稳定TiO2水溶胶的紫外线屏蔽整理yd10113

王晓明 吴菲  湖南工程学院化学化工系，湖南湘潭  411104

收稿日期：2007-11-19

基金项目：湖南省教育厅资助项目(04C188)

作者简介：王晓明(1964-)，女，教授，硕士，主要研究方向为织物功能整理及染整新助剂

  原载：染整技术2008/6；1-4

 

    【摘要】简述了紫外线屏蔽整理原理及溶胶-凝胶原理；分析了稳定的TiO2水溶胶对不同纤维素纤维织物及M/T/C织物进行紫外线屏蔽整理的效果，讨论了纤维种类、形态结构、织物组织结构、厚度、染色用染料类别及染色色泽对织物紫外线屏蔽整理效果的影响，结果表明：稳定的TiO2水溶胶对织物进行紫外线屏蔽整理效果较好，是一种很有前途的整理方法。

    【关键词】TiO2水溶胶 溶胶-凝胶 织物 紫外线屏蔽率

【中图分类号】TS195·29文献标识码:A   文章编号:1005-9350(2008)06-0001-04

 

    对纺织品进行防紫外线整理所用紫外线屏蔽剂大多不溶于水，且对麻、棉等天然纤维缺乏亲和力，采用溶胶-凝胶技术制备无机氧化物涂层整理织物，是改善织物服用性能，使纺织品具有较好的防紫外线作用的新途径，避免了其它整理方法如浸轧法对织物风格、吸水性、透气性等性能的影响。为降低成本，减少乙醇用量(以钛酸正丁酯为前驱物，常以

有机溶剂乙醇作溶剂)，本文以钛酸正丁酯为前驱物，采用溶胶-凝胶技术，以水为溶剂制备稳定的TiO2水溶胶，对纤维素纤维织物进行紫外线屏蔽整理。

1   实验

1·1  织物

    漂白苎麻织物、黑色涂料苎麻织物、漂白棉细平纹织物、漂白棉卡其织物、特细灯芯绒织物、漂白M/T/C织物。

1·2  实验药品

    钛酸正丁酯、NaOH、NaCl、Na2CO3、Na2SO4(以上为CP)；冰乙酸、浓HCl(以上为AR)；活性红M-8B、直接大红4BS、光敏染料亚甲基蓝、肥皂。

1·3   实验仪器

    DF-lOlB型集热式磁力搅拌器、722S分光光度计、SD型小轧车、YGO26型织物强力机、LLY-OlB型电脑控制硬挺度仪、ZBD型白度仪、CSlO1-2型电热鼓风干燥箱、Data Color DF-l0O型SCT纺织品测色配色系统。

1·4   实验方法

1·4·l  TiO2水溶胶的制备方法

    将一定量钛酸正丁酯与冰乙酸混合，磁力搅拌到形成黄色透明液体，然后把该溶液滴加到一定浓度的盐酸溶液中，同时磁力搅拌，然后加热胶溶，冷却后得到稳定的TiO2水溶胶。

1·4·2  TiO2水溶胶pH值的调整方法

    将烧碱溶解在蒸馏水中配成浓碱液，然后在冷水浴中磁力搅拌下，将浓碱液滴加到TiO2水溶胶中，至出现大量白色胶状物，pH值达到4-6为止。

1·4·3   TiO2水溶胶对纤维素织物的整理

    配置各种浓度的TiO2水溶胶→两浸两轧(每次浸3min，轧余率70%)→预烘(5O℃，3Omin)→焙烘(170℃，3min)→热水洗→冷水洗→烘干。

1·4·4   亚甲基蓝对纤维素织物的上色工艺

    处方：亚甲基蓝 4%(owf)，Na2S04 1Og/L

    皂洗液： 肥皂2g/L。

    工艺：40℃始染(浴比:1:50)，l5min内升温至9O℃，染l5min后加入Na2S04，再在9O℃下染45min，水洗，然后95℃皂洗lOmin，水洗，烘干。

1·4·5   直接大红4BS对苎麻织物的染色[2]

    处方：染料 x%(owf) Na2S04 10g/L

    工艺：40C始染(浴比:1:50)，l5min内升温至90℃，染l5min后加入Na2S04，再在9O℃下染30min，水洗，然后95℃皂煮(肥皂 2g/L)lOmin，水洗，烘干。

1·4·6   活性红M-8B对苎麻织物的染色[2]

    处方: 染料 x%(owf)、Na2S04 20g/L、Na2CO3 10g/L。

    工艺：60℃始染(浴比 1:30)，染l5min后加入Na2S04，然后3Omin内升温至9O℃，加入Na2CO3 续染3Omin，水洗，冉95℃皂煮(肥皂 2g/L)lOmin，水洗，烘干。

1·5   性能测试

1·5·1   强力

    在YGO26型织物强力机上进行测试。

1·5·2   硬挺度

    在LLY-OlB型电脑控制硬挺度仪上测试。

1·5·3   白度

    在ZBD型由度仪上测试。

1·6   紫外线屏蔽效果的评定方法[1,3,4]

    以光敏染料亚甲基蓝对苎麻织物上色得到染色基织物，在该基织物上面覆盖待测试的经紫外线屏蔽整理的织物，一起在直阳光下照射7h，根据染色基织物亚甲基蓝变色前后的色深K/S值来判定该紫外屏蔽整理的效果。未经阳光照射前的基织物K/S值记为K/S0，经照射后记为K/SX则该织物经TiO2水溶胶浸轧处理后对紫外线的屏蔽率为K/SX与K/S0的比值。根据比值进行评定：紫外线屏蔽率在90%以上的为A级，80%-90%的为B级，50%-80%的为C级。

2   溶胶-凝胶原理

    溶胶-凝胶法可分为胶体凝胶法和聚合凝胶法，前者又称为胶溶法，后者又称为分子聚合法。胶体凝胶法是通过金属盐或醇盐完全水解后产生无机水合金属氧化物，水解产物与电解质(酸或碱)进行胶溶形成溶胶。胶溶是静电相互作用引起的，向水解产物中加入胶溶剂(酸或碱)，H+或OH-吸附在粒子表面，反应离子在液相中重新分布从而在粒子表面形成双电层，双电层的存在使粒子间产生相互排斥作用，当排斥力大于粒子间的吸引力时，聚集的粒子分散成小粒子形成溶胶。这种溶胶转化成凝胶时胶粒聚集在一起形成网络，胶粒间的相互作用是静电力(包括氢键)和范德华力[5]。

3   结果与讨论

3·1  织物组织结构对屏蔽效果的影响

    任何物质郡具有吸收各种电磁波的性能，特别从紫外线到可见光部分，会引起物质分子中的电子迁移。物质分子中，电子由基态向激发态迁移，其能量与吸收光是相当的。纺织品是表面凹凸而复杂的多孔材料，它除了吸收光外，还因漫反射使光的透过率降低。漫反射与单纤维表面形态、织物组织结构和厚度等有明显的关系。

    以稳定的二氧化钛水溶胶分别对棉细平织物、棉卡其织物、棉特细灯芯绒织物和M/T/C织物作相同工艺的紫外线屏蔽整理，测试结果如图l。

  图1  不同织物的紫外线屏蔽效果柱状图

    图1显示随水溶胶中二氧化钛含量的提高，织物紫外线屏蔽率增大。棉卡其织物是上述几种织物中组织结构最紧密、厚度最大的织物，在未经紫外屏腋整理前就已具有了比较大的抗紫外线性能，在整理后能达到A级的屏蔽效果；而棉特细灯芯绒织物则是结构最稀疏，厚度最小的织物，未经整理前抗紫外线性能较差。造成这种差异的原因在于织物组织结构决定了织物的孔隙率，织物越厚、越紧密，孔隙率越低，光的反射越多，防紫外辐射效果越好；反之，织物孔隙过大，则紫外线易透过，防紫外效果差。同一织物组织，紫外线防护性能随着织物的厚度和质量的增加而增加。所以，棉卡其织物的防紫外线性能在实验的几组织物中最好。

3·2   纤维种类及形态结构的影响

图2  不同纤维织物的紫外线屏蔽效果柱状图

    图2显示随水溶胶中二氧化钛的含量提高，织物紫外线屏蔽率均增大，经过二氧化钛水溶胶整理后苎麻织物的紫外线屏蔽率接近于B级，棉细平织物的紫外线屏蔽率有显著提高，在高浓度的二氧化钛水溶胶整理后几乎达到A级标准，而M/T/C织物的紫外线屏蔽率提高程度没有棉明显。漂白苎麻织物、棉细平织物紫外线的透过率较大，屏蔽紫外线能力较差，而M/T/C织物屏蔽紫外线能力相对较好。这是因为M/T/C混纺了含有苯环结构的涤纶纤维，它对30Onm以下紫外光有强烈吸收，紫外光透过率低，苎麻和棉纤维分子中不含芳环结构，故防紫外线能力较差；另纤维的横截面形状也会影响对光的反射性能，涤纶纤维为圆形截面，对光的反射强，有助于降低紫外线的透过率，苎麻纤维和棉纤维横截面均为不规则形状，对光呈漫反射。因此，M/T/C织物的防紫外线能力优于苎麻织物和棉细平织物。

3·3织物染色色泽及染料类别的影响

    苎麻织物用不同用量直接大红4BS、活性红M-8B染色后的紫外线屏蔽效果见图3、图4。

纺织品的色泽深浅直接影响到它对紫外线的屏蔽率。从图3和图4曲线可看出随苎麻织物色泽的加深，织物紫外线透过率随之减少，防紫外线辐射性能提高；同一种织物染深色时，紫外线透过率较低，是由于染料结构中的共扼体系除有选择地吸收可见光外，有的染料吸收带还伸展到紫外光区域，起着紫外线吸收剂的作用。颜色越深，说明织物中染料含量越高，对紫外线的吸收就越强。涂料对纤

图3  直接大红4BS用量对紫外线屏蔽效果的影响

 

  图4  活性红M-8B用量对紫外屏蔽效果影响

维无亲和力，须依靠粘合剂才能和纤维结合。我们选用深黑涂料染色的苎麻织物作参比，探讨染料类别对织物防紫外线性能的影响。选取直接染料、活性染料(染料用量均为2%(owf)上染苎麻织物，测试结果如图5。 

图5  不同类别染料对苎麻织物紫外线屏蔽性能的影响

    从图5可看出，对紫外线屏蔽效果最好的是用深黑涂料染色的苎麻织物，其次是用直接大红4BS染色的苎麻织物，较差的是用活性红M-8B染色的苎麻织物。染色苎麻织物经二氧化钛水溶胶整理后，紫外线屏蔽率均达到了B以上的等级。一般薄的、浅色织物热反射强，透气性好，穿着凉爽，但此类织物防紫外线效果较差，而夏季日光照射时间长，紫外线强度高，最需要防护。因此仅仅通过合理选择纤维、织物组织结构和染料是不够的，还需要进行适当的防紫外线整理以提高纺织品的服用性能。用二氧化钛水溶胶对织物进行紫外线屏蔽整理，能大大提高织物对紫外线的屏蔽率。

3·4   紫外线屏蔽整理对织物性能的影响

              表l织物性能测试数据

织物

TiO2 %*

强力N

白度%

硬挺度cm

苎麻

0

2l5

53.4

6.03

0.5

l90

53.8

7.52

1

l75

53.9

7.62

2

l70

54.2

7.77

棉细布

0

245

73.9

4.08

0.5

235

74.9

4.95

1

220

75.4

5.12

2

215

75.6

5.24

棉卡其

0

390

72.2

5.03

0.5

375

72.6

7.08

1

360

72.7

7.44

2

350

74.3

7.62

M/T/C

0

135

72.5

2.30

0.5

130

73.0

2.85

1

135

73.1

3.35

2

132

73.3

2.33

灯芯绒

0

200

73.5

6.09

0.5

245

73.9

6.49

1

230

74.2

6.67

2

220

74.3

6.77

            注：*水溶胶中TiO2的质最分数%

表l数据反映出，随水溶胶中TiO2质量分数的提高，除灯芯绒织物外，其它织物强力略有下降，白度略有提高，但总体来说水溶胶中TiO2的浓度改变对织物白度和硬挺度的影响较小，这说明了二氧化钛水溶胶整理织物后，基本上维持了织物原有的性能，用二氧化钛水溶胶对织物进行紫外线屏蔽整理是一种较好的方法。用二氧化钛水溶胶整理织物后，织物白度略有提高，可能是水溶胶在织物表面发生胶联，织物的空隙率减少，改变了织物的截面结构，增强了织物对光的反射。织物强力略有下降可能是整理液偏酸性，对织物略有损伤。织物硬挺度普遍略有提高，可能是水溶胶涂层整理改变了织物的表面结构。灯芯绒织物的强力经二氧化钛水溶胶整理后反而有所提高，原因可能是二氧化钛水溶胶在组织结构稀疏的灯芯绒表面发生胶联所至。

4   结论

    (1)用稳定的二氧化钛水溶胶对织物进行紫外线屏蔽整理，能大大提高织物的防紫外线能力，是一种很有前途的整理方法。

    (2)纤维种类及形态结构、织物组织结构及厚度、染色用染料类别及染色色泽均会影响织物的紫外线屏蔽整理效果。在实验的棉细平织物、棉卡其织物、棉灯芯绒织物、M/T/C织物几组织物中，棉卡其织物的防紫外线性能最好。M/T/C织物的防紫外线能力优于苎麻织物和棉细平织物。

    (3)用稳定的二氧化钛水溶胶对织物进行紫外线屏蔽整理，基本上能维持织物原有的性能，织物强力略有下降，白度及硬挺度略有提高，但灯芯绒织物经二氧化钛水溶胶整理后强力反而有所提高。

5   参考文献

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