三防多功能绿色面料开发yd5306

东华大学   龚兴建

  纺织学院   陆凯

  原载：《浙江印染信息与技术》2005/7-8；85-89

 

【摘要】用制备纳米氧化锌溶胶整理棉质面料，开发成功较理想的抗菌抗紫外抗静电多功能绿色面料。

关键词  纳米氧化锌  三防  多功能面料

 

进入新世纪，随着科技发展和生产力的提升，人类生活水平有了很大提高，同时地球环境不断恶化，臭氧层出现空洞、SARS、禽流感肆掠。人们对生活质量要求更高，对环境和自身健康更为重视。对衣食住行之首的服装，不仅要求款式时尚、合身得体，还需要穿着舒适、易护理、多功能。而作为服装主要元素的面料必须对以上需求有所响应，这加快了多功能绿色面料开发的步伐。

    本文以此切入，进行抗菌、抗紫外线、抗静电棉质面料开发。

1   三防功能整理剂选择

    抗菌、抗紫外线、抗静电功能棉质面料既可采用三防化纤和棉混纺加工，也可运用后整理技术获得。前者为混纺面料，而后者为纯棉面料，故更能满足人们回归大自然的心理。这也是本文采用的工艺路线。

    1·1抗菌材料选择

    抗菌材料可分为无机系、有机系和天然系等几大类。无机系抗菌材料价格低廉、易获取、加工方便为首选。无机系抗菌材料可分为(1)金属离子型如银、铜、锌等金属(或其离子)(2)光催化类如。TiO2、ZnO、CdS、WO2、PnS、SnO2、ZnS、SiO2等宽禁带的n型半导体氧化物。它们同时具有抗菌和防霉效应且消毒作用效果快、杀菌能力强、耐久性好，没有二次污染，稳定性好等特点，是一种新发展的具有广阔前景的抗菌剂。

    1·2抗紫外线材料选择

    抗紫外线整理的关键是紫外线屏蔽剂。紫外线屏蔽剂按作用方式可分(1)紫外线吸收剂如二苯甲酮类、水杨酸酯类、邻氨基苯甲酮类等有机化合物(2)紫外线反射剂如氧化锌、二氧化铁、二氧化硅、氧化铝、三氧化二铁等一些金属氧化物。鉴于有机化合物处理有背于天然绿色环保原则，故对天然织物应采用无机屏蔽剂进行处理。

     1·3抗静电材料选择

     抗静电材料主要有(1)带亲水基的表面活性剂（2）无机材料如碳黑、银、铜及金属氧化物TiO2、Zn0等(3)高分子材料如聚乙炔、聚苯胺等。

     1·4三防功能材料选择

     由上分析可知：金属氧化物ZnO集三防于一体是理想的材料，但还需考虑消费者对面料服用性和手感要求，采用纳米级ZnO才能得到优质棉质三防功能面料。

2   纳米级氧化锌多功能整理剂制备

    纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。物理方法主要有真空冷凝法、物理粉碎法和机械球磨法。化学方法主要有气相沉积法、沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法(Sol-Gel技术)和微乳法。本文采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel技术)和微乳法来制备纳米级氧化锌溶胶整理剂

    2·1制备

    (1)先将ZnCl2和NaOH分别用蒸馏水配置成0.5mol/L和lmol/L的溶液，使锌离子浓度与氢氧根离子浓度比为1:2；

    (2)将碱溶液和PAAS(聚丙烯酸纳)倒入水浴锅中的三颈瓶中，并加热至所需控制温度;

    (3) ZnCl2溶液倒人分液漏斗中并缓慢滴入三颈瓶内的碱溶液中，在水浴条件下搅拌30分钟，再接着加入硅烷偶联剂GPTMS，并控制溶液的PH值在6左右，搅拌半小时后，再放人超声波中振荡15分钟，然后将其放入锥形瓶中密封保存。

    (4)反应机理

    在一定条件下，锌盐与强碱的反应不是生成氢氧化锌，而是直接生成了氧化锌。此方法的反应机理方程式:

     Zn2++2OH-→ZnO+H2O

     在强碱性条件下，由锌盐和强碱反应得到的是氧化锌而不是氢氧化锌，其原因可能是由于锌离子具有较强的极化能力引起的。在一定的反应条件下，金属的极化能力越强，对02-的吸引力就越强，因而不易形成其氢氧化物，或生成的氢氧化物不稳定而极易分解为相应的氧化物。

     

2·2表征

    2·2·1 X射线衍射线法

    使用X光衍射仪测得标样与目标产物的衍射图和主要数据分别如图2、3和表1。

表l XRD谱图的主要峰与标准卡资料数据的对比   

D/10-10mol/L

I/I0

资料数据

实验值

资料数据

实验值

2.814

2.807

57

65

2.603

2.596

44

45

2.476

2.470

100

100

    由以上图表可看出所制得的目标产物不存在Zn(OH)2等其它可能物相的杂峰，且无其它杂质存在。说明产品为六方晶系的氧化锌，并且合成产物纯度高；尽管氧化锌粒度很小，但其X-射线衍射峰仍相当尖锐，说明氧化锌结晶完整。

    由谢乐公式算得ZnO的大小为77.6nm。

    2·2·2  ZeTaar激光粒度分析仪检测

    检测的结果如图4

    横坐标:测试光波波长，纵坐标:粒子大小分布，曲线为Number分布曲线。

    Number测试表明Zn0粒子大小在77.6nm处分布最多，其跨度为44.2nm。

    计算机计算显示ZnO粒子大小分布的最广范围为49.8-99.4nm，说明制备Zn0溶胶中ZnO粒子大小已经达到纳米级水平。与用X光衍射仪测得ZnO的粒径大小基本一致。

3   三防棉质面料开发

    3·1  工艺流程

    三防面料的基布为棉府绸，纱线细度：2ls×21s，织物密度：133×72，采用传统的浸轧烘工艺，工艺流程如下:

    织物前处理(漂白)→晾干→浸轧抗菌整理液(二浸二轧，轧液率75-80%)→预烘→焙烘。

    3·2前处理

    处方:

    双氧水(100%)   1.5g/L，

    润湿剂JFC        3g/L

    PH值          10.5-11

    浴比           1:40

    按规定处方配置处理浴，用氢氧化纳溶液调节PH值至规定范围，然后投入布样，在水浴锅中保温85℃浸渍一个小时后取出试样，用蒸馏水洗净后晾干。

    3·3抗菌整理工艺设计

确定参数范围后，利用二次通用旋转组合设计实验方案，再应用随机搜索得到最优工艺参数如下：抗大肠杆菌和葡萄球菌最优参数为，纳米氧化锌水溶胶浓度5.76%，温度44.67℃，时间45.02min。

    3.4  面料外观与手感

根据以上实验所确定了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最佳工艺，并在此工艺条件下将空白织物和整理织物分别用电镜扫描(图5、6)，观察整理后织物表面构象，发现整理后面料上无团聚，且手感几无变化。

    3·5面料三防效果

    3·5·1抗菌效果

    采用标准菌圈法检测面料抗菌效果，结果

如表2、3、4所示。

    表2  纳米ZnO整理后面料的抗菌性

编号

对大肠杆菌的抑菌圈的半径

对金葡萄球菌的抑菌圈的半径

光照

无光照

光照

无光照

1#

15.6

14.4

17.6

16.4

2#

15.8

14.7

17.5

16.5

    表3  水洗前后布样对大肠杆菌的抑菌效果

指标布样

空白原样

水洗前处理布样

水洗后处理布样

抑菌圈直径(mm)

12

15.4

14.8

抑菌图清晰程度

很模糊

较清晰

较清晰

抗菌程度

/

强

较强

表4  水洗前后布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌效果

指标 布样

空白未处理布样

水洗前处理布样

水洗后处理布样

抑菌圈直径mm

12

17.5

16.8

抑菌圈清晰程度

很模糊

清晰

清晰

抗菌程度

/

强

较强

    以上检测结果表明纳米ZnO整理后面料的抗菌效果良好，光照时效果更好，且具有良好耐水洗性能。

    3·5·2抗紫外线效果

    按澳大利亚/新西兰试验方法(AS/NZS4399:1996)用紫外分光光度计M350测定不同波长下的面料紫外光谱透过率UPF值。

    结果表明，ZnO溶胶处理后的面料在波长250-400nm范围内对UVB(280-32Onm)的平均透过率为2.08%和UVA(320-400nm)的平均透过率为1.34%，UPF的平均值为49.714，空白面料对UVB(280-32Onm)的平均透过率为4.20%和UVA(320-40Onm)的平均透过率为3.13%，UPF的平均值达到了17.27，水洗50次后的处理面料对UVB(280-32Onm)的平均透过率为2.11%和UVA(320-400nm)的平均透过率为1.52%，uPF的平均值为42.12。这说明经ZnO溶胶处理后的棉面料具有很好的抗紫外线效果，水洗后的抗紫外线效果仍然很好，耐水洗性强。

    3·5·3抗静电效果

    按标准用感应式静电仪检测面料，结果为:    处理后的面料的半衰期为0.7秒、静电压为2.6KV;空白面料的半衰期为1.5秒、静电压为6.2KV。

    经纳米ZnO整理后面料的抗静电效果有很大提高。

4   结论

    4·1  以ZnCl2、NaOH、PAAS(聚丙烯酸钠)、GPTMS为原料，采用微乳液和溶胶凝胶复合法制备的均匀、稳定的ZnO溶胶纯度很高，不含有Zn(OH)2等其它杂质，ZnO的粒径大多数分布在77,6nm左右，已经达到了纳米级。

    4·2  用二次通用旋转组合设计实验方案，再应用随机搜索法得到最优工艺为:

    纳米氧化锌水溶胶浓度5.76%，浸渍温度44.67℃，处理时间45.02min,该工艺整理的棉质面料手感、外观几无变化，抗菌、抗紫外线、抗静电效果良好，表明三防多功能棉质面料开发是成功的。

    4.3  本文所用方法，只需更换适当交联剂，同样适用于毛、麻、丝等天然纤维的三防多功能面料开发。

 

参考文献

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[4]陈龙武 周恩绚，微乳液反应法制备氧化铝超细颗粒（J）高等学校化学学报，1995，16(1)；15-16

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[6]Protection from ultraviolet rediation,Advances -in-Textiles-Technology,2001,(MAR);7

[7]李标荣等，无机介电材料（M）上海科学技术出版杜，1986，      182。