棉織物納米銀摻雜TiO 2溶膠防紫外線整理研究

楊銀芝 周佳艷 范芳維 鄧中民 曹新旺

（武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200）

太陽光中過量的紫外線照射人體皮膚時，可能導(dǎo)致人體皮膚老化，嚴(yán)重時甚至?xí)鹌つw疾病。夏季穿著防曬服會讓人有不透氣、悶熱等不舒適的感覺，而棉織物具有良好的吸濕性和透氣性［1］，穿著柔軟舒適無刺激，對棉紡織品進(jìn)行整理使其用于夏季服裝十分重要，但棉織物一般不具備防紫外線的能力，故對棉織物進(jìn)行防紫外線功能整理意義深遠(yuǎn)［2-4］。納米TiO2的比表面積大，具有吸附能力強(qiáng)和光催化效果好等優(yōu)勢，且能夠很好地反射或者屏蔽紫外線中的UVA和UVB，常用來對棉織物進(jìn)行防紫外線整理。

近年來，研究人員將TiO2、ZnO等顆粒應(yīng)用于后整理工藝，制備出具有防紫外線功能的織物［5-6］。李瑞雪等采用原位生成納米TiO2的方法對棉纖維進(jìn)行整理，使織物的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF達(dá)到39.4［7］。余坤明等通過改 良“溶膠-凝膠法”制備了納米ZnO水醇混合液，再利用低溫浸漬法獲得氧化石墨烯/ZnO整理的功能棉織物，經(jīng)過整理，織物防紫外線性能大幅提高［8］。本文采用溶膠-凝膠法制備納米Ag/TiO2溶膠，將其用于棉織物的防紫外線整理，通過二浸二軋方法將其整理到織物表面，并對棉織物整理前后的紫外線防護(hù)系數(shù)、耐水洗性、透氣性等性能進(jìn)行測試。

1 試驗原料與設(shè)備

原料：純棉平紋機(jī)織物（自制），經(jīng)緯紗號數(shù)18.5 tex，經(jīng)密270根/10 cm，緯密260根/10 cm，單位面積質(zhì)量120 g/m2，鈦酸丁酯（CP化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），乙醇、冰醋酸、羅丹明B（AR分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），銀納米線（南京先豐納米材料科技有限公司）。

儀器：YG902C型防紫外線透過及防曬保護(hù)測試儀（南通宏大實驗儀器有限公司），YG461EIII型全自動透氣量儀（寧波紡織儀器廠），VERTEX 70型紅外光譜儀（德國布魯克公司），TESCAN VEGA 3型掃描電鏡（捷克泰思肯公司），752型紫外可見分光光度計（上海光學(xué)儀器一廠）。

2 試驗過程

2.1 納米Ag/TiO 2溶膠的制備

將100 mL無水乙醇和12 mL冰醋酸均勻混合在燒杯中，再加入一定量的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為2～3，然后用量筒量取10 mL鈦酸丁酯，緩慢將其滴加到混合液中形成溶液A。量取35 mL去離子水和35 mL無水乙醇于燒杯中，再用膠頭滴管量取0.5 mL納米銀線加入混合溶液中攪拌均勻形成溶液B，將溶液B緩慢滴加到溶液A中。滴加完畢后將其放入40℃的水浴鍋內(nèi)繼續(xù)攪拌1 h～2 h得到納米Ag/TiO2溶膠。

2.2 織物整理

將棉織物放入燒杯中，加入兩滴去離子型洗滌劑，再加水稀釋調(diào)整至p H值為7，放入水浴鍋中并于40℃恒溫水浴加熱10 min。取出棉織物用去離子水反復(fù)洗滌2次～3次，放入恒溫烘箱于80℃下烘焙30 min，烘干后密封24 h備用。倒入適量納米Ag/TiO2溶膠于燒杯中，將棉織物放入浸漬10 min，二浸二軋后放入干燥箱中烘干，得到經(jīng)溶膠-凝膠法整理的棉織物。

2.3 織物性能測試

防紫外線測試：根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》，采用YG902C型防紫外線透過及防曬保護(hù)測試儀，測定整理后棉織物的防紫外線性能。

耐水洗牢度測試：根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》，采用YG902C型防紫外線透過及防曬保護(hù)測試儀，測量整理后棉織物UPF值來評價其防紫外線耐久性。

透氣性測試：采用YG461E-III型全自動透氣量儀，測得整理后棉織物的透氣率。

2.4 織物的性能表征

化學(xué)結(jié)構(gòu)：采用溴化鉀壓片法，用VERTEX 70型紅外光譜分析儀（德國布魯克公司）對納米Ag/TiO2溶膠整理前后的棉織物進(jìn)行測試，分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。

表面形貌：用TESCAN VEGA 3型掃描電鏡（捷克泰思肯公司）對納米Ag/TiO2溶膠整理前后棉織物的表面形態(tài)進(jìn)行觀察。

光催化性能：采用模擬光照下羅丹明B溶液的光催化降解對納米Ag/TiO2溶膠整理前后棉織物的光催化活性進(jìn)行評價。

3 結(jié)果與討論

3.1 防紫外線性能

納米Ag/TiO2溶膠整理前后棉織物防紫外線性能測試數(shù)據(jù)如下。

根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》，當(dāng)棉織物的UPF值大于40且UVA透過率小于5%時可歸類為防紫外線產(chǎn)品。由以上數(shù)據(jù)可知，與未經(jīng)整理的棉織物相比，整理后棉織物的UPF大于40且TUVA<5%，得出經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理后的棉織物為防紫外線功能織物。

3.2 耐水洗牢度

防紫外線棉織物在多次水洗之后依舊能夠保持良好的防紫外線性能才是成功的防紫外線棉織物。棉織物整理前后以及整理后水洗10次后的防紫外線性能變化如下。

由以上數(shù)據(jù)可知，經(jīng)Ag/TiO2溶膠處理的棉織物經(jīng)過10次水洗后，其UPF值降低到40以下，說明表面固著的部分TiO2顆粒與織物結(jié)合不夠緊密，水洗時容易脫落，但脫落部分所占比例較小，使得水洗后織物的UPF值保持在30以上，且UVA透過率小于5%，防護(hù)等級為“很好”。這說明經(jīng)處理后棉織物的耐水洗牢度較好。

3.3 透氣性

經(jīng)測試，納米Ag/TiO2溶膠整理前后的棉織物透氣率分別為1 231.3 mm/s、988.0 mm/s。由以上數(shù)據(jù)可知，經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理后的棉織物透氣性降低約20%。棉織物透氣性降低的主要原因是棉織物經(jīng)二浸二軋后，納米Ag/TiO2溶膠在外力作用下滲透到棉織物纖維內(nèi)部，使得纖維與纖維之間的間隙進(jìn)一步減小從而增加了棉織物的緊度，同時過多的納米Ag/TiO2溶膠在軋輥的作用下也會在棉織物表面形成一層納米Ag/TiO2薄膜，因而經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理后棉織物的透氣性有所降低。

3.4 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

圖1為經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理前后棉織物的紅外光譜圖。

圖1 整理前后棉織物的紅外光譜圖

從圖1中看出，在3 500 cm-1～3 000 cm-1之間出現(xiàn)了很強(qiáng)烈且寬的吸收峰，這是由于纖維素的基本結(jié)構(gòu)單元是葡萄糖，因此其中含有大量的—OH，還有表面吸附水的—OH有伸縮振動，圖1中1 629 cm-1處的強(qiáng)吸收峰歸因于—OH的彎曲振動，而較強(qiáng)的峰2 927 cm-1和1 425 cm-1則分別歸因于纖維素中C—H的拉伸振動和彎曲振動。經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠處理的棉織物在646 cm-1處的吸收峰相對增強(qiáng)，這對應(yīng)著—Ti—O—鍵的拉伸振動。這說明在納米Ag/TiO2溶膠整理棉織物的過程中，棉纖維與其發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。因此，從檢測到的新官能團(tuán)也可以看出納米TiO2不僅僅是簡單地附著在棉織物表面，還產(chǎn)生了化學(xué)吸附，這也進(jìn)一步增強(qiáng)了納米Ag/TiO2與棉織物之間的結(jié)合力。

3.5 織物表面形貌分析

圖2為棉織物經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理前后表面形態(tài)圖。

圖2 整理前后棉織物表面形態(tài)

從圖2中看出，未經(jīng)整理的棉織物表面毛刺較多且有較大的凹陷，經(jīng)過納米Ag/TiO2溶膠整理后的棉織物，其表面覆蓋上了一層分布均勻的薄膜，這是溶膠干燥后留在表面的納米Ag/TiO2顆粒。這層干的薄膜不僅減少了纖維表面的毛刺，還使得纖維之間結(jié)合得更加緊密，從而使棉織物手感變得較為脆硬。

3.6 光催化性能分析

對整理前后的棉織物光照3 h后光催化中濃度與吸光度、降解率的對比如下。

由以上數(shù)據(jù)可知，經(jīng)3 h光照后，未處理的棉織物降解率較低，其光催化效果極差，即棉織物對羅丹明B的吸附性很差；用TiO2處理的棉織物降解率達(dá)到了70.4%，光催化效果明顯，這是因為TiO2有優(yōu)良的光化學(xué)特性，在紫外光的刺激下，其能夠激發(fā)水中的氧，從而產(chǎn)生羥基自由基，而且其有很好的氧化性，因此可以凈化一些有機(jī)物和污染物；用納米Ag/TiO2溶膠整理的棉織物，其吸光度下降更快，降解率高達(dá)88.4%，與純TiO2溶膠相比納米銀粒子沉淀在TiO2溶膠上可以有效擴(kuò)展光催化反應(yīng)光源的波長區(qū)間。同時，由于納米銀對表面電子的吸引作用，有效抑制了光電子空穴對的復(fù)合，從而提高了TiO2溶膠光催化的效率。

4 結(jié)論

（1）本文將納米Ag/TiO2溶膠用于棉織物的防紫外線整理，通過二浸二軋方法將其整理到棉織物表面。整理后棉織物的UPF值達(dá)到40以上，具有較好的防紫外線效果，同時還具有一定的耐水洗性，多次水洗后對紫外線的防護(hù)效果仍較好。

（2）通過分析整理前后棉織物對羅丹明B溶液的光催化降解性能，經(jīng)納米Ag/TiO2溶膠整理后的棉織物對羅丹明B的吸附降解效率達(dá)80%以上，具有優(yōu)良的光催化降解性能。