質(zhì)的線度減小時，其表面原子數(shù)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(tài)的變化反饋到物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能上就會顯示出奇異的效應(yīng):小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。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(nèi)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(dá)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(nèi)部，然后反射或折射照射過來的紫外線，以達(dá)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(yīng)3種相對分子質(zhì)量的聚乙二醇(PEG600、PEG800、PEG1000)和4種質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(lián)劑乙二醛5%(相對織物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(zhì)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(yù)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(shù)(UPF值)，比較它們之間防紫外線性能的差異[6]。

2 結(jié)果與討論

采用防紫外線透過及防曬保護測試系統(tǒng)進行測試，測得的數(shù)據(jù)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(jié)果

由表1可知:含不同膠體分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時就能達(dá)到比較好的防紫外線效果，而且整體也比較穩(wěn)定[8]。對于PEG1000，膠體分散液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，出現(xiàn)了一個峰值，理論上應(yīng)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?qū)е碌?。由?還可知，經(jīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)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(yù)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(dá)102.3。