纳米TiO2对棉织物抗紫外整理的研究

刘俊美，邓 桦，顾 欣

（天津工业大学，天津 300387）

纳米TiO2对棉织物抗紫外整理的研究

刘俊美，邓 桦，顾 欣

（天津工业大学，天津 300387）

文章采用溶胶法制备纳米二氧化钛溶胶，并用于整理棉织物，探讨了织物抗紫外整理时整理液浓度、浴比、轧余率、添加剂种类及加入量对整理效果的影响，通过测定织物的抗紫外性能、SEM及断裂强力对织物整理效果进行表征。结果表明：利用溶胶技术，在低温条件下对纯棉织物进行功能整理是可行的，经过整理的织物具有突出的抗紫外性能。

棉织物；纳米TiO2；溶胶；抗紫外整理

近年来，由于空气污染加剧，致使大气层中的臭氧层遭到严重破坏，在局部地区甚至出现了臭氧层空洞，导致紫外线辐射大大增加［1］。有专家认为，许多疾病包括皮肤病和皮肤癌等都是过量的紫外线辐射引发的［2］。因此，对纺织品进行防紫外线整理已经到了刻不容缓的地步。纳米材料因其多方面的独特性能已在许多领域显示出巨大的应用前景。运用纳米技术，可改善织物功能，

如抗紫外线，抗老化，抗菌，高强耐磨，抗静电等［3］现在，运用纳米技术对织物进行抗紫外整理被广泛研究。其中，纳米二氧化钛的紫外吸收能力强对UVA和UVB都有屏蔽作用且可透过可见光对织物进行整理加工时，能提高织物对紫外线的反射和散射能力，并且工艺简单、消耗小，用于纺织品抗紫外吸收整理是实用高效的。本文主要研究了运用自制纳米二氧化钛对棉织物进行抗紫外整理的工艺及性能。

1 实验

1.1 实验材料及药品

漂白丝光棉织物，钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、氢氧化钠、盐酸、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温80CP、渗透剂JFC。

1.2 仪器与设备

TM-1000型台式电子显微镜；ATLAS防紫外线保护测试系统；YG065H电子织物强力机；DATACOLOR 600分光仪；KQ-100KDE型高功率数控超声波清洗器；FLUKO高剪切分散乳化机；Delsa Nano.C particle Analyzer粒度仪，BECKMAN Coulter；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；M-6连续式定型烘干机；实验室pH计，OHAUS；电子天平。

1.3 纳米 TiO2制备［4－5］

称取0.05mol钛酸丁酯、0.1mol冰醋酸、3 mol无水乙醇及0.2mol蒸馏水，实验中将无水乙醇按总体积分成两部分，先将2／3的无水乙醇与钛酸四丁酯及冰醋酸充分混合，搅拌10min后形成黄色澄清原液。将另外1／3的无水乙醇与水混合，剧烈搅拌配成滴加液，调节pH值到2.5左右，在剧烈搅拌下滴入原液中。滴加完毕后持续搅拌5h，陈化得亮黄色微蓝光透明TiO2纳米溶胶。

1.4 棉织物的抗紫外整理［6］

将所制备的纳米TiO2溶胶用水分别稀释成不同浓度的整理液，加入1g／L的渗透剂JFC，经高速剪切及超声震荡后使纳米粒子分散均匀，最后配成不同浴比的抗紫外整理液。

整理工艺：二浸二轧（轧余率80%）→预烘（80℃，1min）→焙烘（130℃，3min）→流水洗→烘干

1.5 性能测试

1.5.1 粒度测试

使用BECKMAN粒度测试仪测定整理液中粒子尺寸，评价纳米TiO2粒子的分散性能。

1.5.2 表面形貌分析

采用TM-1000型台式电子显微镜观察整理前后织物表面形貌。

1.5.3 紫外性能测试

使用ATLAS防紫外线保护测试系统，按照AATCC／183标准测试整理前后织物的紫外透过率。

1.5.4 断裂强力测试

按照GB／T3923—1977测定织物的断裂强力。

2 结果与讨论

2.1 粒径分析

图1是将纳米TiO2溶胶配成0.3mol／L的整理液，经高速剪切和超声震荡后测定的粒径尺寸曲线。可以看出整理液粒径较大，粒径分布比较窄，粒径粒子大小较为均一，平均在255nm左右，这应该是纳米粒子在溶液中团聚的结果，但总体而言还是满足纳米级要求。

图1 整理液粒径尺寸测定曲线

图2 纳米TiO2整理后棉织物的纵向形态

2.2 表面形貌分析

图2为纳米TiO2整理棉织物的纵向表面形态，从图2中可以看出，未处理棉织物的表面光洁，而经整理后，表面出现沟槽和颗粒，表明整理后棉织物上确实存在纳米TiO2粒子。

2.3 纳米TiO2浓度对整理效果的影响

取一定量已制备的纳米TiO2溶胶，分别用水稀释至0.05mol／L、0.1mol／L、0.2mol／L、0.3 mol／L、0.4mol／L、0.5mol／L，添加1g／L渗透剂JFC后经高速剪切及超声振荡后配成整理液，测定整理后织物的抗紫外性能及断裂强力。图3为不同浓度整理液与织物抗紫外性能和断裂强力之间的关系。

图3 整理液浓度对抗紫外性能的影响

由图3可以看出，整理液中纳米TiO2浓度越高，织物的抗紫外性能越好。这是由于纳米TiO2溶胶的量增大，纳米颗粒量增多，分布更加密集，在整理过程中与织物的接触增多，更多的二氧化钛溶胶附着在纤维上，从而导致整理后织物的抗紫外性能随整理液浓度的增大而增强，但是纳米TiO2浓度在4%以上时导致织物整理不均匀，表明出现明显白斑。而且随着整理液浓度的升高，织物的断裂强力明显下降，且下降幅度较大，并在一定程度上影响手感，考虑抗紫外整理效果等综合因素，选用整理液浓度为0.3mol／L。

2.4 浴比对整理效果的影响

图4所示的是反应浴比对织物抗紫外整理的影响。浴比也是影响整理效果的一个重要的因素，浴比过小，纳米粒子不能很好地分散，容易团聚，且棉织物不能很好地浸没，引起整理不匀；浴比过大，整理液浓度较小，容易降低整理效率。随着浴比的增大，抗紫外性能逐渐下降。浴比为1∶10及1∶20时，抗紫外性能较好，但整理不匀，接枝后棉织物上出现很多斑点，且此时丝织物也不能很好地浸润。浴比为1∶30时，可以得到整理均匀的产品，故选取此浴比。

2.5 轧余率对整理效果的影响

由图5可以看出，随着轧余率的升高，织物抗紫外性能逐渐提高，达到100%时趋于稳定，这是由于高的轧余率使织物带有更多的整理液，使纳米TiO2粒子与织物接触更完全，从而使纳米粒子更易吸附在织物表面，提高抗紫外性能。但是过高的轧余率会使织物整理不匀，综合多种因素，选用的最佳轧余率为80%。

2.6 表面活性剂种类对整理效果的影响

在抗紫外整理液中分别加入质量分数为2%的十二烷基苯磺酸钠（阴离子表面活性剂）、十六烷基三甲基溴化铵（阳离子表面活性剂）和吐温80（非离子表面活性剂），高速剪切后经超声震荡使纳米粒子分散完全，然后对织物进行整理，测定整理后织物的抗紫外性能。

由表1可以看出，经过表面活性剂改性后，纳米二氧化钛溶胶的整理效果都有所提高，阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的改性效果不明显，而阴离子表面活性剂的改性效果较好。这是由于十二烷基苯磺酸钠的吸附不仅增加Zeta电位来获得稳定性，还因吸附层的存在使颗粒和聚合物融为一体，起到空间位阻的作用。并且十二烷基苯磺酸钠与纳米二氧化钛表面的羟基发生反应，最终靠氧桥结合在二氧化钛粒子表面，使更多的纳米二氧化钛吸附纤维，抗紫外性能显著增强。

表1 表面活性剂种类对整理效果的影响

2.7 表面活性剂添加量对整理效果的影响

使用不同质量分数的十二烷基苯磺酸钠改性整理剂，测定整理后织物的抗紫外性能。

图6 表面活性剂添加量对整理效果的影响

由图6可以看出，随着添加表面活性剂浓度的改变，织物的抗紫外性能变化很大，并且表面活性剂的添加量为3%时有个最大值。这是因为表面活性剂的浓度过低时，有胶粒表面只有部分被覆盖，不利于表面活性剂在其表面或界面形成定向排列；但当浓度过高时，一方面会引起溶液粘度大，胶粒移动困难，另一方面表面活性剂之间发生桥联效应，从而也导致表面张力增加。所以表面活性剂的添加量存在一个最佳值。考虑抗紫外整理效果等综合因素，表面活性剂用量为3%。

3 小结

采用溶胶法制备纳米TiO2，测定其粒径，并对棉织物进行抗紫外整理，使其获得良好的抗紫外性能。通过SEM、抗紫外性能、断裂强力等评定指标确定整理的最佳工艺条件：①纳米TiO2浓度：0.3mol／L；②浴比：1：30；③轧余率：80%；④表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠，添加量：3%，（owf）；⑤渗透剂JFC：1g／L。

［1］ 薛少林，阎玉霄.防紫外线纺织品的开发与应用［J］.北京纺织，2002，21（4）：43—46.

［2］ 何叶丽译.抗紫外线辐射的纺织品［J］.印染，2002，28（12）：45—48.

［3］ 潘晓燕，马学鸣.纳米 TiO2的应用［J］.自然杂志，2001，23（1）：29—33.

［4］ 陈爱清.纳米TiO2的特性及其制备与应用［J］.黄石高等专科学校学报，2003，19（6）：68—71.

［5］ 方晓明.TiCl4液相水解制备纳米TiO2粉体的研究［D］.广州：华南理工大学博士学位论文，2002.

［6］ 向芸，杨世源，梁晓峰，等.液相合成纳米的进展［J］.硅酸盐通报，2006，25（3）：96—99.

Study on UV Resistant Finishing of Cotton Fabrics by Nano-Titanium Dioxide

LiuJunmei，DengHua，GuXin
（Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Nano-titanium dioxide was prepared by Sol-gel method，and ultraviolet resistance on cotton fabric was carried out with the TiO2sol.The effect of the concentration of finishing solution，liquor ratio，liquor retention，the types and quantity of surfactant were discussed in this experiment.The UV-resistance property，SEM and breaking strength of the fabric were determinated.The results show that functional finish on cotton fabric is feasible by means of sol technique at low temperature，The fabrics treated with the finishing agent had excellent UV resistant property.

cotton fabric；titanium dioxide；sol；ultraviolet resistant finishing

TS195.5＋91.3

A

1009-3028（2012）03-0053-04

2012-04-15

刘俊美（1988—），女，天津人，学士。