纳米二氧化钛对粘胶织物的整理工艺研究

张 宁，KESINEE Srisongmuang，EAKACHAT Joneurairatana

(1.泰国艺术大学， 泰国 曼谷 10100； 2.江西服装学院，江西 南昌 330201)

环保已经成为经济发展与生活质量重要参考指标。对纺织行业而言，环保大致可分为两方面，一是生产过程中的降耗、减排，二是纺织品的回收与降解[1-2]。本文尝试使用绿色可降解的壳聚糖与明胶制成整理剂对粘胶织物进行功能整理，同时在整理剂中引入纳米二氧化钛，不仅提高了整理剂对织物的吸附性能，还可利用二氧化钛的抗紫外线性能与抗菌性能，提高织物的功能性[3-4]。纳米二氧化钛目前是织物整理中较为常见的整理剂，其除上述的抗紫外线性能与抗菌性能外，还具有自清洁性能[5-6]，可见光条件下降解甲醛[7]，对棉织物整理还具有一定的抗皱作用[8]。粘胶织物是人们开发利用较早的纤维素纤维，其低廉的生产成本，较短的生产周期，较好的服用性能深受消费者的喜爱，被广泛应用在服用面料与家纺产品[9-10]。本文选择粘胶织物作为研究对象，利用壳聚糖、明胶与纳米二氧化钛对粘胶织物进行复合整理，提高了织物的功能性，以期为开发成本低廉、功能齐全、绿色环保的多功能服装提供借鉴。

1 试验部分

1.1 材料与药品

粘胶织物(纱线线密度18.4 tex，织物经密450根/(10 cm)，纬密320根/(10 cm))；营养培养基(杭州微生物试剂有限公司)；分散剂(杭州聚涛生物科技有限公司)；纳米二氧化钛(成都嘉叶生物科技有限公司)；卢戈氏碘液(河南新乡卫生用品有限公司)；金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠埃希菌(ATCC25922)(广电环凯微生物科技有限公司)；壳聚糖、明胶、乙酸、戊二醛(国药集团化学试剂有限公司)；洗涤液(市售)。

1.2 仪器与设备

ZX10003型分析天平(北京中西远大科技有限公司)、M5800-C型台式超声波清洗器(江苏泽源生物科技有限公司)、NM-75E型实验用小轧车、RH basic艾卡磁力搅拌器(艾卡(广州)仪器设备有限公司)、A231498型实验室用烘箱(上海艾测科技有限公司)、双85恒温恒湿试验箱(东莞市正航仪器设备有限公司)、UV-2000F型纺织品抗紫外线测试仪(美国蓝菲光学公司)、INSTRON5590型万能材料试验机(英斯特朗(上海)试验设备贸易有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 粘胶织物整理工艺

称取壳聚糖3 g溶于100 mL体积分数为1%的乙酸去离子水中，制成质量分数为3%的壳聚糖乙酸溶液；另称取明胶6 g，溶解于100 mL 60 ℃的去离子水中，制成明胶溶液；量取2 g戊二醛(质量分数为50%)置于容量瓶备用。将壳聚糖乙酸溶液与明胶溶液按照体积比1∶1进行混合后，加入一定量的纳米二氧化钛在搅拌器中高速搅拌均匀后，加入分散剂、渗透剂，补入去离子水继续搅拌均匀，配置成壳聚糖、明胶、纳米二氧化钛整理剂。

壳聚糖、明胶、纳米二氧化钛整理剂对粘胶织物的功能整理采用二浸二轧整理，其中一浸一轧后利用戊二醛喷洒处理：轧余率高于90%，预烘温度为80 ℃，预烘3 min，焙烘温度120 ℃，焙烘5 min；干燥后清洗数次，再次干燥至恒质量。

调整整理剂中二氧化钛含量，确定二氧化钛最佳整理方案。

1.3.2 粘胶织物质量增加率

测试不同二氧化钛质量浓度条件下，粘胶织物整理后的质量增加率，烘干条件为(105±1) ℃，计算公式见式(1)。

织物质量增加率=

(1)

1.3.3 力学性能测试

将整理前后的粘胶织物在标准环境中调湿24 h后，裁剪成长250 mm(经纱方向)，宽50 mm(纬纱方向)；利用万能材料试验机对布样进行断裂强力测试。等速伸长拉伸，布样夹持长度为200 mm，拉伸速度20 mm/min。每种布样试验30组，剔除异常测试数据后取平均值。

1.3.4 防紫外线性能

依据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》对整理后的粘胶织物进行防紫外线性能测试。参照式(2)计算粘胶织物整理前后的紫外线防护因子UPF值。UPF值越高，织物的防紫外线性能越好。

(2)

式中：E(λ)为日光光谱辐照度，W/(m2·nm)；ε(λ)为光相对的红斑效应；Ti(λ)为织物试样i在波长为λ时的光谱透射比；Δλ为波长间隔，nm。

1.3.5 抗菌性能测试

参照GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》进行测试，依据式(3)计算不同二氧化钛质量浓度条件整理后的粘胶织物的抗菌性能。

(3)

1.3.6 耐水性性能测试

参照FZ/T 14020—2011《水洗服装用涂料染色面料》的方法，利用标准皂粉在40 ℃的水温中分别皂洗5、10、15、20、30次，并测试整理后粘胶织物水洗后的抗紫外线性能与抗菌性能。

2 结果与讨论

2.1 粘胶织物质量增加率分析

粘胶织物质量增加率随二氧化钛质量浓度变化曲线见图1。从图中曲线的变化趋势可以看出，粘胶织物的质量增加率随着二氧化钛质量浓度的增加呈现先增加后降低的趋势。这是由于壳聚糖与明胶虽然具有良好的生物降解性能与生物相容性等性能，但其单独对织物进行处理后，壳聚糖与明胶对粘胶织物的吸附性能与力学性能不佳，很难满足织物对力学性能的要求。采取壳聚糖与明胶相互交联使其在对粘胶织物整理后呈现互穿网络膜状，同时在整理过程中使用戊二醛作为交联剂，稳定了整理后网络膜的稳定性。因此整理剂在粘胶织物上呈现较好的稳定状态，二氧化钛属于金属粒子，其随机分布在壳聚糖与明胶膜中，在一定程度上形成网格结构，提高了壳聚糖、明胶分子间交联的作用。因此，随着二氧化钛质量浓度的提高，粘胶织物的质量增加率随之提高，另一方面，由于二氧化钛属于金属粒子，与壳聚糖和明胶的结合力较弱，当二氧化钛的含量过高时，其破坏了壳聚糖和明胶的稳定性，致使结合力降低。当形成网格结构所带来的交联性增加量低于对壳聚糖和明胶的稳定性的影响时，即当二氧化钛的质量浓度超过一定量时粘胶织物的质量增加率随二氧化钛质量浓度的增加而降低。从测试数据判断可推知二氧化钛的质量浓度控制在9.5 g/L左右为佳。

图1 粘胶织物质量增加率随二氧化钛质量浓度变化曲线

2.2 力学性能分析

力学性能是织物服用性能的重要指标，粘胶织物断裂强力随二氧化钛质量浓度变化曲线见图2。可以看出，粘胶织物的断裂强力随着二氧化钛质量浓度的增加呈现先增加后降低的趋势。造成这种现象的机制与上文质量增加率的分析大致相同，在戊二醛作交联剂，提高了壳聚糖、明胶在粘胶织物表面产生的致密均匀的膜结构的力学性能，从而提高了整理后粘胶织物的力学性能。二氧化钛的加入所产生的网格结构，增加了这种交联作用，进一步提高了整理后粘胶织物的力学性能。当二氧化钛的质量浓度超过一定量时，破坏了外层壳聚糖、明胶膜结构的稳定性，造成了整理后粘胶织物力学性能的下降。从测试的曲线数据可以推断当二氧化钛质量浓度9.5 g/L左右时，整理后的粘胶织物的力学性能较佳，这也与上文中粘胶织物质量增加率测试结果相互验证。

图2 粘胶织物断裂强力随二氧化钛质量浓度变化曲线

2.3 防紫外线性能分析

粘胶织物抗紫外线性能随二氧化钛质量浓度变化曲线与粘胶织物抗紫外线性能随水洗次数变化曲线分别见图3、4。

图3 粘胶织物抗紫外线性能随二氧化钛质量浓度变化曲线

从图3可以看出，粘胶织物的抗紫外线性能随二氧化钛质量浓度的增加呈现先增加后下降的趋势，且上升的速率明显高于下降的速率。导致这种结果的原因有以下2方面：一是粘胶织物的抗紫外线性能与上文验证的二氧化钛附着量呈现正相关，二氧化钛的含量直接影响粘胶织物的抗紫外线性能；二是由于壳聚糖和明胶自身具有一定的抗紫外线性能，当其附着在粘胶织物表面时也提高了织物的抗紫外线性能，也造成了粘胶织物抗紫外线性能的增加速率高于下降速率的现象。同时从曲线的走势中可以明显看出，当二氧化钛质量浓度为9.5 g/L左右时，整理后的粘胶织物的抗紫外线性能较佳。

图4 粘胶织物抗紫外线性能随水洗次数变化曲线

从图4可以看出，整理后的粘胶织物的抗紫外线性能随着水洗次数的增加不断降低，当水洗次数小于20次时，整理后的粘胶织物的UPF值依然高于50，满足国家抗紫外线面料的标准。说明利用壳聚糖、明胶与二氧化钛对粘胶织物进行功能整理能够很好地满足织物对抗紫外线性能的要求。

2.4 抗菌性能分析

二氧化钛在光照催化作用下产生的电子空穴效应具有较强的氧化和还原能力，使其具有很强的抗菌效果。粘胶织物抗菌性能随二氧化钛质量浓度变化曲线与粘胶织物抗菌性能随水洗次数变化曲线分别见图5、6。

图5 粘胶织物抗菌性能随二氧化钛质量浓度变化曲线

图6 粘胶织物抗菌性能随水洗次数变化曲线

从图5可以看出，粘胶织物的抗菌性能随二氧化钛质量浓度的增加呈现先增加后下降的趋势，且对金黄色葡萄球菌的抗菌性能略高于大肠埃希菌。同时从曲线的走势中可以明显看出当二氧化钛质量浓度9.5 g/L左右时，整理后的粘胶织物的抗菌性能较佳。造成先升后降的原因与粘胶织物中二氧化钛含量先升后降有关，二氧化钛含量直接影响粘胶织物的抗菌性能。从图6可以看出，随着水洗次数的增加，粘胶织物的抗菌性能随之下降，这是由于水洗过程中使得一部分二氧化钛流失。从图中测试数据可以看出，当水洗次数低于15次时，整理后的粘胶织物对金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌性能均高于70%，具有较好的保持性。

3 结束语

利用壳聚糖、明胶、二氧化钛制备整理液对粘胶织物进行复合功能整理，测试结果表明：粘胶织物的质量增加率、断裂强力、抗紫外线性能与抗菌性能与二氧化钛的含量呈现正相关性。当二氧化钛质量浓度9.5 g/L左右时，整理后的粘胶织物的质量增加率、断裂强力、抗紫外线性能与抗菌性能较佳。整理后的粘胶织物的防紫外线性能与抗菌性能随着水洗的次数降低，当水洗次数小于15次时，粘胶织物的防紫外线性能与抗菌性能具有较好的保持性，验证了利用壳聚糖、明胶、二氧化钛制备整理液对粘胶织物进行功能整理的可行性。