纳米材料在纺织品多功能整理中的应用研究.pdf

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1、纳米材料在纺织品多功能整理中的应用研究孙 飞,许海育(东华大学化学与化工学院,上海201620)摘 要:将无机纳米TiO2粉末、纳米氟系改性拒水乳液、粘合剂、分散剂和其它助剂采用高速剪切混合及超声分散方法配制成稳定的工作液,然后对涤棉混纺织物进行多功能整理,使织物同时获得防紫外线和拒水的效果。试验中,测定了混合工作液中不同种类和用量纳米粉体及纳米改性拒水剂的粒径大小和分布;整理后织物的UPF值和拒水等级;观察了纳米材料在织物表面形态分布的差异。结果表明,经纳米TiO2和改性氟系拒水剂FS2802F的混合浮液整理后,织物的UPF值达到65以上、拒水等级达到45级,整理性能比二者单独使用时有较大的

2、提高。关键词:功能性整理;紫外辐射;防水剂;纳米材料中图分类号:TS195159 文献标识码:A 文章编号:1000-4017(2006)22-0004-04Application of nano material to multifunctional fin ish of textilesSUN Fei,XU Hai2yu(College of Chem istry&Chem ical Engineering,Donghua University,Shanghai201620,China)Abstract:Including inorganic nano2particles,nano2mod

3、ified w ater repellent agents,adhesive,dispersant and other auxiliariesw ere blended to obtain m ultifunctional finishing agent,T/C blended fabric finished w ith this agent features anti2ultraviolet andw ater2repellency.The particle size analyzer,UV spectrophotom eter and scanning electron m icro sc

4、ope w ere used to determ inethe particle size and its distributi on of nano2m aterial,the UPF values and the grade of w ater2repellency of the finished fabrics.W ith the synergistic effect the nano finishing agents form ed special interfacialeffect on the surface of fabrics.The UPF of trea2ted texti

5、les is over 65 and the grade of w ater repellency up to 45.Key words:functional finish;ultravi o let radiation;w ater proofing agent;nano2m aterial0 前言随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,人们对纺织品的功能也提出了更多、更高的要求,如安全性和舒适性等。多功能整理是将两种及以上的功能复合于一种纺织品的技术1,以提高产品档次和附加值。该技术已在棉、毛、丝、化纤及其混纺或复合织物整理中逐渐得到应用。目前,对于纺织品纳米整理,单一功能整理(如防紫外线

6、功能)的报道较多,而对多功能整理的研究则较少。本课题着重探讨了涤棉混纺织物的纳米材料防紫外线和拒水功能的同浴整理。对目前市场常用的无机纳米防紫外线粉体和纳米改性拒水剂进行筛选,采用特殊的分散剂和分散工艺,使两者稳定分散于工作液中。通过对纳米材料的分散稳定性、工作液中的粒径大小及分布,以及纳米粉体与纳米改性拒水剂的配伍性研究,结合其对织物的整理效果,讨论了纳米材料多功能整理的工艺和机理。收稿日期:2006-08-24作者简介:孙 飞,男,安徽阜阳人,东华大学在读硕士研究生,主要从事纺织面料纳米材料功能整理的研究。1 试验1.1 材料和药品织物 13.1/13.1 tex 433/299根/10

7、cm涤棉(45/55)梭织布半制品药品 纳米TiO2(市售)、Htu201(Ti O2和Si O2的复合粉体,南京海泰纳米有限公司),纳米ZnO(市售),纳米改性氟系拒水剂FS2802F(上海艾笛德纳米材料有限公司),高分子分散剂NK21(浙江德清宝维同),六偏磷酸钠,NaSO4(市售)。1.2 设备JRJ230021型高剪切乳化搅拌机(上海标本模型厂),SCS1200型超声波分散仪(上海轻超声波仪器有限公司),UV 1000F紫外线透过率测试仪(美国Lab2shere公司),LS13320型纳米粒径和电位分析仪(美国Counter),表面沾水性测试仪(AATCC)。1.3 工艺4印 染(20

8、06 No.22) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/为对工作液的百分含量。1.4 测试方法1.4.1 溶液Zeta电位和颗粒粒径的测量用LS13320型粒径和电位分析仪测量溶液Zeta电位和纳米材料颗粒粒径。1.4.2 防紫外线效果测试紫外分光光度计法:根据GB/T 188302002纺织品 防紫外线性能的评定,采用UV 1000F紫外线透过率测试仪测定织物的紫外线透过率。1.4.3 拒水整理效果测试根据GB/47451997纺织织物 表面抗湿性测定沾水

9、试验 标准测定。1.4.4 纳米防紫外线整理剂沉降性及与拒水剂配伍性对于纳米材料分散效果的评价,目前还没有标准的检测方法1。通过查阅文献并结合自身试验条件,在本项目中,采用沉降法和粒径分析仪为主,结合Zeta电位分析分散液中颗粒分散情况。量取10 mL纳米材料分散液(以加拒水剂与不加拒水剂进行比较),存放在有刻度的试管中静置12 h和24 h后,观察试管中的液体是否破乳、分层以及试管底部沉淀量,以底部沉淀和上层清液量都最少的分散液最稳定。2 结果和讨论2.1 纳米防紫外线整理剂与拒水剂乳液相容稳定性分别取用量均为2%的ZnO、TiO2、Htu201各两份,其中一份加分散剂,另一份不加分散剂;分

10、散剂由六偏磷酸钠和NK21复配而成,六偏磷酸钠用量0.5%,NK21用量4%。配制成工作液后,依次按1.3工艺进行高速剪切和超声分散,调节pH值至中性。然后按1.4.1的测试方法,测定其粒径大小及分布,结果见图16。图1 未加分散剂时ZnO的粒径分布图2 加入分散剂后ZnO的粒径分布图3 未加分散剂时TiO2的粒径分布图4 加入分散剂后TiO2的粒径分布图5 未加分散剂时Htu201的粒径分布图6 加入分散剂后Htu201的粒径分布由图1、3、5知,由于不同厂家对纳米材料表面修饰和改性加工等工艺的差异,使其在水中的分散性各不相同。本项目使用的纳米ZnO、TiO2和Htu201的平均粒径分别为1

11、 106、615和1 384 nm,加入适当的分散剂并采用特殊的分散工艺处理后,粒子的团聚得到了很大程度抑制,由图2、4、6知,三者的平均粒径分别减小至320、78.8和140.5 nm,其中纳米Ti O2粒径分布相对较好。这是由于分散剂六偏磷酸钠通过自身的电解,增加了纳米颗粒间双电层的厚度,提高了粒子间的斥力;NK21则通过纳米微粒表面的吸附和锚固作用,形成空间位阻,通过空间位阻效应减小颗粒间的吸引力,从而达到分散稳定的目的。按照1.3工艺过程取纳米TiO2粉末2%、纳米改性拒水剂6%配制成测试液,按1.4.5试验方法,测试稳定性,结果见表1。5 纳米材料在纺织品多功能整理中的应用研究印 染

12、(2006 No.22)1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ 由表1可知,分散剂(六偏磷酸钠)和电解质对纳米多功能整理液稳定性的影响很大。电解质主要起到防止乳液破乳的作用,这是因为纳米粉体表面带有的羟基在水中显负电性,而纳米改性拒水剂为弱阳离子型,二者混合会发生破乳,加入电解质可使二者之间产生斥力,对混合乳液的稳定性起到一定的促进作用。同时试验选定了电解质Na2SO4用量为2%、六偏磷酸钠用量为0.5%。取纳米Ti O2用量2%、六偏磷酸钠用量0.5%配制成

13、工作液,按照1.3工艺依次进行高速剪切和超声分散,然后按1.4.1的测试方法,测其Zeta电位,结果见图7。图7TiO2分散液在不同pH值时的Zeta电位从图7可知,纳米材料多功能整理液的pH值在9左右时,Zeta电位的绝对值最大,根据双电层理论(该理论认为颗粒的分散是源于双电层重叠而产生的排斥作用),分散粒子带有同种电荷电位的绝对值越高,粒子在溶液中排斥力越大,也就越稳定。因此,pH值为9时,整理液的稳定性最好。由于纳米改性拒水剂为有机大分子,而不像无机粒子那样容易沉淀,混合加入电解质Na2SO4后,对混合乳液的分散稳定性起决定作用的是无机纳米粉体的分散性能,故要测乳液的稳定性只需测纳米粉体

14、乳液的Zeta电位。2.2 不同纳米材料和防水剂的多功能整理效果按照1.3分别取三种纳米材料各1%、电解质Na2SO42%、六偏磷酸钠0.5%和拒水剂6%进行多功能整理试验,依照1.4.2测试方法测试样布的紫外线透过率,并计算其UPF值;另以1.4.3测试方法测试试样的拒水性,测试结果见表2。用扫描电镜(SEM)观测纳米TiO2在织物上的分散效果,如图8和图9。表2 不同整理剂的多功能整理效果编号加入整理剂UPF值 拒水等级/级抗紫外效率/(%)1空白布21.05-2防水剂29.183438.63纳米ZnO40.22-91.064纳米ZnO+防水剂46.4634120.75纳米TiO253.3

15、9-153.26纳米TiO2+防水剂64.7945207.87纳米Htu20140.05-90.28纳米Htu201+防水剂43.814108.1 注:抗紫外效率=(整理后UPF值-空白布UPF值)/空白布UPF值。图8 未加分散剂时TiO2整理织物的SEM图9 加入分散剂后TiO2整理织物的SEM由图8和9可知,在纳米TiO2中加入分散剂,分散效果得到大大改善。本课题使用的几种纳米材料屏蔽紫外线的机理各不相同,ZnO主要通过反射来屏蔽紫外线;Htu201主要是通过散射达到屏蔽紫外线的功能;TiO2由于其粒径分布特点,通过吸收和散射紫外线来降低紫外线透过率。从表2可知,纳米材料质量分数为1%时

16、,整理效率从高到低依次为纳米Ti O2Htu201 纳米ZnO。同时发现,加入拒水剂后,织物防紫外线效果和拒水效果都较单独使用纳米材料时好,这是由于纳米材料的独特几何形状与尺寸效应,在织物表面形成互补的界面效果,当水或污物溅落在衣服上时会自动滑落,不会侵入布料2。采用高科技纳米材料和纳米改性氟系拒水剂FS2802F对织物进行拒水整理,由于二者在织物表面形成的界面效应和协同增效作用,使织物的拒水效果有所提高。同时由于拒水剂是用纳米材料改性的,6印 染(2006 No.22) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House.

17、All rights reserved.http:/对紫外线也有一定的反射作用,整理后织物的UPF值也比单独使用拒水剂时有所提高。因此,本试验选定纳米TiO2用于织物多功能整理。2.3 整理剂用量对多功能整理效果的影响按照试验方法1.3,分别取纳米TiO20.5%、1%、1%、2%、3%和相应的纳米改性氟系拒水剂FS2802F4%、6%、7%、8%、10%,配成整理液处理织物;测试织物的UPF值和拒水效果,结果见表3。表3 整理剂用量对整理效果的影响质量分数/%纳米TiO2防水剂UPF拒水等级/级0.5450.1531665.20341765.8042869.634531071.3245 从表

18、3可看出,织物的UPF值随着纳米材料用量的增加而提高,但用量超过2%后变化不明显。这是因为过多的纳米材料不仅会增加纳米颗粒间的碰撞机会,还会发生团聚,使颗粒直径变大,失去纳米材料的优势。而且,纳米材料用量的增加也会影响织物的手感和成本。拒水剂用量超过8%后,对防水性能影响不明显。综合考虑,纳米TiO2用量为1%、拒水剂用量为7%比较合适。3 结论(1)分散剂六偏磷酸钠和NK21能有效地提高商品纳米材料在水中的分散性;纳米改性拒水剂有良好的拒水性能,且能一定程度地提高整理织物的UPF值。(2)合理选用分散剂、电解质与分散方式,保证工作液中的颗粒在纳米级范围内以及复合乳液的稳定性,是纳米材料可否用

19、于纺织品多功能整理的关键。(3)在织物纳米材料多功能整理中,电解质在纳米乳液和拒水乳液之间主要起增大两者斥力作用;纳米整理剂的协同增效作用,使织物的拒水和防紫外线效果有所提高。(4)织物经1%纳米TiO2与7%纳米改性氟系拒水剂FS2802F复配的整理液处理后,UPF值可达到65以上,拒水等级45级。参考文献:1 马振华,许海育.纳米材料防紫外线整理的应用研究 J,印染助剂,2005,22(4):11-14.2 佚 名.抗菌将成今冬羽绒服一大卖点 EB/OL.http:/ 莱 贸 易 有 限 公 司多年来,华莱贸易有限公司以质优价低、服务一流、信誉至上为公司宗旨,为纺织印染行业提供高质量的环保

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