摘要討論了納米TiO:在紡織品抗菌、抗紫外線輻射整理中的作用機理以及在純棉織物上的應用。結果表明,整理后織物經30次水洗后對金黃葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率為100%.對白色念球菌的抑菌率大于90%,整理后染色布和未染色布的紫外透過率為5%。達到了最小飽和值;納米耶02賦予織物優良的抗菌、抗紫外效果,且服用性能不受影響。
近年來抗菌、抗紫外線輻射類紡織品有很好的市場開發前景。抗菌劑的種類繁多,性能各異,分類方法也不同。有機抗菌劑殺菌力強,但一般都具有毒性。隨著科學技術的迅速發展,許多專家開始關注無機抗菌劑。納米Ti0,就是一種新近開發的新型無機抗菌劑,它無毒,無味,不燃燒,化學性質穩定,在紡織品及日用品中使用對人體是安全的,具有較高的連續抗菌效果,材料耐久性好,不會助長其它菌種的繁殖,且由于經過表面處理的納米mO,分散性以及穩定性較好,受到國內外廣泛關注…。
在研究中人們還發現,納米Ti0,具有優良的抗紫外線輻射功能。許多染色的紡織品不耐日曬是因為有機高分子材料在日光紫外線的照射下會導致大分子鏈降解,產生大量的自由基,使纖維的強度、光澤、顏色受到很大影響。本文從納米TiO,的表面處理開始,研究其在紡織品中抗菌、抗紫外線輻射方面的應用及
效果評價。
1納米Tio:的抗菌機理紫外線是一種波長比可見光短的電磁渡,其波躍范圍在200~400nm之間。短波紫外線uvc(190~280nm)可被距地面25km上空的臭氧層吸收阻擋,到達不了地面。所以一般日曬是由uvA(320~400nm)和uvB(280~320nm)引起的,對人體有傷害的紫外線主要集中在3()0—400nm波段。以往多使用有機化舍物作為紫外線吸收劑,但是存在毒性。許多納米無機材料可作為紫外線吸收劑,如納米rri0。、納米znO、納米siO:、納米Al:O,、納米FeO等,都有吸收紫外線的特征,其中納米Tin是一種穩定的無毒、無味紫外線吸收劑,將其穩定、均勻地分散在纖維分子中,可有效地阻止大分子鏈的降解,減少自由基的生成。納米Ti0,的紫外吸收能力強,對uvA和uvB都有屏蔽作用且可透過可見光,因此用于紡織品抗紫外吸收整理是安全實用的。納米Tio:是基于光催化反應使有機物分解而具有抗菌效果的”】。納米啊02在水和空氣的體系中,在陽光尤其是在紫外線的照射下,能夠自行分解出自由移動的帶負電的電子(e一)和帶正電的空穴(h+),發生下面一系列化學反應,形成空穴一電子對,吸收溶解在n():表面上的氧,俘獲電子形成0i,而空穴則將吸附在TIO:表面的()H和H20氧化成H0?。
Ti():—蘭竺生(Tio:)e+(Tio:)h+
h++璉O—HO。+H+
e+02一?哦
?Oi+H+一H02?
2Ii02?一02+H202
H202+‘呸一HO‘+OH一+02
牛成的原子氧和氫氧自由基有很強的化學活性,特別是原子氧能與多數有機物反應(氧化),同時能與細菌內的有機物反應,生成c嘎和H0,從而在短時間內就能殺死細菌。1996年,齊藤公一等人經實驗證明,納米Tn具有分解病原菌和毒素的作用。一般抗菌劑只有殺菌作用,不能分解毒素。納米Ti(),對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、芽枝菌和曲霉等具有很強的殺滅能力”。
2實驗部分
2.1納米Ti02的表面處理
由于納米Ti仉粒子比表面積很大且配位嚴重不足,從而表現出極強的表面活性,極易互相團聚,形成大的聚集體,影響其性能的發揮。本史使用已經通過水溶液沉積干燥法在其表面上沉積了一層Al:O;和&02的納米Tjq,這樣可降低其表面的化學活性,提高耐候性,在此基礎上用陰離子表面活性劑對平均尺寸為20nm的無機納米Tio,粒子進行表面處理。方法:將一定量的十二烷基苯磺酸鈉和納米Ti02及適當的溶劑混合,在50℃下高速攪拌10mn,然后置于超聲波清洗器中,25℃攪拌20和‰。經此處理后的納米Ti0,由于表面有效地包覆,吸附了親水性的表面活性劑,從而降低了納米Ti0:的表面張力,使其粒子很好地分散在水性介質中,其外觀旱現為乳白色液體。納米rri0,的原生顆粒粒徑在加nm左右,聚集后的顆粒粒徑達到亞微米甚至微米級。從表面處理后納米Tin的電鏡照片可以看出,團聚后的納米Ti0,顆粒增大,在水中是很難分散的;但是由經陰離子表面活性劑處理后納米TiO,的照片可看出,在水中粒子呈現出良好的分散狀態。原因是當納米Ti仉表面包覆的Al:O,、sio:的含量比約為l時,在中性溶液中TiO,表面呈現電中性和微弱電負性“1。
因此陰離子表面活性劑在固一液界面上以疏水基吸附于毛細管壁上,親水基伸人液體中,使固液界面的界面張力大幅度降低,并且改善了固一液界面的相容性,致使接觸角日小于90。,增大滲透壓△P,導致縫隙處親水性增強,有利于水性介質在獨立的原生粒子或較小聚集體周圍潤濕。隨著粒子聚集體裂縫處滲透壓力的增加,再結合外界所提供的機械剪切力,即可打開納米TiO:聚集體,使粉體獲得較好的分散。由此可見,在水性體系巾陰離子表面活性劑對表面包覆了硅鋁氧化物的納米TiO,有較好的潤濕分散作用。
2.2織物抗菌整理
2.2.1抑菌性能
織物規格:18.5tex×18.5tex300根/10cm×300根,10cm純棉府綢。工藝流程:將織物動態浸泡在含量為1%納米nO,配成的工作液中30而n一靜態浸泡10Ⅲin一浸軋(軋余率100%),預烘(80℃,3r11in)一焙烘(150。c,5商n)。抗菌測試方法:采用Fz,TO1021和改良的AAlrcC100兩種測試方法。抑菌率計算公式:抑菌率=(A一剴,A×100%式中,A為對照布上的活茼數;口為抗菌織物E的活菌數。
首先對織物進行抗菌整理,然后以0.Ig,L皂粉冷水洗滌數次,分別進行抑菌性測試。測試結果見表】,2。由表l,2町見,經納米Tiq整理的抗菌織物,對金黃葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率經30次水洗仍高達100%,抑菌效果非常顯著;白色念球菌的抑
菌率大于90%,這樣的抑菌效果是令人滿意的。由此還可以看出,經表面處理的納米Ti0:雖然是以機械的方式附于織物,但這種附著力很強,足以耐30次水洗。
2.2.2回潮率及透氣性
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