负载纳米TiO2后锦纶织物的染色性能分析*

朱 红 张 辉 杨 璐

(西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

负载纳米TiO2后锦纶织物的染色性能分析*

朱 红 张 辉 杨 璐

(西安工程大学纺织与材料学院，西安，710048)

为了探讨纳米TiO2对锦纶染色性能的影响，采用活性染料雷马素艳蓝R在相同条件下，对负载纳米TiO2和未改性锦纶织物进行染色，测试它们的上染百分率，并借助扫描电镜和热重测试手段对染色刷洗前后的试样表面形貌和热学性能进行表征，测试织物的漫反射光谱、耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日晒和光泽度等性能。结果表明，负载纳米TiO2后锦纶的上染百分率小于未改性锦纶;刷洗后，负载纳米TiO2锦纶上的TiO2颗粒部分脱落;纤维热起始分解温度有所下降;紫外线吸收能力明显增强;耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度均为5级;日晒后K/S值降幅较小;两者光泽性变化不大。

活性染料，锦纶织物，纳米TiO2，染色性能

20世纪80年代末以来，纳米技术迅速发展［1］。在纺织领域，通过添加某些超微或纳米级无机粉体，可使织物纤维获得抗菌、抗紫外、远红外、抗电磁辐射和自清洁等特殊功能［2］，为开发功能纺织品开创了一条新渠道［3］。纳米TiO2是宽带隙半导体材料，具有多种同质变体结构，主要有金红石相、锐钛矿相、板钛矿相;从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100 nm以下，并且具有抗紫外线、抗菌、自洁净、光催化活性高等功效。锦纶具有强力高、耐磨性好、手感柔软、质感轻盈、悬垂性好、透气、吸湿等特点，是一种高附加值纤维，适合做运动衣、休闲服、高性能功能性织物及高档缝纫线。杨璐等研究得出，负载纳米TiO2后的锦纶织物具有极强的屏蔽紫外线功能，而其服用性能不受影响［4］，但是对其染色性能并没有做出系统详细的分析。本文应用活性染料雷马素艳蓝R对负载纳米TiO2和未改性锦纶织物进行染色，借助扫描电镜和热重测试手段对染色刷洗前后的试样表面形貌和热学性能进行表征，测定了织物的漫反射光谱、耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日晒和光泽性等性能。

1 试验

1.1 试验材料

织物:负载纳米TiO2锦纶织物(在实验室以钛酸丁酯为前驱体和锦纶织物水热法制备)，经纬纱线的线密度均为 6.8 tex，经纬纱密度为434根/(10 cm)×314根/(10 cm);未改性锦纶织物，经纬纱线的线密度均为8 tex，经纬纱密度为420根/(10 cm)×300根/(10 cm)。

试剂:活性染料雷马素艳蓝R［德司达(上海)贸易有限公司］;无水乙醇(CH3CH2OH，AR.);醋酸(CH3COOH，AR.);氨水(NH3·H2O，AR.);碳酸钠(Na2CO3，AR.);皂片;去离子水。

1.2 试验过程

称取未染色锦纶织物0.7 g，尺寸约为10 cm×10 cm，用无水乙醇和去离子水漂洗干净，80℃烘干备用。

对锦纶织物进行染色。雷马素活性艳蓝R染料用量为1%(质量分数)，浴比1∶50，用醋酸调节染液pH值为4～5。染浴配置完毕后，将染浴升温至50℃，将已在温水中润湿的锦纶织物挤干后投入染浴中开始染色。染浴以1～2℃/min的速度升温至100℃，保温处理1 h;然后加入氨水固色，pH值控制在 8～9，染浴降温至 85℃，处理15～20 min;染色完毕自然冷却后，取出织物，皂煮(工艺为:浴比 1∶30，皂片 2 g/L，碳酸钠 2 g/L，95℃处理10 min);最后水洗，80℃烘干。染色后的织物留作测试用。

1.3 表征方法

锦纶织物染色刷洗前后的表面形貌和纳米TiO2粒径大小用JSM-6700F型扫描电子显微镜观察。染色前后的锦纶织物纤维热性能用 TGA/SDTA851e型热重分析仪测定，从而得到纤维的热重曲线，氮气保护，流速10 mL/min，升温速度10℃/min，升温范围40～600℃。

1.4 性能测试

采用721型分光光度计和配套的玻璃比色皿测试负载纳米TiO2后锦纶织物和未改性锦纶织物染色的残液浓度(波长590 nm)，计算染料的上染百分率。

采用带有积分球(直径150 mm)的U-3010型紫外—可见分光光度仪测定锦纶织物染色前后的漫反射光谱曲线，测量范围200～800 nm，扫描速度120 nm/min。

采用YG571C型色牢度仪测定织物染色后的耐摩擦和耐刷洗色牢度，根据耐摩擦色牢度标准GB/T 3920—2008和耐刷洗色牢度标准 GB/T 420—2009，评定沾色和褪色牢度等级。采用YG611型日晒气候色牢度测试仪对染色织物进行耐人造光(氙弧灯)辐照，根据标准ISO 105-B04—1994测定染色织物的耐日晒色牢度。采用Datacolor SF-300型思维士电脑测色配色仪测定染色织物在594 nm处的K/S值，K/S值越大，表示织物颜色越深。采用YG841型织物光泽仪(A类光源)，依据GB/T 8686—1988测定织物的光泽度，根据式(1)计算光泽度GC:

式中:GD——漫反射光强度(%);

GS——正反射光强度(%)。

2 结果与讨论

2.1 微观形貌

图1表示未改性锦纶织物染色后和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色刷洗前后的扫描电镜照片。从图1可以看出，未改性锦纶织物染色后，其纤维表面十分洁净［图1(a)］;负载纳米TiO2后的锦纶织物染色刷洗前纤维表面包覆了一层蜡状薄膜，同时还黏附有一些细小的白色颗粒［图1(b)］，但比染色前已相对减少，说明在染色过程中纳米TiO2从纤维表面脱落，掉入染液中;负载纳米TiO2后的锦纶织物染色刷洗后其纤维表面比较光滑，同时纳米TiO2变得相对很少［图1(c)］，说明纳米TiO2已被刷掉。从高倍电镜照片［图1(d)］可见，该薄膜是由纳米级的晶粒紧密堆积形成的，大小分布均匀，平均粒径小于20 nm。

图1 锦纶织物的SEM照片

2.2 热性能分析

图2 表示未改性锦纶织物和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的TG曲线。由图2可见，未改性锦纶织物染色后，其热起始分解温度为395.46℃，热终止分解温度为431.34℃，质量损失率为92.87%;负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后，其热起始分解温度为337.62℃，热终止分解温度为369.94℃，质量损失率变为71.89%，都有一定程度的降低。说明锦纶表面包覆的TiO2纳米颗粒会使纤维的热性能发生变化，而质量损失率降低的幅度取决于纤维表面负载纳米TiO2颗粒的多少。

图2 两种锦纶织物染色后的TG曲线

2.3 上染百分率

表1为未改性锦纶织物和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的上染百分率和K/S值。可以看出，与未改性锦纶织物相比，负载纳米TiO2后的锦纶织物的上染百分率降低，K/S值减小。这是由于负载纳米TiO2后的锦纶织物上有一层纳米TiO2薄膜，染料大分子无法上染纳米TiO2颗粒，但能穿透TiO2包覆层上染锦纶，因此对染色性能稍有改变。值得一提的是，负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的残液明显浑浊，如果此时测吸光度一定会影响上染百分率的测定，因此，必须等残液澄清后，取上层清液进行测试。

表1 两种锦纶织物的上染百分率和K/S值

2.4 漫反射分析

图3表示未改性锦纶织物和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的紫外—可见光漫反射光谱曲线。可以发现，锦纶织物染色后有三个特别明显的特征吸收峰，分别在波长230、320和580～610 nm处。负载纳米TiO2后的锦纶织物对紫外线吸收能力明显增强，UVB波段(280～315 nm)平均吸收率在90%以上，UVA波段(315～400 nm)平均吸收率也在80%左右。这是因为TiO2作为宽带隙半导体材料，当其处于基态时，电子分布在价带的电子轨道上，受到紫外线照射时，价带的电子被激发到能量较高的导带，从而实现对紫外线的吸收(O2p→Ti3d轨道电荷迁移跃迁)［5］。在 580～610 nm 处，可见光平均吸收率在85%以上，这是因为染料化学结构中存在较大共轭体系，所以能吸收特定波长的可见光［6］。

图3 两种锦纶织物染色后的漫反射曲线

2.5 耐刷洗色牢度分析

表2给出了未改性锦纶织物和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后刷洗前后的K/S值比较。可以发现，未改性锦纶织物染色刷洗前后的K/S值变化不明显，略有降低;而负载纳米TiO2后的锦纶织物刷洗后，K/S值明显增大，且染色不匀现象消失，说明织物刷洗之后纤维表面黏附的纳米颗粒明显减少，部分TiO2颗粒发生脱落，包覆层变薄，纤维基体得以暴露，因此颜色变深。根据GB/T 420—2009评定褪色牢度等级，测定未改性锦纶织物染色耐刷洗色牢度等级为5级;负载纳米TiO2后的锦纶织物染色刷洗色牢度也为5级，两者的耐刷洗色牢度都较好。

表2 两种锦纶织物染色后刷洗前后的K/S值比较

2.6 耐摩擦色牢度分析

根据GB/T 3920—2008评定沾色牢度等级，测定未改性锦纶织物染色干、湿耐摩擦色牢度等级为5级;负载纳米TiO2后的锦纶织物染色干、湿耐摩擦色牢度也为5级。可见，两者的耐摩擦色牢度都较好。

2.7 耐日晒色牢度分析

图4表示日晒时间对染色织物K/S值的影响。可以看出，刷洗后的锦纶织物经过日晒，K/S值都在降低，但是未改性锦纶织物与包覆TiO2纳米颗粒的锦纶织物相比较，后者的降幅要小得多。日晒150 h后，未改性锦纶织物的K/S值由3.66降至2.56，降幅为30%;负载纳米 TiO2后的锦纶织物由于有纳米TiO2包覆层，其K/S值由3.65降为 3.21，仅下降 12%。

图4 日晒时间对染色锦纶织物K/S值的影响

2.8 光泽度分析

表3为未改性锦纶织物和负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的光泽度测试结果。可以看出，负载纳米TiO2后的锦纶织物染色后的光泽度稍差些，但影响不是太大。

表3 两种锦纶织物染色后的光泽度分析

3 结语

(1)由扫描电镜照片看出，负载纳米TiO2后的锦纶织物染色刷洗后，其纤维表面的TiO2纳米颗粒脱落非常明显;包覆纳米TiO2的锦纶织物的热起始分解温度和热终止分解温度较未改性锦纶织物有所降低，质量损失率有所减小。

(2)负载纳米TiO2后的锦纶织物比未改性锦纶织物的上染百分率稍低，吸收紫外线能力增强，且染色后的织物对可见光的吸收能力有所提高。

(3)两者的耐刷洗色牢度均为5级，耐摩擦色牢度也均为5级，说明纳米TiO2对这两项性能没有太大影响。对于耐日晒分析，负载纳米TiO2后的锦纶织物的K/S值降幅较小;纳米TiO2晶体对染色锦纶织物的光泽度无太大影响。

［1］白春礼.纳米科技:现在与未来［M］.成都:四川教育出版社，2001:16-17.

［2］LAPERRE J，钱和生，黎明.纺织品生产中的纳米技术［J］.新纺织，2003(4):5-11.

［3］陈韶娟，崔建国，刘伟.纳米抗菌锦纶的染色性能［J］.青岛大学学报:工程技术版，2004，19(1):22-24.

［4］杨璐，张辉.水热法制备纳米 TiO2改性锦纶织物［J］.纺织学报，2011，32(11):83-89.

［5］高濂，郑珊.纳米氧化钛光催化材料及应用［M］.北京:化学工业出版社，2002:23-34.

［6］谢雪琴，陈如.现代分析测试技术在印染行业的应用(一):紫外+可见吸收光谱分析技术［J］.印染，2007(3):42-43.

Dyeing properties of polyamide fabric loaded with TiO2nanoparticles

Zhu Hong，Zhang Hui，Yang Lu
(College of Textile and Material，Xi’an Polytechnic University)

The influence of TiO2nanoparticles on dyeing behavior of polyamide fabric was studied.In the same condition，polyamide fabric loaded with TiO2nanoparticles and normal polyamide fabric were dyed with reactive dyes with Remazol Brillant Blue R and dyeing percentage of them were tested.Scanning electron microscope(SEM)and thermal gravimetric(TG)analyses were used to characterize the morphology and thermal stability of TiO2coated fabric.The properties of reflectance spectrum，scrub resistance color fastness，rubbing resistance color fastness，insolation resistance and glossiness for polyamide fabric were also measured.It was observed that the dyeing percentage of polyamide fabric after loaded with TiO2nanoparticles was lower than normal polyamide fabric’s.Nano-TiO2on polyamide fabric was fallen off after scrubing.Compared with the original polyamide，the onset decomposition temperature of TiO2-coated fabric decreased，and the capability of against ultraviolet radiation was improved.The color fastnesses to scrubing and rubbing were all 5 levels.The color yield(K/S value)decreased slightly after insolated，but then increased after being washed with water.Glossiness for polyamide fabric did not change.

reactive dye，polyamide fabric，TiO2nanoparticle，dyeing property

TS193.8

A

1004－7093(2012)06－0014－04

*西安工程大学研究生创新基金项目(chx110906)

2011－06－29

朱红，女，1985年生，在读硕士研究生。主要从事功能性纺织材料的研究与开发。