纳米Ti O2柞蚕丝素对棉织物的功能整理yd15120
贾艳梅，洪哲，于学智，刘治梅，郝旭 辽东学院化工与材料学院，辽宁丹东118000
收稿日期：2011-09-14
基金项目：中国纺织工业协会科技指导性项目(201 1043)
作者简介：贾艳梅(1967-)，女，辽宁丹东人，教授，硕士生导师，研究方向为染整新型助剂及应用
原载：印染助剂2012/5；36-38
【摘要】 用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2溶胶，并以该纳米TiO2和柞蚕丝素等的混合溶液对棉织物进行功能整理.用激光粒径仪表征了纳米TiO2溶胶及其柞蚕丝素整理液的粒径分布，测试了整理前后棉织物的抗紫外线性能、润湿性能(接触角)、悬垂风格、白度及撕破强力.结果表明：制得的纳米TiO2溶胶及其柞蚕丝素整理液中纳米粒子的平均粒径分别为13.31 nm和77.90 nm，经纳米TiO2/柞蚕丝素整理的棉织物抗紫外约性能优良，UPF值大幅增加，棉织物的柔软度、悬垂风格及吸湿性得到改善，撕破强力及白度稍有下降.
【关键词】 纳米TiO2；柞蚕丝素；棉织物；功能整理
【中图分类号】TQ134.1 1 文献标识码：B 文章编号：1004-0439(2012)05-0036-03
纳米TiO2具有无毒、无味、活性高、热稳定性好、不易分解等特点，可赋予纺织品优异的抗紫外线、抗菌、抗老化等功能，已成为近年来功能纺织品开发研究的热点之一[1-2],怛是直接使用纳米粒子存在容易团聚、分散困难的问题，且存在整理后织物手感、悬垂风格、吸湿透气性能变差等缺点，在一定程度上影响了纳米材料的广泛应用.柞蚕丝素是柞蚕丝蛋白的水解产物，其中蕴含的氨基酸对人体具有保健作用，而棉纤维吸附动物性蛋白氨基酸，赋予其原来所没有的抗皱性、伸缩性、蓬松性和形状记忆性等优良特点[3-6].采用纳米TiO2/柞蚕丝素整理棉织物，在赋予棉织物纳米材料优异特性的同时，兼具丝绸的手感、悬垂风格、光泽及吸湿性能，可大幅度提高棉织物的质量及服用性能.本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2，以该纳米TiO2与柞蚕丝素的混合溶液对纯棉织物进行整理。
1 试验
1.1 材料与仪器
材料：柞蚕丝素(自制，分子质量1 000~5 000)，纯棉平纹织物，钛酸四丁酯，无水乙醇，硝酸，柠檬酸，次亚磷酸钠等均为分析纯.仪器：NPA150型激光粒度分析仪(美国Microtrac公司)，T9001双光束紫外一可见光谱仪(北京普西通用仪器有限公司)，M506-II织物悬垂性风格测试仪(青岛山纺仪器有限公司)，ACDI系列全自动测色色差计(北京辰泰克仪器有限公司)，YG033A织物撕破强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)，标准型接触角测量仪DSA20(德国KRUSS)，SDL Atlas纺织品紫外性能测试仪f美国SDL Atlas仪器有限公司)等。
1.2 纳米TiO2的制备
采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2，将钛酸四丁酯20 mL与100 mL无水乙醇混合，快速搅拌下将其滴加到硝酸水溶液(pH=3.0)中，继续搅拌一定时间，静置48 h，得到半透明的纳米TiO2溶胶.
1.3 纳米TiO2/柞蚕丝素对棉织物的整理
分别采用纳米TiO2(纳米TiO2 30 g／L，Tween-80 2g／L)和纳米TiO2/柞蚕丝素整理液(纳米TiO2 30 g／L，柞蚕丝素20 g／L，柠檬酸10 g／L，次亚磷酸钠10 g／L，Tween-80 2 g／L)对棉织物进行整理，基本工艺为：浸渍整理液(40～5O℃，30 min，浴比1:20)→一浸一轧（轧余率90％) →预烘（9O ℃，3-5 min) →焙烘(160℃，90 s) →水洗→烘干。
1.4 测试
粒径：采用激光粒度分析仪分别测定纳米TiO2溶胶及纳米Ti02／柞蚕丝素整理液的粒径分布。
紫外光谱：采用双光束紫外-可见光谱仪测定制备的纳米TiO2溶胶及其与柞蚕丝素整理液的紫外透过光谱，以蒸馏水作为参比溶液。
抗紫外线性能：采用纺织品紫外性能测试仪，参照AATCC Test Method183-2000方法测试，其效果用紫外线防护系数( 表示. F值越高，织物抗紫外线性能越好.
接触角：采用标准型接触角测量仪进行测定，以水滴接触织物的即时接触角和润湿时间为评价指标.悬垂风格、白度及强力：分别采用织物悬垂性风格测试仪、全自动测色色差计、织物撕破强力仪进行测定。
2 结果与讨论
2.1 纳米TiO2及其与柞蚕丝素整理液的粒径分析
采用溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2平均粒径(D 50)为13.31 nm，其粒径范围为10.74-17.19 nm；纳米TiO2/柞蚕丝素整理液中纳米TiO2粒子的平均粒径（D50 )为77.90 nm，其粒径范围为24.24～305.12 nm.表明所制备的纳米TiO2粒径分布均匀，在整理液中TiO2能够保持良好的分散性能，平均粒径在纳米级。
2.2 抗紫外线性能
2.2.1 纳米TiO2及其柞蚕丝素整理液的紫外光谱
由图1可知，纳米TiO2的紫外光透过率极低，360nm以下紫外光透过率为O，而纳米TiO2/柞蚕丝素整理液的紫外光透过率低于纳米TiO2溶胶，表明所制备的纳米TiO2／柞蚕丝素整理剂有良好的阻断紫外线功能。
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图1 纳米TiO2溶胶及纳米TiO2/柞蚕丝素整理液的紫外光谱图 |
2.2.2 棉织物的抗紫外线性能
从表1可知，经纳米TiO2整理以及纳米TiO2/柞蚕丝素复合整理后棉织物的UVA和UVB波段紫外线透过率均较整理前明显降低，其UPF值大幅增加，UPF等级达到50+，属于极好的防护级别，说明整理后棉织物具有优异的紫外线防护性能。
表1 棉织物的抗紫外线性能
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织物 |
透过率% |
UPF值 |
UPF等级 |
|
|
UVA |
UVB |
|||
|
未整理 |
28.1 |
18.3 |
3.8 |
0 |
|
TiO2整理 |
11.9 |
1.3 |
57.6 |
50+ |
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TiO2/柞蚕丝素整理 |
12.0 |
1.1 |
58.3 |
50+ |
2.3 棉织物的润湿性能
图2说明，未整理棉织物、经纳米TiO2/柞蚕丝素整理及纳米TiO2整理棉织物的瞬时接触角分别为18.9°、12.3°、20.5°，润湿时间分别为25.5 s、21.1 s、28.7 s.说明棉织物单经纳米TiO2整理后吸湿性下降，而经纳米TiO2/蚕丝素整理后润湿性得到提高。
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图2 未整理(a)、纳米TiO2/柞蚕丝素整理(b)、纳米TiO2整理 (c)棉织物的接触角 |
2.4 棉织物的撕破强力、白度及悬垂风格
由表2可知，棉织物经整理后撕破强力和白度均下降，而纳米TiO2整理试样的强力和白度下降幅度高于经纳米TiO2／柞蚕丝素整理试样.经纳米Ti02整理后棉织物的柔软度及悬垂系数降低.而经纳米TiO2/柞蚕丝素整理后棉织物的柔软度及悬垂系数较整理前有所提高.因为柞蚕丝素是天然的蛋白质，其结构中的氨基酸通过柠檬酸与棉纤维发生交联反应，使棉织物的手感风格具有丝绸的特性.柔软度及悬垂风格得到改善。试验表明：单纯的纳米TiO2整理会使棉织物的悬垂风格及柔软度受到一定影响。而柞蚕丝素与之复配后.改善了这一不足.
表2整理前后棉织物的撕破强力及白度
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织物 |
白度 |
撕友强力 |
硬挺系数% |
悬垂度% |
||
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经向 |
纬向 |
静态 |
动态 |
|||
|
未整理 |
70.19 |
16.6 |
18.0 |
-45.62 |
120.14 |
121.54 |
|
TiO2整理 |
67.91 |
16.0 |
12.3 |
-40.60 |
107.25 |
118.44 |
|
TiO2/柞蚕丝素整理 |
68.74 |
16.5 |
14.8 |
120.93 |
123.09 |
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3结论
(1)采用溶胶-凝胶法制备了纳米Ti02,经测定所制备的纳米TiO2平均粒径为13.3lnm,纳米TiO2/柞蚕丝素整理液中粒子的平均粒径为77.90 nm，说明所制备的纳米Ti02粒径分布均匀，且在柞蚕丝素混合整理液中能保持较好的分散效果。
(2)经纳米TiO2/柞蚕丝素整理后.棉织物的抗紫外线性能、柔软度、悬垂风格及吸湿性能得到提高.白度及撕破强力下降.但下降程度低于单独纳米TiO2整理的棉织物.
参考文献：
[1]邓桦，张纪梅，李秀明等.纳米二氧化钛多功能织物整理剂的制备与性能[J]纺织学报.2006,27(3)；92-95
[2]邸云萍，徐利华，张文丽，高活性纳米二氧化钛光催化剂的溶胶-凝胶法制备和表征[J]稀有金属材料与工程，2008，37(2)322-327
[3]冯家好，李俊，程春娇.丝素蛋白对棉织物整理[J]丝绸.2007（1）；3I-35
[4]卢明，任毓君，丝素/柠檬酸防皱整理棉织物的初步研究[J]蚕学通汛，2005,25(2)4-9
[5]贾艳梅，用柞蚕丝素/柠檬酸对柞蚕丝绸的抗皱增重整理研究[J]蚕业科学2010,36（5)；813-817
[6]PAN Y.LI
Y J.ZHAO H Y.et al.Bioadhesive polysaccharide in pro tein delivery system
chitosan nanoparticles improve the intestinal absoption of insulin
invivo[J]Int.J.Pharm.2002,249(1-2)：139