光触媒除臭混纺面料的设计与性能测试

王利娅

(江西服装学院，江西 南昌 330201)

技术的不断进步，促进了新型功能纤维的不断问世，使得功能性纺织品的设计与开发再上新台阶。当今社会功能性纺织品研究的热点集中应用在防紫外线、抗静电、阻燃等服用纺织品，反应了人们对健康、环保、安全的要求[1-3]。技术的成熟也促使这些产品逐渐进入寻常百姓家，从而也在功能性方面提出了更高的要求。定位[4]、健康检测[5-6]、除臭[7]等功能纺织品的研究方向也被提上议程，并取得了一些研究成果。光触媒涤纶纤维是近年来利用纳米技术将氧化物改性纺制的新型具有除臭、抗菌、自清洁等功能的新型纤维材料，具有较为广阔的市场应用前景。本文利用蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与其他服用纤维进行纺织面料设计，利用面料的除臭纤维性能与服用性能表征纺织品开发设计的可行性，为新型功能性纺织面料的开发提供参考。

1 实验部分

1.1 试验材料

蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维(浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司)、棉纤维(市购)；氢氧化钠(国药集团化学试剂有限公司)、氨水(国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 试验仪器

JC-5型八合一室内空气检测仪(徐州锦程环保设备有限公司)、INSTRON5590万能材料试验机(美国INSTRON公司)、D65标准光源箱(昆山托普泰克电子有限公司)、H16563精密电子天平(北京恒奥德仪器仪表有限公司)。

1.3 面料设计

纺制纱线线密度为18.2 tex的双股Z捻纱线，捻度为110捻/(10 cm)，其中光触媒涤纶纤维含量分别为0、20%、40%、60%、80%、100%。利用上述纺制的纱线织造平纹、1/2斜纹与缎纹织物。

1.4 性能测试

1.4.1 力学性能测试

纤维力学性能测试：参照GB/T 14337—2008 《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》，利用INSTRON5590万能材料试验机对蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维进行断裂强力与断裂伸长率测试。仪器测试参数：拉伸方式为等速伸长拉伸，夹持长度为20 cm，拉伸速度为20 mm/min。测试30组试样，剔除异常数据后取平均值。试验准备：将纤维在105 ℃烘箱中干燥后，在20 ℃相对湿度65%的环境中调湿24 h待用；下述纱线与织物在力学试样准备时采取相同方式进行调湿准备。

纱线力学性能测试：参照GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》，利用INSTRON5590万能材料试验机纱线进行断裂强力与断裂伸长率测试。参数：拉伸方式为等速伸长拉伸，夹持长度为200 cm，拉伸速度为20 mm/min。测试30组试样，剔除异常数据后取平均值。

织物力学性能测试：参照GB/T 3923.1—1997 《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长的测定 条样法》，沿测试织物经纱方向准备长度150 cm宽度50 cm的试样待用；利用INSTRON5590万能材料试验机对织物进行断裂强力与断裂伸长率测试。参数：拉伸方式为等速伸长拉伸，夹持长度为100 cm，拉伸速度为20 mm/min。测试30组试样，剔除异常数据后取平均值。

1.4.2 除臭性能测试

测试面料的除臭性能方法[4-5]具体如下：量取10 mL氨水并将其稀释1 000倍后倒入表面皿中；称取2 g氢氧化钠投入到装有氨水的表面皿，并迅速将表面皿置于密闭玻璃容器中，令其挥发1 h模拟臭气。利用JC-5型八合一室内空气检测仪测试挥发1 h后玻璃容器中的氨气的浓度；并将此时浓度记录为C。将面料均裁剪成长宽都为15 cm的面料依次分别投入到密闭玻璃容器中，使用标准光源箱模拟日光(色温为6 500 K，功率为18 W)对密闭玻璃容器进行模拟日照处理，处理时长分别为12、24、36 h。在每个时间点测试密闭玻璃容器中氨气的浓度，并将日照处理后密闭玻璃容器内氨气浓度记录为C′。利用如下公式计算氨气的降解率，用以表征面料的除臭率。

式中：W为日照处理前后密闭玻璃容器内氨气的降解率，%；C为面料未投入密闭玻璃容器前玻璃容器内氨气浓度，mg/m3；C′为日照处理后密闭玻璃容器内氨气浓度，mg/m3。

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺纱线及混纺织物力学性能测试结果见表1。蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维的断裂强度分别为2.05、2.82 cN/dtex，断裂伸长率分别为15.13%、12.54%。从纤维力学性能测试结果分析可知，棉纤维的力学性能略优于蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维。表1中的纱线力学性能测试结果，表明随着蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量增加，混纺纱线的断裂强力下降，断裂伸长率增加，造成这种结果的原因有3点：①蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维自身的力学性能劣于棉纤维的力学性能；②蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维在纺纱过程中易产生静电使得纤维缠绕，从而使得纱线产生粗节、细节而造成纱线条干不匀，致使纱线力学性能下降。③蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维内混有纳米级二氧化钛，在光辐照下会产生氧化性极强的自由基，使得自身纤维结构与混纺的棉纤维都会受到强氧化作用而降低纤维的力学性能，从而导致纱线、织物力学性能下降[8]。由表1中的织物力学性能测试结果可以看出，随着蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量增加，织物的断裂强力下降，断裂伸长率增加，这与上述混纺纱线力学性能下降原因相同。不同织物组织结构的力学性能优劣为：平纹>斜纹>缎纹，这是由于平纹、斜纹、缎纹3种织物组织点依次减少，浮长线依次增长，使得纱线间的交织阻力降低，织物力学性能下降。纵观上述织物力学性能测试结果可知，排除织物服用舒适性外，任何比例的蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺织物的力学性能均能满足织物的服用性能。

表1 蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺纱线及混纺织物力学性能测试结果

2.2 混纺织物除臭性能分析

蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺织物的除臭率测试结果见表2。光触媒的制备材料众多，诸如氧化锌、二氧化钛、二氧化锡等，其中氧化锌、二氧化钛氧化还原能力最强，性能最为稳定，且对环境友好无害。上述氧化物做到纳米级时，其空穴具有极强的氧化还原能力，其羟基与空穴的氧化能合在一起大于501.6 kJ/mol，几乎达到了破坏一切有机物分子化学键的能量，这也是其除臭抗菌，净化空气的机制[9]。本文实验中所选取的蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维中的光触媒材料为纳米二氧化钛，纤维中的纳米二氧化钛在受到日光辐照时，电子能级跃迁致使空气中的水分子变成氧化性极强的—OH，结合自身产生的空穴从而对空气进行除臭、净化的目的[10]。

从表2可以看出,随着织物中蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维的增加，混纺织物的除臭率逐渐提高，当蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量超过80%后，织物的除臭性能趋于平缓；织物在相同的蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量与日照处理时间下，不同组织的织物除臭率依次为：平纹<斜纹<缎纹，这是由于平纹、斜纹、缎纹3种织物组织点依次减少，浮长线依次增长，纱线与模拟臭气接触面的表面积依次增加，提高了织物的除臭率；织物在相同的蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量条件下，随着日照处理时间的增加，织物的除臭率不断提高，这是日照处理时间的增加使得织物内蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与臭气得到充分接触、作用；当日照处理时间为36 h时，平纹、斜纹、缎纹3种织物的除臭率大致相同，说明在日照处理时间为36 h时，织物的除臭率只与织物中蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维有关。蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维除臭的时间峰值也在36 h左右。

表2 蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺织物的除臭率测试结果 %

3 结束语

通过利用蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维进行混纺，制备不同含量的蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维纱线与织物，并测试其力学性能与除臭性能。测试表明随着织物中蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维、日光辐照时间与织物浮长线的增加，混纺织物的除臭率逐渐提高，当蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维含量超过80%，时间超过36 h，织物的除臭性能趋于平缓；日光辐照时间超过36 h，浮长线对织物的除臭率影响减小，且混纺织物的力学性能能够很好满足服装的服用性能。蜂窝状微孔结构光触媒涤纶纤维与棉纤维混纺除臭织物的开发具有广阔的市场和应用价值。