纳米功能性纺织品表面颗粒物的迁移性yd14115
顾娟红，陈军，钟海舰，郑利，郑晨 苏州出人境检验检疫局，江苏苏州215104；2.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿牛研究所，江苏苏州215125
收稿日期：2010-07-21 修回日期：2011-05-06
基金项目：质检公益性行业科研专项(10-60)
作者简介：顾娟红(1973-)，女，工程师，硕士。研究方向为生态纺织品检测、E-nmil：gujh73@ yahoo.com.cn
原载：纺织学报2011/8；98-101
【摘要】选取分别经纳米氧化锌和纳米二氧化钛整理的纺织品为研究对象，通过扫描电镜及元素分析观测纤维表面纳米材料的仔在和形貌，利用激光粒度分析仪及电感耦合等离子体质谱仪分析模拟条件下的浸液，探讨是否存在因汗渍、水浸引起纳米颗粒物的脱落，以及在迁移过程中纳米颗粒物粒径的变化。实验结果表明： 织物纤维面分散分布着不规则的颗粒物，粒径从纳米级到微米级，由元素分析可知观察到的颗粒物分别是ZnO和TiO2汗渍或水浸可以导致纳米材料的脱落和溶解，但浸提液中的颗粒物粒径在微米级。
【关键词】纳米功能性纺织品；颗粒物；迁移性；粒径
【中图分类号】TS l97 文献标志码：A 文章编号：0253-9721(2011)08-0098-04
纳米材料具有常规材料无法比拟的特点和功能，近年来，它作为一种新型的纺织品功能整理剂已经引起极大关注，并促使传统的纺织业向高科技产业转化。纳米材料和纳米技术在纺织行业的应用首先须解决纳米功能纺织品使用过程中的安全性问题。单一纳米材料的毒性研究显示，游离的纳米颗粒和纳米管可能会穿透细胞有损人体健康，因此必须关注作为最终成品的纳米纺织品是否存在纳米材料颗粒暴露的不确定风险。
本文选择经纳米氧化锌和氧化钛后整理的功能性纺织品为研究对象，通过测定在产品，li命周期特定暴露环境下(本文以汗浸和水浸为例说明)纤维表面纳米颗粒物的脱落和溶出量，并用激光粒度仪分析上述模拟使用情况下浸提液中自纤维脱落的颗粒物粒径分布，从而对纳米功能性纺织品的品质安全性进行评价。
1.1 材料和仪器
按照GB／T 3922-1995《纺织品耐汗渍色牢度试验方法》配制模拟汗液。模拟人体酸性汗液：取L-组氨酸盐酸盐0.5 g，氯化钠5 g，水合磷酸二氯钠2.2 g，配成l L溶液，用O.01mol／L的盐酸溶液调节pH值至5.5,现配现用;模拟人体碱性汁液：取L-组氨酸盐酸盐O.5
g，氯化钠5 g,二水水合磷酸氢二钠2.5 g.制成l L溶液,用0.01mol／L氢氧化钠溶液调节pH值至8.0,现配现用；锌、钛标准溶液(国家标准物质研究中心)：100mg／L：Agilent内标Part#5l83(Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi，选择Sc、Ge作为内标)：100mg／L；Agilent调谐液Part#5185-5959(Li、Mg、Y、Ce、Ti、Co)：l µg／L。纳米整理棉织物：TiO2质量分数为0.4％(30～50 nm,下同).UPF(紫外线防护系数)为-44.7；ZnO质量分数为0.6％，UPF为-32.5。
德国新帕泰克公司激光粒度仪(型号：nanophox)；Agilent
7500cx四极杆电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)；日立S-3400N扫摘电镜仪：Milli-Q纯水机。
1.2 织物表面颗粒物形态及元素分析
随机选取5 mm×5 mm样品，用导电胶布固定在样品托上，镀上金属导电膜，送入扫描电镜样品室，抽真空.凋节参数观测[4]。
1.3 织物模拟使用试验(耐汗渍和水浸)
室温条件下准确称取适量样品,剪碎后置于具塞锥形瓶中,按l g样品50 mL浸提液的比例分别加入一定量模拟人体酸性汗液、碱性汗液及去离子水，加塞密封,37℃。下水浴振荡60min(60r/min)。移取1.0 mL滤液用去离子水容至50mL,采用电感耦合等离子体质谱仪测定目标元素锌和钛的含量[5-8]。
1.4 脱落的纳米颗粒物粒径分析
将1.3所得的浸提液立即用激光粒度仪分折其中颗粒物的粒径[4]。
2 结果与讨论
2．1 织物表面颗粒物形态及元素分析
用描电镜观察钠米整理棉织物表面的颗粒物 形态及进行元素分析，结果如图l、2所示。
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图1 棉ZnO及棉TiO2的扫描电镜照片 |
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图2 棉ZnO及棉TiO2能谱分析图 |
由图1、2可见，织物纤维表面上分布着不规则的颗粒物，其粒径分布较广，从纳米级到微米级，最高达到几十微米，这可能是颗粒物发生堆积或团聚所致。元素分析结果表明观察到的颗粒物分别是Zn0和TiO2。．
2．2 浸提液中纳米颗粒物粒径分析
将浸提液分别进行激光粒度分析，以了解纳米颗粒物脱落后的粒径大小。纳米ZnO整理的棉织物分别经酸液和去离子水浸提后，浸提液的激光粒度分析结果如图3所示。
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图3 激光粒度分析图 |
由图3可见．浸提液中未检测到纳米颗粒物。其他浸提液的检测结果均显示没有小于100 nm的颗粒物存在。各浸提液中颗粒物粒度分布范围检测结果见表1。
表1 颗粒物粒径分析
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分析物 |
X10 |
X90 |
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人工酸液 |
人工碱液 |
去离子水 |
人工酸液 |
人工碱液 |
去离子水 |
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氧化锌 |
342.96±34.25 |
484.64±26.52 |
950.32±97.33 |
495.07±72.14 |
682.33±32.59 |
1478.82±151.40 |
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二氧化钛 |
460.20±30.85 |
760.50±185.05 |
861.19±4.02 |
711.15±58.16 |
1129.62±312.66 |
1310.01±13.25 |
注：X10、X90表示在累计粒度分布曲线上，10％、90％体积(质量)的颗粒直径比此值小：
表1数据表明，纳米颗粒物从织物表面脱落后基本都发生了不同程度的团聚而达到微米级。
2．3 浸提液中锌和钛的含量
在1．3确定的萃取条件下(温度为37℃；时间为60 min；振荡)，不同浸提液中测得各元素含量，结果见表2。
实验结果表明，浸提液中含有相应的纳米材料元素锌和钛。可见，织物上的无机纳米颗粒物在实验条件下能够从织物上迁移到浸提液中。实验所测得的浸提液中锌和钛的含量包括脱落的部分，也可能有溶解的部分。
表2不同浸提液中锌和钛的含量(H=3)
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浸提液 |
pH值 |
浸提出来液中锌质量浓度µg/L |
浸提出来液中钛质量浓度µg/L |
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人工碱性汗液 |
8.0 |
30.72 |
1.08 |
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人工酸性汗液 |
5.5 |
17.36 |
1.62 |
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去离子水 |
6.5 |
9.52 |
0.79 |
数据显示，对氧化钛而言，酸性浸提液更易将其浸提出来；由于氧化锌具有两性，因此在酸液和碱液中均有较大的溶出，而且碱性浸提液更易将其浸提出来。激光粒度仪所分析的是其中脱落的颗粒物部分。
3 结语
对经纳米氧化锌、氧化钛整理的棉织物样品在服用过程中纳米颗粒物的迁移性进行研究。实验发现，经纳米整理过的织物表面分散分布着不同粒径的纳米颗粒物，使得织物具有了一定的抗紫外线性能。在模拟条件下，纳米颗粒物能够从织物样品迁移到人体汗液和去离子水中(包括溶解和脱落的2个部分)，但纳米颗粒物从织物表面脱落后发生了不同程度的团聚而达到了微米级，在现有的实验条件下未检测到浸提液中有小于100 nm的颗粒物存在。
为建立纳米纺织品的安全性评估体系，对迁移出的颗粒物是否会因为团聚而失去纳米功能从而对人类和环境并不构成任何负面影响，织物上的纳米颗粒物是否会通过摩擦而迁移到人体内部等问题进行深入研究是非常必要的。
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