用光催化剂对纤维的抗菌、消臭整理yd13818

日本《加工技术》 2000年 No.9；34~37页

何中琴译王雪良校

原载：印染译丛2001/12；69-72

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一、背景

在家庭、学校、公共设施、工作现场、生活环境中，对抗菌、防臭产品的需求正在快速增长。另一方面，环境问题、对化学物质的过敏症上又遇到了新问题。如果是过去，适合于用药物解决与细菌和臭味有关的问题、已变得较为困难，而且在产品的设计、规划上的限制、也在增多。

有川稔英等人制造了将光催化剂固着在纤维上的抗菌、防(消)臭纤维产品 《加工技术》No 4中已对这种产品特性、适用例子作了介绍。

光催化剂作为抗菌剂、抗臭剂的重要特征可列举为，它不溶于空气、水，能长时问有效地发挥效果，但耳前各种产品中使用的光催化剂并非有这种特性。

作为代表性的光催化剂TiO2(二氧化钛)，在它的表面上分解水，生成OH自由基，而这种自由基能和附近的细菌、臭味等反应，使其分解，所以可用作抗菌、消(防)臭剂。此外，因为氧化钛本身在反应前、后没有变化，所以其抗菌、防(消)臭效果可连续保持。

适用于纤维产品的光催化剂，以前可有各种各样，但在光催化剂表面上产生的OH自由基会分解将光催化剂固着在纤维上用的粘合剂和纤维，所以难以实际使用。

本文介绍对纤维产品加工用的光催化剂设计，以及对纤维产品的加工方法。

二、光催化剂的材料设计

1、一般的光催化剂

目前，一般称作光催化剂而被广泛使用的是TiO2或以其为主的陶瓷，多数是l0-6～10-9米的微粒。使用TiO2的理由可列举以下：

(1)TiO2 上产生的OH自由基活性高，能有救地分解细菌、臭味成分、VOC、NOx、SOx等，利用价值高；

 (2)过去，TiO2作为粉末，广泛地用于涂料、化妆品等，已经积累了有关制造方法、微粒化(用高的表面积化，提高表观活性)等技术；

(3)TiO2本身不仅价格较廉，而且安全性高。

在TiO2的结晶状态上，已知有板钛矿型、锐钛矿型、金红石型。其中，用作光催化剂的是对水还原能力强的锐钛矿型。

获得这种锐钛矿型TiO2的方法有，络合物离子还原、原材料的热分解、水解等，正在根据使用用途和基本材料(催化剂载体)进行选择。基本材料上的TiO2化方法是，因为不需要将TiO2固定在基本材料上的加工过程，所 生成的TiOt在基本材料表面上呈现高效率，所以容易提高其活性。另一方面，在TiO2化时，往往要施加几百度的热量，所以基本材料仅限于金属、陶瓷、玻璃等。

与此相反，在单独制做TiO2时，因为和基本材料无关，所以可在理想条件下制造光催化剂，但在将光催化剂固定在基本材料上时，住往要使用某种粘合剂，被粘合剂覆盖的部分，光催化剂活性容易降低。

2、纤维用的光催化剂加工剂在将光催化剂加工纤维时，有川稔英等人尽可能利用现有纤维加工技术(加工方法)，对光催化剂进行了改进。其理由如下：

(1)可以避免因特殊加工设备的设计和增建的劳动力以及风险；

(2)可以利用已经开发、市售的耐洗涤等性能要求的粘合剂；

(3)可以利用和外观、手感等有关的专门技能(一般催化剂的外观、手感等是不需求的特性，我们也没有这方面的知识)。

目前，光催化剂尚未用于纤维的理由是，在其表面生成的OH自由基活性高，会分解一般的树脂、纤维。不过，单纯降低光催化剂活性，或减少其用量，因关系到效果的降低、所都并无意义。

于是，有川稔英的光催化剂因为符合于相应的需求，即不仅发挥了实用的效果，而且还并不分解纤维 此外，为了利用上述现有的纤维加工技术，具有了图1的结构。首先，这种光催化剂的活性比一般光催化剂小，为使其电化学反应进行和缓，将作为电极固定在活性较低的130上此外，为了能将菌类、臭味成分用光催化剂加以有效地分解，将它和羟基磷灰石(吸附剂)复合化。通过这种方法，基本上不会损伤纤维、粘合剂，得到了具有抗菌、消臭效果的实用光催化剂。

图I 纤维加工用的光催化剂示意图

污柳、杂苗类吸附在吸附剂(牲基礴灰石 后 通过光催

化剂上产生的话性氧(主要是OH自由基)被有效地分解

为将光催化剂固定在纤维上，必须使用粘合剂，但在有川稔英的光催化剂，基本上可以利用现有的纤维加工用粘合剂。但是，因为光催化剂是一种陶瓷，所以加工后的织物(产品)手感会受到一些影响。为此，必须选用不影响加工织物手感的粘合剂。但必须注意的是，为了防止织物手感变差；如选择柔软的粘合剂，刚在这次试验中有着耐洗性变差的问题。

此外，除纤维外，可根据粘合剂的选择，也可以对金属、薄膜、纸、木材等进行加工。实际上，为了适合各种基本材料，有川稔英已有几种加工剂。

三、具体加工法

光催化剂对纤维的加工法可有以下两大类：

   (1)光催化剂掺和在纤维本体中；

(2)对坯布、产品进行光催化剂后加工。

1、掺和在纤维中

在(1)方法方面，因为纤维本身兼为粘合剂，所 可省略使光催化剂固定的加工过程。但是，因为不露于纤维表面的光催化剂不发挥抗菌、消臭效果，所以有时必须有使光催化剂露出的加工过程。此外，假如为了提高抗菌、消臭效果、增加光催化剂的含量，可能会降低纤维拉伸强度，或产生纤维分解的不利情况。

这种掺和方法成为实用化的关键是纤维设计、制造技术。此外，因为是对纤维本身加工，所以有少量对生产不经济的问题，所以不加采用。

2、光催化剂在坯布、产品上的后加工方法(2)主要是使用印刷、浸渍等，通过粘合剂，将光催化剂固定在纤维表面上的方法。如果光催化剂不露于纤维表面，它就不能发挥所需功能，所以必须将光催化剂置于坯布(纤维)表面。而作为表面处理的印刷、浸渍方法是一种良好方法。此外，浸渍法不仅对整匹坯布，就是对现有的坯布、产品也能进行加工，可以根据需求、用途灵活使用。

(1)筛网印刷

在有川稔英采用光催化荆对纤维的加工方法中，筛网印刷是最有效的加工方法。加工对象主要是以经常置于潮湿环境中，容易产生杂菌、臭味的毛巾坯布为主 由于容易增加单位加工面积上的光催化剂加工量，所以容易制成高功能产品，但另一方面，容易损伤织物手感。为了使抗菌、防臭效果和毛巾所需手感并存，进行了印刷图案和印刷面积的探讨，并正在实际应用

(2)浸渍

从加工精度、成本方向来看，光催化剂的浸渍加工基本上是整匹坯布进行的。这种浸渍方法本身是和浸渍其它加工剂的情况相同。也就是，将前处理后的整匹坯布、浸渍在含粘合剂的光催化剂加工剂中，然后浸轧→干燥→热处理，使光催化剂固定在纤维上另一方面，象不需要整匹坯布大量加工的试样、袜子等，对不存在整匹坯布的产品加工来说，正在用洗涤机、通过上浆之类的工艺进行加工。对成品进行浸渍加工的教加工物有，内衣、床上用品、袜子等，在和整匹坯布比较，由于它们的形状相当复杂，所以容易产生光催化剂的附着不匀。必须事先进行充分探讨。另一方面，这种浸渍法的魅力是，容易和小批量、多品种相适应；产品规划时，经费负担小。

四、效果

消臭效果

如上所述，光催化剂是通过其表面上产生的OH自由基，才发挥抗菌、防臭效果的，但因OH自由基的寿命非常短，所以它只存在于极靠近光催化剂的地方。为此，在将光催化剂附着在纤维上时，虽然有可能抑制纤维上的杂菌、和纤维产生的臭味；但为了消除环境中的臭味，就要考虑到将光催化剂置于臭味发生源附近、及其用量，和其它方式拼用(使臭味成分和光催化剂接触频度提高的通风设备等)。

臭味的评定似平没有规定的方法，即使部分条件固定，但考虑到的是，因为将吸附剂定为标准，所以将有持续效果，但对臭味分解速度慢的光催化剂材料作为评定条件是苛刻的。

报导了对其有防臭效果的成分有，氨、硫化氢、甲硫醇、三甲胺、醋酸等，但在几处看护实施的实际使用上，用征询等报导的使用例

子表示于表1。

表l 光催化荆在看护设施上的使用事倒

对象

加工产品

光催化剂加工法

使用前后的状态

居民

装有贮屎导管的袋

筛网印刷

B→D

尿布罩、鞋垫

浸渍（产品后加工)

A++→B

汗衫，内衣

浸渍（产品后加工)

A→C

睡衣裤

浸渍(产品后加工)

A→C

浴室窗帘

浸渍（产品后加工)

A→C

室内窗帘

浸渍(产品后加工)

A→C

整匹、手套

浸溃（产品后加工）

捏紧手指，握在居民手中A→C

看护士

工作裙

浸渍(产品后加工)

一次／天更换→0.5次／天更换

制服(上下毛衣)

浸渍(产品后加工)

一次／天更换→O.5次／天更换

袜子

浸渍(产品后加工)

傍晚时没有潮湿感

洗面用毛巾

筛网印刷

8次／日交换→4次／日交换

尿布更换台车

浸渍(产品后加工)

A+++→C

注：（臭味记述)：A：强臭味；B：能够容忍的臭味；C：感觉不到臭味； D：几乎感觉不到的臭味

虽然臭味不只限于看护实施，但因它和细菌不同，容易感觉到它的存在。所以对看护-被看护方面来说，容易成为负担有臭味问题的地方有，① 疾病等因细菌产生的臭味；③ 便、尿其本身产生的臭味。

对①来说。虽然随着时间的增长，细菌数增加，从而臭味增强，但经擦拭清洁后等，使菌数少时，将光催化剂加工的织物和臭味产生部分接触，则由于能抑制细菌繁殖，就难以产生臭味；对② 来说，有必要抑制臭味成分的本身。此外，报导了虽然光催化剂浓度高的情况较多，但如将光催化剂加工织物用于内衣、尿布垫、装污物用器的盖子等是有效的。

五、结束语

光催化剂是通过其表面上生成的OH自由基，发挥抗菌、防臭效果的材料。另一方面，因为它也分解纤维和粘合剂，所以为使效果和实用性并存，必须设计出最适用于纤维加工的光催化剂。有川稔英的光催化剂不仅抑制了光催化剂本身的活性，而且通过和羟基磷灰石复合化，以弥补抗菌、防臭效果的降低，使它发挥实用效果。

光催化剂的抗菌、防臭效果是通过OH自由基而产生的，难以产生耐性菌，可有效地分解臭味等。具有传统抗菌剂、消臭剂等所不具备的特点。

在用光催化剂加工的纤维产品方面，对看护领域可考虑为有希望的用途。在该领域中，看护方面、被看护方面，都和卫生、臭味有着很大关系，已成为问题。今后，随着老龄人口的增加，预计这个问题会日益加剧。

目前，光催化剂加工的纤维产品已在几家老人福利没施上使用，但根据实际使用的看护人员报导，光催化剂能有效地减轻和臭味和症状、心理压力等，减轻看护频率，看来光催化剂是缓和上述问题的有效手段。