棉织物纳米银掺杂TiO 2溶胶防紫外线整理研究

杨银芝 周佳艳 范芳维 邓中民 曹新旺

（武汉纺织大学，湖北武汉，430200）

太阳光中过量的紫外线照射人体皮肤时，可能导致人体皮肤老化，严重时甚至会引起皮肤疾病。夏季穿着防晒服会让人有不透气、闷热等不舒适的感觉，而棉织物具有良好的吸湿性和透气性［1］，穿着柔软舒适无刺激，对棉纺织品进行整理使其用于夏季服装十分重要，但棉织物一般不具备防紫外线的能力，故对棉织物进行防紫外线功能整理意义深远［2-4］。纳米TiO2的比表面积大，具有吸附能力强和光催化效果好等优势，且能够很好地反射或者屏蔽紫外线中的UVA和UVB，常用来对棉织物进行防紫外线整理。

近年来，研究人员将TiO2、ZnO等颗粒应用于后整理工艺，制备出具有防紫外线功能的织物［5-6］。李瑞雪等采用原位生成纳米TiO2的方法对棉纤维进行整理，使织物的紫外线防护系数UPF达到39.4［7］。余坤明等通过改 良“溶胶-凝胶法”制备了纳米ZnO水醇混合液，再利用低温浸渍法获得氧化石墨烯/ZnO整理的功能棉织物，经过整理，织物防紫外线性能大幅提高［8］。本文采用溶胶-凝胶法制备纳米Ag/TiO2溶胶，将其用于棉织物的防紫外线整理，通过二浸二轧方法将其整理到织物表面，并对棉织物整理前后的紫外线防护系数、耐水洗性、透气性等性能进行测试。

1 试验原料与设备

原料：纯棉平纹机织物（自制），经纬纱号数18.5 tex，经密270根/10 cm，纬密260根/10 cm，单位面积质量120 g/m2，钛酸丁酯（CP化学纯，国药集团化学试剂有限公司），乙醇、冰醋酸、罗丹明B（AR分析纯，国药集团化学试剂有限公司），银纳米线（南京先丰纳米材料科技有限公司）。

仪器：YG902C型防紫外线透过及防晒保护测试仪（南通宏大实验仪器有限公司），YG461EIII型全自动透气量仪（宁波纺织仪器厂），VERTEX 70型红外光谱仪（德国布鲁克公司），TESCAN VEGA 3型扫描电镜（捷克泰思肯公司），752型紫外可见分光光度计（上海光学仪器一厂）。

2 试验过程

2.1 纳米Ag/TiO 2溶胶的制备

将100 mL无水乙醇和12 mL冰醋酸均匀混合在烧杯中，再加入一定量的盐酸调节溶液的pH值为2～3，然后用量筒量取10 mL钛酸丁酯，缓慢将其滴加到混合液中形成溶液A。量取35 mL去离子水和35 mL无水乙醇于烧杯中，再用胶头滴管量取0.5 mL纳米银线加入混合溶液中搅拌均匀形成溶液B，将溶液B缓慢滴加到溶液A中。滴加完毕后将其放入40℃的水浴锅内继续搅拌1 h～2 h得到纳米Ag/TiO2溶胶。

2.2 织物整理

将棉织物放入烧杯中，加入两滴去离子型洗涤剂，再加水稀释调整至p H值为7，放入水浴锅中并于40℃恒温水浴加热10 min。取出棉织物用去离子水反复洗涤2次～3次，放入恒温烘箱于80℃下烘焙30 min，烘干后密封24 h备用。倒入适量纳米Ag/TiO2溶胶于烧杯中，将棉织物放入浸渍10 min，二浸二轧后放入干燥箱中烘干，得到经溶胶-凝胶法整理的棉织物。

2.3 织物性能测试

防紫外线测试：根据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》，采用YG902C型防紫外线透过及防晒保护测试仪，测定整理后棉织物的防紫外线性能。

耐水洗牢度测试：根据GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》，采用YG902C型防紫外线透过及防晒保护测试仪，测量整理后棉织物UPF值来评价其防紫外线耐久性。

透气性测试：采用YG461E-III型全自动透气量仪，测得整理后棉织物的透气率。

2.4 织物的性能表征

化学结构：采用溴化钾压片法，用VERTEX 70型红外光谱分析仪（德国布鲁克公司）对纳米Ag/TiO2溶胶整理前后的棉织物进行测试，分析其化学结构的变化。

表面形貌：用TESCAN VEGA 3型扫描电镜（捷克泰思肯公司）对纳米Ag/TiO2溶胶整理前后棉织物的表面形态进行观察。

光催化性能：采用模拟光照下罗丹明B溶液的光催化降解对纳米Ag/TiO2溶胶整理前后棉织物的光催化活性进行评价。

3 结果与讨论

3.1 防紫外线性能

纳米Ag/TiO2溶胶整理前后棉织物防紫外线性能测试数据如下。

根据GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》，当棉织物的UPF值大于40且UVA透过率小于5%时可归类为防紫外线产品。由以上数据可知，与未经整理的棉织物相比，整理后棉织物的UPF大于40且TUVA<5%，得出经纳米Ag/TiO2溶胶整理后的棉织物为防紫外线功能织物。

3.2 耐水洗牢度

防紫外线棉织物在多次水洗之后依旧能够保持良好的防紫外线性能才是成功的防紫外线棉织物。棉织物整理前后以及整理后水洗10次后的防紫外线性能变化如下。

由以上数据可知，经Ag/TiO2溶胶处理的棉织物经过10次水洗后，其UPF值降低到40以下，说明表面固着的部分TiO2颗粒与织物结合不够紧密，水洗时容易脱落，但脱落部分所占比例较小，使得水洗后织物的UPF值保持在30以上，且UVA透过率小于5%，防护等级为“很好”。这说明经处理后棉织物的耐水洗牢度较好。

3.3 透气性

经测试，纳米Ag/TiO2溶胶整理前后的棉织物透气率分别为1 231.3 mm/s、988.0 mm/s。由以上数据可知，经纳米Ag/TiO2溶胶整理后的棉织物透气性降低约20%。棉织物透气性降低的主要原因是棉织物经二浸二轧后，纳米Ag/TiO2溶胶在外力作用下渗透到棉织物纤维内部，使得纤维与纤维之间的间隙进一步减小从而增加了棉织物的紧度，同时过多的纳米Ag/TiO2溶胶在轧辊的作用下也会在棉织物表面形成一层纳米Ag/TiO2薄膜，因而经纳米Ag/TiO2溶胶整理后棉织物的透气性有所降低。

3.4 化学结构分析

图1为经纳米Ag/TiO2溶胶整理前后棉织物的红外光谱图。

图1 整理前后棉织物的红外光谱图

从图1中看出，在3 500 cm-1～3 000 cm-1之间出现了很强烈且宽的吸收峰，这是由于纤维素的基本结构单元是葡萄糖，因此其中含有大量的—OH，还有表面吸附水的—OH有伸缩振动，图1中1 629 cm-1处的强吸收峰归因于—OH的弯曲振动，而较强的峰2 927 cm-1和1 425 cm-1则分别归因于纤维素中C—H的拉伸振动和弯曲振动。经纳米Ag/TiO2溶胶处理的棉织物在646 cm-1处的吸收峰相对增强，这对应着—Ti—O—键的拉伸振动。这说明在纳米Ag/TiO2溶胶整理棉织物的过程中，棉纤维与其发生了化学反应。因此，从检测到的新官能团也可以看出纳米TiO2不仅仅是简单地附着在棉织物表面，还产生了化学吸附，这也进一步增强了纳米Ag/TiO2与棉织物之间的结合力。

3.5 织物表面形貌分析

图2为棉织物经纳米Ag/TiO2溶胶整理前后表面形态图。

图2 整理前后棉织物表面形态

从图2中看出，未经整理的棉织物表面毛刺较多且有较大的凹陷，经过纳米Ag/TiO2溶胶整理后的棉织物，其表面覆盖上了一层分布均匀的薄膜，这是溶胶干燥后留在表面的纳米Ag/TiO2颗粒。这层干的薄膜不仅减少了纤维表面的毛刺，还使得纤维之间结合得更加紧密，从而使棉织物手感变得较为脆硬。

3.6 光催化性能分析

对整理前后的棉织物光照3 h后光催化中浓度与吸光度、降解率的对比如下。

由以上数据可知，经3 h光照后，未处理的棉织物降解率较低，其光催化效果极差，即棉织物对罗丹明B的吸附性很差；用TiO2处理的棉织物降解率达到了70.4%，光催化效果明显，这是因为TiO2有优良的光化学特性，在紫外光的刺激下，其能够激发水中的氧，从而产生羟基自由基，而且其有很好的氧化性，因此可以净化一些有机物和污染物；用纳米Ag/TiO2溶胶整理的棉织物，其吸光度下降更快，降解率高达88.4%，与纯TiO2溶胶相比纳米银粒子沉淀在TiO2溶胶上可以有效扩展光催化反应光源的波长区间。同时，由于纳米银对表面电子的吸引作用，有效抑制了光电子空穴对的复合，从而提高了TiO2溶胶光催化的效率。

4 结论

（1）本文将纳米Ag/TiO2溶胶用于棉织物的防紫外线整理，通过二浸二轧方法将其整理到棉织物表面。整理后棉织物的UPF值达到40以上，具有较好的防紫外线效果，同时还具有一定的耐水洗性，多次水洗后对紫外线的防护效果仍较好。

（2）通过分析整理前后棉织物对罗丹明B溶液的光催化降解性能，经纳米Ag/TiO2溶胶整理后的棉织物对罗丹明B的吸附降解效率达80%以上，具有优良的光催化降解性能。