纳米TiO2在功能纺织材料中的应用yd13427
花金龙1’2 潘伟1’2 张玉莲1’2 杨欣卉1’2 1、国家纺织品服装产品质量监督检验中心广州 510220；2、广州市纤维产品检测院广州 510220
收稿日期：2010-l0-13
作者简介：花金龙(1983-)男,硕士研究生,广州市纤维产品检测院技术部,主要从事纤维纺织品检测技术的研发。此文为国家质检总局科技计划项目,项目编号:2008QK266
原载：染整技术2011/3；7-9
【摘要】 本文对纳米二氧化钛的特性进行了简单介绍,重点介绍了Ti02在纺织品中的抗紫外线性能、抗菌性能、抗静电性能、消光性能、抗老化性能、自清洁性能和隔热性能等。此外,还列举了Ti02在纺织品中的一些新应用,如提高免烫织物的强力、红外吸收增强织物保暖性能以及对聚丙烯/尼龙6复合材料的增容作用。
【关键词】纺织材料;纳米Ti02;功能纺织品;应用研究
【中图分类号】TS195 文献标识码:A 文章编号:1005-9350(20ll)O3-0O07-03
随着纺织工业的发展和人民生活水平的日益提高,人们对纺织品质量的要求越来越高,对环保和功能性的要求也日益重视,传统的纺织品已不能满足现代产业用、服用和装饰用的最新要求。现代纺织品的方向发展己朝向多元化和功能化。纳米Ti02因具有价廉无毒、粒径小、比表面积大、磁性强、催化活性高、吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大、热导性好、分散性好、稳定性好等优点而倍受关注。目前,Ti02在纺织品中主要有抗紫外线、抗菌、抗静电、消光、抗老化、自清洁和隔热等主要服用优点。
1 抗紫外性能
许多无机材料如纳米Ti02、Zn0、Si02、A1203和Fe均具有抗紫外性能。其中,纳米Ti02无毒、稳定,不但可吸收紫外线,还可透过可见光[1]。纳米Ti02作为抗紫外吸收剂己广泛应用到涤纶等合成纤维织物、天然纤维棉织物及复合材料中。鲍进跃、毕松梅[2]利用纳米Ti02对涤纶长丝织物进行整理,整理织物抗紫外吸收性能较好,耐洗性较好,且对织物的刚柔性、透气性和强力影响较小。SEM扫描结果显示纳米Ti02颗粒在织物表面呈现局部分散和团聚的不均匀状态。针对纳米Ti02易团聚的问题,邓桦等[3]采用溶胶-凝胶法制备纳米Ti02溶胶,整理棉织物具有优异的抗紫外性能,耐洗性优异,断裂强力和透气性基本不受影响。天津工业大学的张丽、杨俊玲等[4]以钛酸丁酯和乙醇为原料,采用溶胶-凝胶法制备纳米Ti02,获得了优异的抗紫外效果。赵金安、陈燕[5]利用熔体共混方式制备了纳米Ti02/聚丙烯复合材料,结果发现:Ti02含量越高,紫外光的屏蔽效果越好,纳米Ti02对聚丙烯有结晶成核作用,球晶尺寸明显减小,且复合材料力学性能良好。
2 抗菌性能
目前,抗菌剂应用广泛的是耐热性好、抗菌谱广、有效期长的无机抗菌剂。王海云、李双燕[6]等利用载银纳米二氧化钛整理棉织物,通过银离子的溶出和TiO2光催化的相互促进,获得了具有耐久性的双重抗菌织物。由于载银无机抗菌剂应用时,存在色变和抗菌性能持久性差的问题,四川大学的武晓伟、施亦东等[7]将稀土离子掺入纳米Ti02中,制备了稀土纳米Ti02复合材料。结果表明:整理织物具有较好的抑菌性能,且锐钛型优于金红石型,整理织物的强度有一定增加,白度无明显变化。
3 抗静电性能
化学纤维制品摩擦易产生静电效应,对皮肤产生危害,且易吸灰尘,给使用者带来许多不便。从使用和安全角度出发,解决静电问题是提高化学纤维制品质量的重要内容。在化纤制品中加入少量纳米微粒会产生良好的静电屏蔽性能。解芳、米丹[8]利用溶胶-凝胶法和微乳法制备的纳米Ti02水溶胶处理涤纶机织物,织物抗静电性有了明显改善。纳米二氧化钛在改善山羊绒针织物静电方面也有应用,解芳、陆凯[8]采用浸压法处理经氧化-丝胶处理的山羊绒针织物,织物的抗静电性能有较大改善。
4 消光性能
将纳米Ti02添加到化学纤维中,可对化学纤维进行消光。目前,Ti02作为消光剂主要应用于聚酯纤维中,且具有极高的不透明度。化学性质稳定、耐热耐光好,在原液、纤维中易分散,消光后不影响纤维的强度和纺丝后加工。日本尤尼吉卡公司利用纳米Ti02的折光性,采用皮芯复合纺丝方法,使皮层和芯层含有不同纳米Ti02含量,开发出了具有良好不透明性的纤维。曹可生、陈纪周[10]等采用悬浮沉降法制备出用于消光尼龙66纤维的超细锐钛型二氧化钛悬浮液。
5 抗老化性能
很多化纤纺织品在紫外线的照射下会发生分子链的降解,产生大量的自由基,从而使纺织品的颜色和强度受到很大影响。任荷玲、付自政等[11]采用紫外加速老化的方法,通过质量损失率、力学性能、色度以及羰基指数的变化,研究了金红石型纳米二氧化钛等对高密度聚乙烯(HDPE)/木纤维复合材料光老化性能的影响。测试结果表明:纳米二氧化钛对复合材料可起到明显的抗老化作用。
6 自清洁性能
纳米Ti02受紫外线激发,具有较强的光催化性能、可使污物氧化降解。中科院科研人员发现Ti02纳米微粒喷涂在材料上形成的特殊界面可使材料表面呈现出超常的双疏(疏水和疏油)性。经过处理的各种纺织面料显示出卓越的拒水和拒油性,纤维的原有理化性能如纤维强度、染料亲和力、透气性等无影响。江海风、杨建忠等[l2]将不同用量的Ti02涂覆在白色涤纶针刺无纺布和灰色高支贡丝锦毛织物表面,探讨了Ti02处理织物的自清洁性,结果表明:随着Ti02用量和时间的延长,处理织物呈现出良好的自清洁性。
7 隔热性能
二氧化钛折光指数高、光散射强、遮盖力大,以其制备的隔热功能织物可显著屏蔽太阳热辐射热量。王科林、牛家嵘等[13]以二氧化钛和氧化锌为功能粒子制得热放射涂层织物,探讨了二氧化钛和氧化锌用量对热反射涂层织物隔热性能和机械性能的影响。当二氧化钛和氧化锌的用量比为2:5时,涂层隔热性能最好。王科林、陈克宁等[14]以聚氨酯为黏合剂、Ti02为功能粒子,采用涂层方法制备了高性能的隔热涂层织物,同时整理织物的断裂强力也有显著提高,但撕破强力少有下降。
8 其它性能
纳米二氧化钛用于纺织品,除了具有上述的功能外,还可以用于改善纺织品的其它方面性能。赵海洋、姚金波[15]在棉织物抗皱整理工作液液中加入纳米二氧化钛,探讨了二氧化钛对织物抗皱整理效果及织物强力的影响,发现二氧化钛的加入可明显提高免烫织物的强力,且二氧化钛的浓度为0.1g/L时效果最佳。邓桦、郑卫宁等[16]以纳米二氧化钛、纳米二氧化硅为原料,与分散剂、黏合剂配制成功能整理剂,用于棉织物整理。结果发现织物具有良好的红外线吸收性能,其研究还发现纳米材料的种类、浓度和焙烘温度均会影响整理织物的红外线吸收性能。江海风、杨建忠[17]借助KES-FB风格测试仪对纳米Ti02整理前后的毛织物进行了各种性能测试和分析。二氧化钛的加入可对力学性能有一定改善,但是二氧化钛的含量过大时,其压缩性能、弯曲性能、剪切性能、拉伸性能均会变差。在复合材料领域,欧宝立、李笃信[18]用二氧化硅和环氧基硅烷偶联剂,制备了Ti02-O/PP/PA6纳米复合材料。二氧化硅的加入,有效提高了聚丙烯/尼龙6两相的界面作用,复合材料的拉伸和冲击强度大幅度提高,起到了很好的增容作用。
9 参考文献
[1] 程小霞,陆兆仁等.纳米Ti02在功能纺织品中的应用[J]山东纺织科技,2005(4):46-48
[2] 鲍进跃,毕松梅.PET织物纳米Ti02抗紫外整理及性能研究[J]安徽工程科技学院学报,2007,22(4);45-48
[3] 邓桦,邓宝祥等.棉织物纳米Ti02抗紫外线整理[J]纺织学报,2008,29(11);67-70
[4] 张丽,杨俊玲等,纳米Ti02的制备及在棉织物抗紫外整理中的应用[J]印染助剂,2007,24(6);37-40
[5] 赵金安,陈燕.纳米二氧化钛/聚丙烯复合材料的结晶和抗紫外性能研究[J]河南科学,2006,24(5);645-647
[6] 王海云,李双燕等.载银纳米二氧化钛对棉织物的抗菌性能研究[J]印染助剂,2009,26(10);23-26
[7] 武晓伟,施亦东等。载银纳米二氧化钛对棉织物的抗菌性能研究[J]印染助剂,2009,26(10);23-26
[8] 解芳,米丹.纳米二氧化钛水溶胶对涤纶织物的抗静电整理[J]染整技术,2008,30(10);14-15
[9] 解芳,陆凯,纳米二氧化钛在山羊绒针织物上的应用[J]毛纺科技,2007,(5);12-14
[10] 曹可生,陈纪周等.消光尼龙66纤维用超细锐钛型二氧化钛水悬浮液的制备[J]化工与材料,2007,(10);19-20
[11] 任荷玲,付自政.纳米二氧化钛等对HDPE/木纤维复合材料光老化性能的影响[J]现代塑料加工应用,2009,21(6);49-52
[12] 江海风,杨建忠等.纳米二氧化钛整理织物的自清洁和抗菌性能探讨[J]纺织科技进展,2007(1);14-15
[13] 王科林,牛家嵘等.Ti02/Zn0热反射涂层织物的研究[J]印染,2008,(19);1-4
[14] 王科林,陈克宁等。聚氨酯基Ti02隔热涂层织物[J]印染,2010,(8);5-10
[15] 赵海洋,姚金波,纳米Ti02改善棉织物抗皱整理强力损失[J]印染,2007,(10);28-29
[16] 邓桦,郑卫宁等.纳米材料用于红外线吸收织物的研究[J]上海纺织科技,2005,33(9);9-11
[17] 江海风,杨建忠等,纳米二氧化钛整理毛织物的力学性能测试[J]上海纺织科技,2009,37⑵;43-45
[18] 欧宝立,李笃信。纳米Ti02对聚丙烯/尼龙6共混物的增容作用[J]高分子材料科学与工程,2009,25(12);52-54