纳米锌溶胶处理后羊毛和丝织物的功能特性变化

B. H. Patel， S. B. Chaudhari

巴罗达萨亚吉劳王公大学 技术与工程系(印度)

金属氧化物(如二氧化钛、氧化亚铜和二氧化硅)可用于改善不同纺织品的功能性。贵金属(如银和金)自远古时代就被用于纺织品。纳米结构实体具有非常规的性能，将其加入纺织材料中，会产生特殊性能或增强现有性能。研究发现，通过引入银、铜、锌及其氧化物的纳米颗粒，织物基材的抗菌、导电和防紫外线性能得以提高。

对军用和民用防护服装的开发进行深入研究。利用纳米金属氧化物潜在的抗菌、自去污、防紫外线等特性，可以开发出一系列抗菌装备和民用健康品。氧化锌纳米粒子可提供紫外线屏蔽功能，并降低聚酰胺(PA)纤维的静电。

早期研究中有一种简单的纳米锌颗粒的技术，可通过浸轧技术将其应用于黄麻和棉织物上。研究表明这种技术可增强织物拉伸性、抗菌性和染色性等性能。本文聚焦于纳米锌处理织物的直接染料染色性能探究，研究纳米锌处理对羊毛和丝织物吸水性、透气性、透水性、紫外线透过率、电阻率、抗菌性和天然染料染色性能的影响。

1 材料

将自制的纳米锌溶胶通过浸轧-烘干-固化工艺应用于羊毛和丝织物，通过标准方法评估处理后织物功能性质的变化。

平纹羊毛和丝织物从市场上购买。使用前先对织物进行温和煮炼[5%皂剂(Lisaapol L)和2%碳酸钠沸煮15 min]，然后洗涤、中和、风干。天然染料是在实验室提取的印楝(ND1)、指甲花(ND2)和圣罗勒(ND3)。本研究使用封端的金属纳米锌溶胶，无需进一步纯化。

2 试验方法

2.1 纳米处理织物的制备

为了去除所选羊毛和丝织物上的整理剂和其他疏水性杂质，将其放入含有5g/L非离子洗涤剂(Lissapol N)和2 g/L碳酸钠的浴液中，在80 ℃下处理30 min。然后将织物在循环水中彻底清洗，中和后再次彻底洗涤。直至织物的pH值检测为中性。

2.2 用纳米锌溶胶处理织物试样

将羊毛和丝织物试样浸渍在纳米锌胶体溶液中10 min，然后在自动双缸轧染机上轧染，该轧染机在70%的轧余率下以15 r/min的速度运行，压强为17.15×10-4N/m2，使用二浸二轧的轧染工艺。将浸轧的基布风干，最后在焙烘炉中于120 ℃下固化20 min。

3 结果与讨论

采用浸轧-干燥-固化使纳米锌颗粒沉积在羊毛和丝织物上。

通过扫描电子显微镜(SEM)观察织物的表观形貌，如图1所示。将X射线荧光特征光谱仪(XRF)与SEM联用，可观察到纳米粒子均匀分散在织物表面。

XRF结果显示，纳米锌颗粒在羊毛和丝织物上的量分别为0.26和0.20。

将纳米锌颗粒引入纤维内部可提高纤维负载能力。从图1可以看出，纳米锌颗粒分布在处理后的织物试样表面。纳米粒子分布在聚合物基体中可承载负荷，增加韧性和耐磨性；纳米填料可以转移聚合物基体中的压力，使羊毛和丝织物的拉伸强度分别提高15.24%和7.59%。与丝织物相比，羊毛织物的制动载荷改善效果更好。

处理后织物的折皱回复性和弯曲性能均有所改善。这可能是由于纳米锌颗粒对聚合物分子链运动的干扰所致。丝织物的回复角和弯曲长度均有所提升，说明处理后丝织物变得更硬。

通过滴落试验测定了纳米锌处理对织物吸水性的影响。结果表明，与未处理的织物相比，经纳米锌颗粒处理的羊毛织物的吸水性下降了27.5%，丝织物的吸水性下降了20.0%。分别处理1、5、10 min时，纳米锌颗粒的沉积使羊毛织物的芯吸长度分别降低了15.38%、13.95%和12.5%，丝织物为15.79%、13.79%和11.9%。这可能是由于小尺寸纳米颗粒在纤维基质中渗透，阻塞了水分子通过毛细管的路径。

经纳米锌处理后，羊毛和丝织物的透水率分别下降了3.08%和1.49%，这是因为位于聚合物基布中的纳米颗粒阻止了水流过织物。

与未处理的织物试样相比较，处理后的羊毛和丝织物的透气性分别降低了9.21%和7.43%。由此可以看出，存在于织物结构中的纳米颗粒也影响了空气的流动。

通过土埋试验测定抗微生物活性，结果如表1所示。根据土埋试验测定的断裂载荷损失，发现纳米锌处理增强了羊毛和丝织物的抗微生物侵蚀性。未处理的对照试样的断裂载荷由于被土埋试验的细菌破坏而降低，而纳米锌处理的试样可抵抗细菌侵蚀。这可能是由于金属离子和金属化合物的杀菌作用所致。

表1 纳米锌颗粒抗微生物侵蚀作用

对处理后的试样进行了抗革兰氏阳性金黄色葡萄球菌的测试。结果表明，经纳米锌处理的羊毛和丝织物的抗菌率分别为85.06%和83.35%。

对照试样的紫外线透过率相对高于经纳米锌颗粒处理的织物，即与未处理的织物相比，经纳米颗粒处理的织物可获得更好的紫外线防护性能。经处理的羊毛织物的紫外线透过率降低，与未处理织物相比，经处理的羊毛织物对长波紫外线(UV-A)和短波紫外线(UV-B)紫外线的透过率分别降低了50.63%和52.69%。与未处理的织物相比，经处理的丝织物对UV-A和UV-B的紫外线透过率分别降低了37.24%和39.98%。结果表明，在UV-A和UV-B波段，纳米锌处理抑制了所有处理后织物试样的紫外线透过率。

按照AATCC 76-2005，用Keithley-614型静电计测量经处理和未处理织物试样的表面电阻率。与未处理织物试样相比，纳米锌处理的羊毛和丝织物的表面电阻率无任何变化。

以印楝(ND1)、指甲花(ND2)和圣罗勒(ND3)3种天然染料为原料，研究纳米锌预处理对羊毛和丝织物染色性能的影响。表2为用纳米锌处理织物试样和未处理织物试样的染色强度(K/S值)和色牢度测试结果。从表2可以看出，经纳米锌处理和未经处理的羊毛和丝织物均能被3种天然染料染色。使用20%相对织物质量的百分数(o.w.f)的印楝、指甲花和圣罗勒的甲醇提取物作为天然着色剂，可获得浅绿至中绿的颜色，而在纳米锌处理后的织物试样中获得了深绿色。

表2 天然染料染羊毛和丝织物的染色强度和色牢度

纳米锌处理的试样具有较高的K/S值，表明纳米金属颗粒的存在增加了染料对织物的亲和力。纳米锌处理纤维的效果还体现在色牢度性能的提高上。纳米锌处理不仅提高了天然染料染色羊毛和丝织物的染色强度，而且提高了天然染料上染羊毛和丝织物的色牢度。

4 结论

纳米锌溶胶可通过普通的浸轧-烘干-固化工艺成功应用于羊毛和丝织物。经过纳米锌处理的羊毛和丝织物在UV-A和UV-B波段的紫外防护方面有所改善，并且抗菌活性有所提升。与未处理织物试样相比，经纳米锌处理的羊毛和丝织物的表面电阻率并没有表现出任何变化。研究还表明，纳米锌处理可提高天然染料对羊毛和丝织物的染色性能。纳米锌处理也提高了织物的耐光性和耐洗性。研究结果还表明，对羊毛和丝织物进行纳米锌处理提高了织物对细菌侵蚀的抵抗力，而织物的吸水性、芯吸性，以及空气和水的渗透性影响较小。

许科能 译 罗 艳 校