可光催化降解的聚丙烯纺粘非织造布的研究

王晓梅，李孙辉

（五邑大学纺织服装系，广东江门 529020）

可光催化降解的聚丙烯纺粘非织造布的研究

王晓梅，李孙辉

（五邑大学纺织服装系，广东江门 529020）

以钛酸丁酯为前驱体采用溶胶－凝胶法制备了TiO2溶胶，并采用浸轧的方法对聚丙烯纺粘非织造布进行了整理.试样整理前后强力的变化表明：TiO2溶胶整理后的聚丙烯纺粘非织造布光氧化降解速度加快，并且当钛酸丁酯与水的体积比为10∶1时，所得TiO2溶胶对聚丙烯纺粘非织造布的光氧化降解效果最好.

光催化降解；聚丙烯；纺粘非织造布；二氧化钛溶胶；后整理

纺粘法是将经加热熔融的高分子聚合物从喷丝孔中挤出进入空气中，熔体细流在空气中冷却的同时，借助气流或机械作用以一定的速度拉伸变细，形成纤维后铺成纤维网，然后加固成非织造材料[1].纺粘法非织造布具有很好的物理机械性质，是短纤维干法成网非织造材料无法相比的.纺粘法所用的原料可以是聚丙烯、聚酯和聚酰胺等，其中聚丙烯占70%，聚酯占22%，聚酰胺6占6%，双组分纤维占2%[2].聚丙烯原料用于纺粘非织造材料的生产具有很大的技术经济优势，因其在熔融纺丝前不需进行干燥.聚丙烯纺粘法非织造材料的应用范围较广，包括医疗卫生材料、过滤材料、土工合成材料、包装材料等.从2008年6月1日起，“限塑令”开始实施，取代塑料购物袋的聚丙烯纺粘非织造布环保购物袋已风靡全国.由于聚丙烯原料价格低廉，力学性能好，化学性能稳定，加以纺粘法工艺简单，因此被作为环保购物袋的首选材料.据粗略估算，全国每年使用各种塑料购物袋达7 000多亿个，如此巨大潜力的市场需求促进了丙纶纺粘非织造布的发展.然而，聚丙烯同聚乙烯（塑料袋原料）一样，仍属线性的饱和碳氢化合物，其废弃后若焚烧将产生有害气体，若掩埋难以发生微生物降解.研究[3]发现，聚丙烯织物掩埋在地下450 d后，未观察到强度下降的现象；自然条件下经12个月的曝晒仍具有40%以上的强力.可见普通聚丙烯的光老化降解也不是处理聚丙烯废弃物的有效措施.因此，大量用作环保购物袋以及一次性卫生和医疗等用即弃产品的聚丙烯纺粘非织造材料的废弃物给环境保护带来了巨大的压力.为此，聚丙烯纺粘非织造材料废弃物的可降解研究，已成为目前研究的热点之一.聚丙烯的降解方法包括光降解、生物降解以及光-生物双降解.绝大部分有机物都能通过TiO2光催化氧化而降解[4-5].方明等[6]采用“钛酸丁酯－水－无水乙醇－盐酸”体系以溶胶－凝胶法制备的TiO2溶胶含有锐钛矿晶体并具有光催化活性.高基伟等[7]也以类似的方法制备了具有光催化活性的TiO2溶胶.王明勇等[8]用溶胶－凝胶法制备了TiO2-SiO2复合溶胶，并用浸轧方法对棉织物进行了整理，借助电子显微镜发现在织物表面存在锐钛矿型纳米TiO2.本文首先在低温条件下制备光催化剂TiO2溶胶，然后采用浸轧法进行聚丙烯纺粘非织造布的光催化降解整理.用该方法整理的聚丙烯纺粘非织造布可用于制作如购物袋和包装袋等一些在使用过程中不经常受到日光照射的产品.

1 实验部分

1.1 TiO2溶胶的制备

1.1.1 实验原料和仪器

制备TiO2溶胶所用的化学试剂包括：H2O，蒸馏水，东莞日之泉蒸馏水有限公司产品；Ti（OC4H9）4，化学纯，天津市永大化学试剂开发中心产品；CH3CH2OH，分析纯，台山市粤侨试剂塑料有限公司产品；HCL，分析纯，汕头市西陇化工厂有限公司产品.

本实验所用的仪器有：量筒、烧杯、量杯、滴管和JHS-2100型恒速数显搅拌机，杭州仪表电机有限公司产品.

1.1.2 制备过程

TiO2溶胶的制备过程为[8]：①将所用实验仪器洗净烘干；②用滴管将10 mL钛酸丁酯缓慢滴加（1～2滴/s）到盛有40 mL无水乙醇的烧杯中，然后搅拌20 min（搅拌机转速为200 r/min），形成溶液A；③用滴管分别取1.5 mL盐酸和5 mL无水乙醇，先后滴加到盛有蒸馏水（1～15 mL）的量杯中混合形成溶液B；④用滴管将溶液B缓慢滴加（1～2滴/s）到溶液A中，然后快速搅拌（300 r/min）40 min，获得TiO2溶胶.

1.2 聚丙烯非制造布的光催化降解整理

1.2.1 实验原料和设备

实验原料：聚丙烯纺粘非织造布（63.2 g/m2）及自制的TiO2溶胶.

实验设备：Y902型汗渍色牢度烘箱，南通三思机电科技有限公司产品；气压电动染色小轧车，鹤山市外商独资精湛染整设备有限公司产品.

1.2.2 实验过程

（1）试样准备.将聚丙烯非织造布沿纵向和横向裁剪成20 cm×5 cm规格的试样15块.

（2）浸轧.首先在室温下，将准备好的试样在盛有TiO2溶胶的烧杯中浸渍15 min，再用镊子将浸渍后的非织造布置于气压电动染色小轧车的轧辊上，在两轧辊间的压力为0.2 MPa情况下进行压榨.

（3）再浸再轧.重复步骤（2）的步骤，对已浸轧过1次的试样再浸再轧.

（4）烘干.将垫着干燥白纸的试样，放进温度为50℃的Y902型汗渍色牢度烘箱内，烘燥30 min.

1.3 聚丙烯非织造布的光催化降解性能测试

聚丙烯产品受日光照射后，因日光中紫外线的作用会使产品的强度降低.本文通过测试同时日晒61 h（广东地区5月份气候）后的未经整理及经过整理的试样的断裂强力的变化，探讨其光降解的情况.

1.3.1 测试仪器

试样断裂强力测试仪为YGO26PC-250电子强力机，温州方圆仪器有限公司产品.

1.3.2 测试参数

拉伸速度为100 mm/min，预加张力为2 N，夹持距为10 cm.

2 结果与分析

2.1 蒸馏水使用量对TiO2溶胶质量的影响

溶液B形成时蒸馏水的使用量对最终形成的TiO2溶胶的质量有较大影响.蒸馏水的使用量改变时，实验过程中的现象以及所制备TiO2溶胶开始凝固的时间如表1所示.

表1 蒸馏水的用量对所得TiO2溶胶质量的影响Tab.1 Influnce of water content on TiO2sol property

表1中各配方的不同之处在于所用钛酸丁酯和蒸馏水的体积比的不同.蒸馏水使用量对钛酸丁酯的水解聚合过程影响很大，从而影响所制备溶胶的质量.从表1可以看出，当钛酸丁酯与水的体积比为10∶1时，所制备的溶胶在不密封保存的条件至少能保存60 h不变质，即稳定性最好；当钛酸丁酯与水的体积比为10∶3～10∶6时，溶胶保质时间逐渐缩短；当钛酸丁酯与水的体积比大于等于10∶9时，所制备溶胶很快变成玻璃状固态物质，即不能用于聚丙烯非织造布的光降解整理.

2.2 聚丙烯非织造布光催化降解性能分析

分别对原布样、经日晒布样、经光催化降解整理且日晒布样进行了断裂强力测试，样本容量为3，测试结果如表2所示.

表2 聚丙烯非织造布的断裂强力Tab.2 Breaking strength of polypropylene nonwovens

从表2得出以下结论：

（1）聚丙烯非织造布虽未经整理但日晒后的强度仍有一定程度的下降.这是因为聚丙烯大分子链中的叔碳原子上的氢原子比较活泼，经受热、光的作用后产生活泼的游离基而导致大分子的断裂，因此导致强力损失.

（2）经光催化降解整理的布样的强力损失均比未整理试样的强力损失大.本文所采用的制备TiO2溶胶方法与王明勇等人[8]的基本相同，故可以依据其研究结论推断出本研究的经光催化降解整理的非织造布中含有可促进光氧化降解锐钛矿型纳米TiO2.TiO2的光催化降解机理如下[9]：当波长小于387.5 nm的光子（紫外光）照射TiO2表面时，TiO2分别在导带和价带上产生高活性的光生电子（e-）和（h+）.吸附在TiO2表面的溶解氧俘获电子形成·O2-（原子氧），而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成·OH（氢氧自由基）.h+是一种强氧化剂，可直接氧化许多有机物，所形成的·O2-和· OH具有很强的化学活性，·O2-能和多数有机物反应，将其氧化分解为CO2和H2O.因此，即使整理后TiO2存在于纤维的表面，也会促进其光降解.

（3）用不同配方制备的TiO2溶胶整理的聚丙烯非织造布，日晒后它们的强力下降情况不同，即光催化降解性能不同，配方1整理的聚丙烯非织造布强力降低率最大，为27.7%，这说明采用配方1（钛酸丁酯与水的体积比为10∶1）所制备的TiO2光催化活性最好.

3 结论

（1）使用TiO2溶胶对聚丙烯纺粘非织造布进行光催化降解整理，会加速聚丙烯纺粘非织造布的光氧化降解速度.

（2）蒸馏水使用量对所制备的TiO2溶胶的光催化活性有较大的影响.在所研究的范围内，当钛酸丁酯与水的体积比为10∶1时，所制得的TiO2溶胶的保质时间最长，同时其对聚丙烯纺粘非织造布的光降解整理效果最好.

[1]柯勤飞，靳向煜.非织造学[M].上海：东华大学出版社，2004.

[2]ГAHИC А В，王惠中.俄罗斯及其国外聚丙烯纺粘法非织造材料的生产和应用现状[J].产业用纺织品，2007，25（11）：32-35.

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[4]HOFFMANNMR，MARTINST，CHOIW，etal.Environmental application of semiconductour photocatalysis[J].Chen Rev，1995，95（1）：69-73.

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[6]方 明，高基伟，申乾宏，等.锐钛矿晶型TiO2溶胶的精细结构及其光催化活性 [J].硅酸盐学报，2006，34（4）：438-441.

[7]高基伟，杨 辉，申乾宏.溶胶－凝胶法低温原位合成锐钛矿片状晶体 [J].稀有金属材料与工厂，2007，36（9）：431-433.

[8]王明勇，毛志平，李 芮.锐钛矿型纳米TiO2在棉织物上的原位生长及其抗紫外线性能 [J].纺织学报，2007，28（2）：71-75.

[9]唐玉朝，胡 春，王恰中.TiO2光催化反应机理及动力学研究进展[J].化学进展，2002，14（3）：192-199.

Study on photocatalytic degradable polypropylene spun-bonded nonwovens

WANG Xiao-mei，LI Sun-hui
（Department of Textile and Apparel，Wuyi University，Jiangmen 529020，China）

Titania sol was prepared using Ti（OC4H9）4as a precursor with the sol-get method，and the prepared titania sol was used to finish the polypropylene spun-bonded nonwovens with the dip padding process.Comparison between the break strength of the finished sample and that of the unfinished sample shows that the finished polypropylenes nonwovens with the titania sol photodegrade faster，and the 10∶1 volume ratio of Ti（OC4H9）4and water gives the produced titania sol the best photocatalytic degradation effect.

photocatalytic degradation；polypropylene；spun-bonded nonwoven；titania sol；finishing

book=1,ebook=28

TS174.3

A

1671－024X（2010）01－0036－03

2009-09-30

王晓梅（1976—），女，副教授.

王晓梅（1976—），女，副教授.E-mail：wxm@mail.wyu.edu.cn