納米氧化物與染土協(xié)同抗紫外性能研究*

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(1. 中國(guó)兵器科學(xué)研究院寧波分院，浙江寧波 315103；2. 浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院；3. 寧波天韻草藝有限公司)

傳統(tǒng)的藺草加工工藝中，對(duì)藺草固色通常都是采用由染土配制成一定濃度的染泥來(lái)進(jìn)行，目前中國(guó)藺草行業(yè)所用染土主要為日本進(jìn)口染土、蘇州染土和寧海染土，幾種染土的化學(xué)成分基本相同，主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO等。不同品牌的染土，各組分的含量略有差異。經(jīng)染泥固色處理后的藺草易于干燥、色澤佳、有草香、價(jià)值高，但在使用過(guò)程中藺草中的葉綠素分子會(huì)被紫外光所破壞，因此單純?nèi)就凉躺奶A草存在保色效果差、易褪色等缺點(diǎn)[1-3]。筆者利用納米氧化物優(yōu)異的抗紫外性能，通過(guò)對(duì)納米氧化物與染土在藺草表面所形成膜層的協(xié)同抗紫外性能的研究，找到提高藺草染土固色、保色效果的有效途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所選用染土為現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)所用日本染土，其成分分析及粒度分布見(jiàn)參考文獻(xiàn)[4]。所選用納米氧化物如下：納米ZnO，平均粒徑為30 nm,自制；納米TiO2(金紅石型)，平均粒徑為25 nm，分析純；納米TiO2(銳鈦礦型)，平均粒徑為25 nm，分析純；納米SiO2，平均粒徑為20 nm，分析純；納米MgO，平均粒徑為40 nm，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用紫外分光光度法，使用紫外分光光度計(jì)(UV-1800型)，波長(zhǎng)范圍為190～1 100 nm。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的染土-乙二醇分散體系作為標(biāo)準(zhǔn)樣本。2)以乙二醇作為分散劑，配制相同質(zhì)量濃度(0.000 1 g/mL)的納米氧化物-乙二醇分散體系。3)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的染土-乙二醇分散體系中添加一定量的步驟2配制好的溶液，然后與標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行抗紫外性能比較。

每個(gè)樣品經(jīng)定時(shí)磁力攪拌器攪拌5 min后，置于1 cm的石英比色皿中，用紫外分光光度計(jì)在Mapada的掃描軟件下，掃描樣品在200～600 nm的紫外-可見(jiàn)光譜。

2 結(jié)果分析

2.1 不同納米氧化物/染土體系的抗紫外性能

納米氧化物對(duì)紫外光具有較好的屏蔽作用，這種作用是通過(guò)對(duì)紫外光的吸收和散射實(shí)現(xiàn)的，其中以散射為主。納米氧化物，如納米ZnO、納米TiO2、納米MgO、納米SiO2等都具有良好的紫外屏蔽性能，與傳統(tǒng)的有機(jī)紫外屏蔽劑相比，其作為無(wú)機(jī)紫外屏蔽劑具有無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)刺激、不分解、不變質(zhì)、熱穩(wěn)定性好、紫外線(xiàn)屏蔽能力好等優(yōu)點(diǎn)，而且屏蔽紫外線(xiàn)波長(zhǎng)范圍寬，對(duì)UVA、UVB均有很好的屏蔽能力[5-7]。不同納米氧化物/染土體系在紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率如圖1所示，其中m(納米氧化物)∶m(染土)為1∶100。從圖1可以看出，添加了納米

氧化物的染土體系在紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率均比單純?nèi)就恋囊?，透過(guò)率越低，紫外屏蔽性能越好，說(shuō)明它們對(duì)藺草固色效果更優(yōu)。在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)各納米氧化物/染土體系的紫外屏蔽性能：TiO2(銳鈦礦型)/染土>TiO2(金紅石型)/染土>ZnO/染土>MgO/染土>SiO2/染土。在紫外光200～310 nm處各體系的紫外屏蔽性能：TiO2(銳鈦礦型)/染土>ZnO/染土>TiO2(金紅石型)/染土>MgO/染土>SiO2/染土。在紫外-可見(jiàn)光區(qū)，TiO2(銳鈦礦型)的透過(guò)率最低，紫外屏蔽性能最好。

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可知，納米TiO2與納米ZnO的抗紫外性能相對(duì)較好，因此，對(duì)比納米TiO2與納米ZnO不同混合體系的抗紫外性能如圖2所示，其中m(納米氧化物)∶m(染土)為1∶50，對(duì)于兩種納米氧化物的混合體系，TiO2(金紅石型)和TiO2(銳鈦礦型)、TiO2(銳鈦礦型)和ZnO質(zhì)量比均為1∶1。從圖2可以看出，相比純?nèi)就炼?，納米氧化物或者兩種納米氧化物與染土的混合體系在紫外光-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率更低，因此它們的紫外屏蔽性能更好。通過(guò)分析可知，在紫外-可見(jiàn)光區(qū)，各體系的抗紫外性能：TiO2(銳鈦礦型)/染土>TiO2(金紅石型)/TiO2(銳鈦礦型)/染土>TiO2(金紅石型)/染土>TiO2(銳鈦礦型)/ZnO/染土。

圖2 不同納米TiO2與納米ZnO/染土體系在紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率

2.2 納米TiO2/染土協(xié)同抗紫外性能

由于在紫外-可見(jiàn)光區(qū)，納米TiO2(銳鈦礦型)/染土體系的抗紫外性能最佳，因此，分別實(shí)驗(yàn)了納米TiO2(銳鈦礦型)/染土以及兩種不同晶型的納米TiO2/染土混合體系的抗紫外性，結(jié)果如圖3所示，其中納米TiO2和染土的質(zhì)量比分別為1∶25、1∶50、1∶100，兩種不同晶型的納米TiO2質(zhì)量比為1∶1。從圖3可以看出，在紫外-可見(jiàn)光區(qū)3種不同比例的納米TiO2/染土體系的紫外屏蔽性能均為：TiO2(銳鈦礦型)/染土>TiO2(金紅石型)/TiO2(銳鈦礦型)/染土。而且無(wú)論是對(duì)于銳鈦礦型納米TiO2/染土體系，還是兩種晶型的納米TiO2與染土的混合體系均為隨著體系中納米TiO2含量的減少，體系的抗紫外性能降低。

2.3 不同比例銳鈦礦型TiO2/染土的抗紫外性能

實(shí)驗(yàn)了不同比例的TiO2(銳鈦礦型)/染土體系的抗紫外性能，結(jié)果如圖4所示，其中TiO2(銳鈦礦型)與染土的質(zhì)量比分別為：1∶25、1∶50、1∶75、1∶100。從圖4可以看出，銳鈦礦型TiO2的添加量越多，銳鈦礦型納米TiO2/染土體系在紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率越低，紫外屏蔽性能越好。說(shuō)明增加體系中銳鈦礦型納米TiO2的含量有利于提高體系的抗紫外性能。

圖4 不同比例的銳鈦礦型納米TiO2/染土體系在紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率

2.4 不同比例的兩種晶型納米TiO2與染土混合體系的抗紫外性能

在納米TiO2與染土比例一定情況下(二者質(zhì)量比為1∶25)，改變銳鈦型納米TiO2與金紅石型納米TiO2的質(zhì)量比(1∶1、1∶3、1∶5)，不同比例的兩種晶型納米TiO2與染土混合體系紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率如圖5所示。

圖5 不同比例的兩種晶型納米TiO2與染土混合體系紫外-可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率

從圖5可以看出，3條曲線(xiàn)在接近于270 nm處有一交點(diǎn)，在交點(diǎn)兩邊，3條曲線(xiàn)的趨勢(shì)發(fā)生了變化。在紫外光200～270 nm區(qū)域，體系的紫外屏蔽性能為：按銳鈦型納米TiO2與金紅石型納米TiO2二者比例，1∶5>1∶3>1∶1，說(shuō)明在此波段內(nèi)，金紅石型納米TiO2的添加量越多，紫外屏蔽性能越高。在紫外270～400 nm和可見(jiàn)光區(qū)域，體系的紫外屏蔽性能為：按銳鈦型納米TiO2與金紅石型納米TiO2二者比例，1∶1>1∶3>1∶5，說(shuō)明在此波段內(nèi)，金紅石型納米TiO2的添加量越少，紫外屏蔽性能越高。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)可知，不同晶型的納米TiO2在不同波段的抗紫外性能也有所不同。

3 結(jié)論

1)添加具有抗紫外性能的納米氧化物均有利于提高染泥的固色效果；2)在不同納米氧化物與染土比例一定情況下，銳鈦礦型TiO2/染土體系的透過(guò)率最低，抗紫外性能最好；3)無(wú)論是對(duì)于銳鈦礦型納米TiO2/染土體系，還是兩種晶型的納米TiO2

與染土的混合體系，隨著體系中納米TiO2含量的減少，體系的抗紫外性能降低；4)在納米TiO2與染土比例一定情況下，不同晶型的納米TiO2在不同波段的抗紫外性能也有所不同。

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