納米光觸媒應(yīng)用于紡織品，可賦予光催化功能，進(jìn)而使其獲得降解揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）、除異味、抗菌、防污或自清潔等功能。將這類光觸媒功能紡織品用于汽車內(nèi)飾材料和室內(nèi)裝飾家紡用品，可持久地降解VOC，凈化車內(nèi)和室內(nèi)空氣。

　　目前，國(guó)內(nèi)外將納米光觸媒應(yīng)用于紡織品的方法主要有兩種：一種是將納米光觸媒與紡絲原液共混紡絲；另一種是將納米光觸媒涂覆在纖維或織物表面。這兩種方法都存在一個(gè)如何有效解決光觸媒與空氣和光線充分接觸以產(chǎn)生光催化作用的問(wèn)題，以及如何控制光觸媒本身對(duì)纖維性能造成影響的問(wèn)題。因?yàn)榭椢锷系墓庥|媒在發(fā)揮光催化功能的同時(shí)，也容易使纖維材料劣化。光觸媒的強(qiáng)氧化能力會(huì)使纖維的大分子鏈段部分?jǐn)嗔眩瑥亩�削弱纖維的超分子結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致纖維宏觀機(jī)械性能的下降。因此，在應(yīng)用納米TiO2光觸媒劑處理織物，開(kāi)發(fā)具有光觸媒功能紡織品時(shí)，應(yīng)對(duì)光觸媒造成纖維材料劣化的問(wèn)題引起足夠重視。

　　本項(xiàng)目在自制的改性納米光觸媒水溶膠基礎(chǔ)上，引入硅氧基等保護(hù)基團(tuán)，制成具有反應(yīng)性基團(tuán)的納米有機(jī)化合物，并進(jìn)行必要的與纖維基材之間的化學(xué)隔離，以提高納米TiO2 與纖維的反應(yīng)性和負(fù)載納米光觸媒織物的穩(wěn)定性。同時(shí)，采用接枝或交聯(lián)方法，進(jìn)一步優(yōu)化納米TiO2 在織物上的分散均勻性及其與纖維結(jié)合的堅(jiān)牢度，使紡織品既獲得耐久性光催化降解性能，又不會(huì)產(chǎn)生明顯的劣化現(xiàn)象。

　　1 試驗(yàn)

　　1.1 材料

　　光觸媒整理劑 未改性納米TiO2；自制改性納米TiO2整理劑Nano PC，Nano PC一1，Nano PC-2和NanoPc-3[其中，Nano PC未加交聯(lián)劑；,Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC-3分別由Nano PC與一定量的交聯(lián)劑PU（聚氨酯），CHS（羥基硅油），HS（含氫硅油）和s（丙烯酸）復(fù)合而成]。

　　織物：l8.2 tex X 18.2 tex 268根/10 am x268根/10 cm全棉平紋織物（半制品，上海申達(dá)二印染整公司）。

　　1.2 整理工藝

　　二浸二二軋（整理劑用量l%，軋液率80%）一預(yù)烘（80 ℃X 5 min）一焙烘（130～150℃ ，3～5 min）一水洗一皂洗一烘干

　　1.3 測(cè)試方法

　　1.3.1 甲醛降解率

　　靜態(tài)測(cè)試法吸取375 mg/L甲醛溶液100 mL置于表面皿，然后放人玻璃干燥器底部，中間墊上陶瓷透氣板。在一半徑為12 cm的培養(yǎng)皿里放人100 mL蒸餾水作為吸收液，用橡筋把測(cè)試織物扣在培養(yǎng)皿上，隨后把培養(yǎng)皿置于玻璃干燥器的陶瓷透氣板上，蓋上涂過(guò)密封膠的玻璃蓋，將干燥器放入自制的VOC降解測(cè)試箱，用紫外燈照射24 h；取出培養(yǎng)皿，用移液管吸取5 mL甲醛吸收液，加入5 mL乙酰丙酮，與空白試劑（5 mL蒸餾水+5 mL乙酰丙酮）一起在60℃水浴中顯色0.5 h，冷卻后用724型分光光度儀在414 nm波長(zhǎng)下測(cè)吸光度，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線得到甲醛溶液濃度，按式

　�。�1）計(jì)算降解率：

　　式中：a—— 光觸媒整理前織物對(duì)應(yīng)吸收液的甲醛濃度；

　　b—— 光觸媒整理后織物對(duì)應(yīng)吸收液的甲醛濃度。

　　1.3.2 棉纖維聚合度

　　采用銅氨溶液法。

　　1.3.3 織物強(qiáng)力

　　斷裂強(qiáng)力參照GB/T 3923.1-1997《紡織品織物拉伸性能第l部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》，在YG（B）026D一250型電子織物強(qiáng)力機(jī)上測(cè)試。

　　撕破強(qiáng)力參照GB/T 3917.1一l997《紡織品織物撕破性能第一部分：撕破強(qiáng)力的測(cè)定沖擊擺錘法》，在YG033織物撕裂儀上測(cè)試。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 納米TiO2的表面改性

　　納米TiO2 粒子表面富含大量鈦羥基（Ti一0H），具有良好的親水性和反應(yīng)性，易與硅氧烷等活性基團(tuán)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵（如鈦硅氧鍵等）結(jié)合。本試驗(yàn)利用自制納米TiO2 前驅(qū)體膠粒（A）表面富含的大量鈦羥基.與含有硅氧烷等功能活性基團(tuán)的改性劑（B），在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)，生成鈦硅氧鍵，得到表面改性納米TiO2 粒子。其反應(yīng)機(jī)理見(jiàn)：

　　下述反應(yīng)在改性納米TiO2 膠粒表面引入了功能基團(tuán)R，當(dāng)R為活性基團(tuán)（如環(huán)氧基、硅氧烷基等）時(shí)，可在一定條件下直接與纖維中的某些基團(tuán)（如羥基、胺基和酰胺基等）發(fā)生接枝反應(yīng)，形成共價(jià)鍵結(jié)合；當(dāng)R為一NH，和一OH等時(shí)，則可通過(guò)交聯(lián)劑的作用使改性納米TiO2 與纖維結(jié)合。改性納米TiO2 表面存在的硅氧烷基等基團(tuán)，還可以避免納米TiO2 與纖維直接接觸，降低TiO2 對(duì)纖維的光氧化作用，從而緩解纖維的劣化。

　　2.2 光觸媒整理工藝

　　2.2.1 光觸媒整理劑用量對(duì)甲醛降解率的影響

　　采用不同用量的光觸媒整理劑Nano PC處理織物，測(cè)定其降解甲醛的能力，結(jié)果見(jiàn)表1。

　　由表l可知，增加光觸媒整理劑Nano PC用量，有利于提高織物的光催化性能，但用量超過(guò)1%時(shí)，其用量的增加對(duì)降解甲醛能力的提高已不明顯。因此，一般光觸媒整理劑Nano PC處理織物時(shí)，用量應(yīng)選擇1%左右。

　　2.2.2 交聯(lián)劑用量對(duì)甲醛降解率的影響

　　分別采用不同用量多活性基交聯(lián)劑與Nano PC復(fù)合的光觸媒整理劑Nano PC.1處理織物，測(cè)定其降解甲醛的能力，結(jié)果見(jiàn)表2。

　　由表2可知，在Nano PC中加入交聯(lián)劑后，整理織物降解甲醛的能力較不加交聯(lián)劑時(shí)有所下降，且隨著交聯(lián)劑用量的增加，整理織物對(duì)甲醛的降解率逐步降低。這是因?yàn)榻宦?lián)劑為多活性基化合物，在一定條件下活性基問(wèn)會(huì)相互交聯(lián)，在織物表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜，一定程度上阻礙了光觸媒整理劑與甲醛反應(yīng)。

　　因此，為了提高光觸媒整理劑光催化效果的持久性而加入的交聯(lián)劑，應(yīng)選擇其適當(dāng)?shù)募尤肓�，一般以光觸媒整理劑與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為（1：0.5）一（1：1）為宜。同樣，在光觸媒整理劑Nano PC中加入含其它活性基團(tuán)的交聯(lián)劑后，其降解甲醛的能力也與加入交聯(lián)劑的量有一定的關(guān)系。

　　2.2.3 焙烘溫度和時(shí)間對(duì)甲醛降解率的影響

　　改變焙烘溫度和時(shí)間，分別用納米光觸媒整理劑Nano PC，Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3處理織物，然后測(cè)定處理后織物降解甲醛的能力，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

　　由表3和表4可知，隨著焙烘溫度的升高和焙烘時(shí)間的延長(zhǎng)，各光觸媒整理劑處理織物降解甲醛的能力逐步提高；當(dāng)焙烘溫度為130 ℃，焙烘時(shí)間為5 min時(shí)，降解甲醛的效率已比較理想，若再進(jìn)一步升高溫度或延長(zhǎng)焙烘時(shí)間，甲醛降解率無(wú)明顯提高，反而會(huì)影響織物手感。因此，焙烘溫度應(yīng)選擇130 oC左右，焙烘時(shí)間應(yīng)選擇5 min左右。

　　2.3 光觸媒處理織物的耐洗性

　　分別采用未改性納米TiO2，光觸媒整理劑NanoPC，Nano PC一1，Nano PC-2和Nano PC一3處理織物；測(cè)定織物洗滌5次，lO次和20次后的降解甲醛能力，結(jié)果見(jiàn)表5

　　由表5可知，光觸媒整理劑Nano PC處理織物經(jīng)過(guò)洗滌后，其降解甲醛的性能有一定程度的下降，且洗滌次數(shù)越多，下降幅度越大。而在Nano PC中加人交聯(lián)劑后，如Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3，由于通過(guò)交聯(lián)劑的作用能使光觸媒整理劑接枝到纖維上，形成共價(jià)鍵結(jié)合，提高了纖維與整理劑的結(jié)合牢度，使得織物降解甲醛的耐洗性有較大幅度的提高。其經(jīng)20次洗滌后，降解甲醛的能力也無(wú)明顯下降。因此，用含交聯(lián)劑的光觸媒整理劑處理棉織物，能使其獲得持久的光催化效果。

　　2.4 光觸媒處理織物的機(jī)械性能

　　分別采用1% 的未改性納米TiO2 ，光觸媒整理劑Nano PC，Nano PC-1，Nano PC一2和Nano PC-3處理織物，測(cè)定未處理和處理后織物經(jīng)紫外線照射前后的斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力，結(jié)果見(jiàn)表6。

　　由表6可知，若未經(jīng)紫外線照射，各類光觸媒處理織物的斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力與未經(jīng)整理的織物相比，有些略高，有些略低，但總體變化不大；經(jīng)紫外線照射一段時(shí)間后，各織物的強(qiáng)力出現(xiàn)很大的差異。未改性納米TiO2處理后的織物經(jīng)紫外線照射48 h后，其斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力較未處理時(shí)的降幅超過(guò)了20%；而用接枝改性得到的Nano PC系列納米光觸媒整理劑處理織物，經(jīng)紫外線照射后，其斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力較未處理時(shí)的降幅均小于10% ，機(jī)械性能大大優(yōu)于未改性納米TiO2，處理的織物。

　　2.5 光觸媒處理棉織物的聚合度

　　分別用1%未改性納米TiO2 和改性納米TiO2光觸媒整理劑Nano PC處理棉織物，并采用日光和紫外線照射，每隔一段時(shí)間測(cè)試?yán)w維聚合度，結(jié)果見(jiàn)表7

　　在一定的光照作用下，棉纖維大分子結(jié)構(gòu)中的共價(jià)鍵會(huì)產(chǎn)生斷裂損傷，引起聚合度下降。由表7知，各棉織物的纖維聚合度隨著日光或紫外線照射時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸下降，但下降的趨勢(shì)逐漸變慢。未改性納米TiO2 處理的棉織物經(jīng)日光照射35 d后，其纖維聚合度較未處理的參比樣下降了7.43% ；而經(jīng)Nano PC光觸媒整理劑處理的棉織物，其纖維聚合度較未處理的參比樣僅下降1%左右。未改性納米TiO2 處理的棉織物經(jīng)紫外線照射120 h后，纖維聚合度較原樣下降了10.60% ；而經(jīng)Nano PC光觸媒整理劑處理的棉織物，其聚合度較原樣僅下降4.8%左右。

　　3 結(jié)論

　�。�1）Nano PC系列光觸媒整理劑處理棉織物的優(yōu)化工藝為：光觸媒整理劑用量1% ～1.5% ，焙烘溫度130℃，焙烘時(shí)間5 min。棉織物按此工藝處理后，對(duì)甲醛降解率達(dá)90%以上，且具有良好的耐洗性和手感。

　　（2）在Nano PC中加人適量交聯(lián)劑，使其含有一定量的活性基團(tuán)，可以提高光觸媒劑與纖維的結(jié)合牢度，進(jìn)而改善織物的耐洗性，且對(duì)織物降解甲醛的光催化效果不會(huì)產(chǎn)生太大影響。

　　（3）改性的納米TiO2光觸媒整理劑能有效緩解棉纖維因納米TiO2 光催化而產(chǎn)生的過(guò)度劣化現(xiàn)象，而使棉織物獲得持久的光催化效果。用Nano PC系列光觸媒整理劑處理棉織物后，織物的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和聚合度均無(wú)明顯變化。

來(lái)源: 王黎明，沈 勇，張惠芳，丁 穎，秦偉庭，王曉娟