负载率与改性TiO2复合物紫外屏蔽性能的关系研究

高景峰　巨昊

摘 要：本文采用水热合成法，以伊利石作为载体制备锐钛矿型TiO2/伊利石复合物，通过吸收度、透过率和涂层纺织物光老化后抗拉强度分析，着重探讨TiO2负载率与复合物紫外屏蔽性能的关系。

关键词：负载率;复合物;紫外屏蔽

TiO2是一种优良的紫外线屏蔽材料。但其易团聚、成膜性差等缺陷又限制了其应用。为弥补此缺陷，通常的做法是对TiO2进行改性处理，以获得既有紫外屏蔽功能又能均匀附着的屏蔽剂。本文采用水热合成法，以伊利石作为载体制备锐钛矿型TiO2/伊利石复合物，着重探讨TiO2负载率与复合物紫外屏蔽性能的关系，为研制新型紫外屏蔽材料提供一定的参考。

一、复合物的制备

取适量提纯伊利石粉体倒入蒸馏水中制成浓度为2g/100ml的浆液，用磁力搅拌器充分搅匀后再超声处理1h。将适量025mol/l的Ti（SO4）2溶液加入到上述浆液中，制成TiO2含量占复合物总质量为30%的混合液。搅拌均匀后用氨水将混合液的pH值调整到5。待混合液充分反应后将其倒入反应釜中密封进行反应，反应温度为160℃，反应时间为8h。反应结束后，对样品进行离心过滤和恒温干燥，最终所得产物即为TiO2负载率30%的改性TiO2/伊利石复合物试样。用上述相同的流程制备TiO2负载率分别为10%、30%、50%、60%的复合物试样。

二、纺织品的预处理

为消除其他因素对涂层纺织品样品的力学性能和抗紫外性能的影响，本实验特选纯棉平纹针织布并进行预处理。首先将所选平纹布浸入到含有洗洁精的清水中，充分搅拌后浸泡4h，以清除有机残留物。自然晾干后，沿径向把平纹布裁成150×30mm的布条。将布条再浸入无水乙醇中用超声洗涤5min，完全去除纺织物中的杂质和残留物。再次捞出，晾干备用。

三、涂层纺织物光老化处理

用蒸馏水将5g负载率为50%的复合物粉末试样配制成20g/l的悬浊液，加入0.1g羟丙基甲基纤维素活性剂，磁力搅拌6h，即为抗紫外整理液。将预先处理好的平纹布条浸入整理液，超声浸渍5min后捞出晾干，作为涂层纺织品样本。用两支功率为28W，波长为185nm，型号为10-15100的紫外灯作为光源制成紫外线老化灯箱。将无涂层布条和涂层样本布条置于紫外线老化灯箱中，保持样本在紫外光源正下方20cm处，在空气中辐照模拟光老化处理过程。

四、结果与分析

（一）改性复合物样品吸收光谱分析

采用液相测试法。分别将相应试样用蒸馏水分散成001wt%的分散液，超声分散后提取适量试样液体置于T6型紫外可见分光光度计上，在200-800nm波长范围内扫描。不同试样的紫外-可见吸收光谱如图1所示。

由图1看出，在紫外区域，不同负载率的样品紫外线的吸收能力不同，并有吸收能力随TiO2负载率增加而提高的特征，当负载率超过50%后，吸收能力基本不再提升，应为载体伊利石承载TiO2的能力达到极限。因此，就紫外线的吸收能力而言，50%为伊利石负载TiO2的最佳比例。

（二）改性复合物样品透过率曲线分析

将试样用蒸馏水配置成0.1wt%的分散液，充分超声分散后，提取少許分散液滴到石英玻璃载片上，晾干后置于TU-1901型双光束紫外可见分光光度计上，以空白石英玻片为衬底，同样在200～800nm波长范围内测试各试样的透过率。所得曲线如图2所示。

透过率曲线显示随着TiO2负载率的增加，试样的紫外透过率在降低。当负载率为50%时，紫外线透过率最低，几乎可屏蔽掉100%的短波紫外线，98%的中波紫外线和超过50%的长波紫外线。从该实验曲线还可看出50%负载率的样品对可见光确有着理想的透明性，即该试样是一种理想的透明紫外线屏蔽材料。

（三）纺织物的拉伸性能分析

用型号为CSS-1102C的电子万能试验机对不同辐照时间的试样进行抗拉强度测试，每个试样测5次，结果取其平均值。所得试样的拉伸性能曲线如图3所示。

结果显示，未涂层样品在紫外光辐照下力学性能迅速下降，经8h持续辐照后，断裂强力保留率仅剩下38%，说明棉织物纤维在紫外光长时间照下会快速老化断裂。而涂层试样在相同的辐照下断裂强力保留率还可达到65%，力学性能明显优于未涂层样品。说明负载率为50%的复合物具有良好的紫外屏蔽性能。

五、结论

以伊利石作为载体，水热合成法制备的TiO2/伊利石复合物的紫外屏蔽性能随TiO2负载率的增加而提高，当负载率为50%时，达到极值，可屏蔽掉100%的短波紫外线，98%的中波紫外线和超过50%的长波紫外线。

参考文献：

[1]刘杰，吴凤芹，姚超，等.TiO2/ZnO/凹土复合材料的制备表征及紫外线屏蔽性能的研究[J].化工新型材料，2016（4）：119-121.

[2]刘桂阳，张增强.纺织品防紫外整理的开发现状[J].浙江纺织服装职业技术学院学报，2006，5（1）：29-33.