二氧化鋯納米溶膠對真絲織物的抗紫外整理

陳楠楠，黃海建，王 強，田保中

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123；3.吳江市新森林印染品有限公司，江蘇 蘇州 215228)

二氧化鋯納米溶膠對真絲織物的抗紫外整理

陳楠楠1,2，黃海建1,2，王 強3，田保中1,2

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123；3.吳江市新森林印染品有限公司，江蘇 蘇州 215228)

采用溶膠-凝膠法制備了二氧化鋯(ZrO2)納米溶膠，利用浸軋法將溶膠整理到真絲織物上，高溫烘焙。通過激光粒徑測試儀和掃描電鏡(SEM)對ZrO2納米溶膠及其整理后的真絲織物表征發(fā)現(xiàn)，織物表面形成了一層ZrO2納米顆粒，其平均粒徑約為60 nm。真絲織物經(jīng)ZrO2溶膠整理后，其防護系數(shù)(UPF)從13.69提高到32.47(120 ℃烘焙處理)，在長波紫外線(UVA)區(qū)域紫外透過率明顯降低,經(jīng)50次水洗后織物的抗紫外性能沒有下降，反而有所提高。

抗紫外整理；納米二氧化鋯；溶膠-凝膠；真絲織物

二氧化鋯(ZrO2)是一種十分重要的功能材料，具有非常優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于能源、環(huán)境、材料等領(lǐng)域。納米材料作為“21世紀最有前途的材料”，一直備受人們的關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域的熱點。在納米復(fù)合材料研究中，將納米ZrO2用于進行增強韌化，已取得顯著的效果，特別是納米ZrO2的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)已使其在電子、冶金、航天航空、化工、環(huán)境、生物及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)其可被應(yīng)用到紡織領(lǐng)域，如作為遠紅外保溫材料[1]、光催化劑[2-3]等。對于納米ZrO2的制備，目前已成為研究熱點，方法也有很多[4]，但都有一定的不足，而溶膠凝－膠法操作過程簡單，原料成本較低，近年來已引起國內(nèi)外學(xué)者的興趣，利用該法將納米ZnO[5]，納米TiO2[6]，納米MgO[7]整理到紡織品上，在國內(nèi)外已有很多報道，但是利用該法將納米ZrO2整理到紡織品上的研究還處于起步階段。真絲織物本身具有許多優(yōu)良性能，但其在紫外線的照射下會發(fā)生光氧化反應(yīng)而黃變且強度下降，為了提高真絲織物的附加值，本研究主要以ZrCl4為原料，制備納米ZrO2溶膠[8-10]，然后整理到真絲織物上，探討了納米ZrO2溶膠在織物抗紫外整理中的應(yīng)用。

1 試 驗

1.1 材料與儀器

原料：真絲平紋織物(61.16 g/m2)。

藥品：無水乙醇(分析純，上海聯(lián)試化工試劑有限公司)，四氯化鋯(98 %，分析純，上海阿拉丁試劑有限公司)，過氧化氫(30 %，上海聯(lián)試化工試劑有限公司)。

儀器：HPP5001型激光粒度測試儀(英國馬爾文公司)，UV-1000F型織物紫外透過率測試儀(美國藍菲光學(xué)有限公司)，S-4700型冷場發(fā)射掃描電鏡(日本日立公司)，DZF-6051型真空干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)，90-3型恒溫雙向磁力攪拌器(上海振榮科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 ZrO2納米溶膠的制備

將ZrCl4溶于無水乙醇，形成不同濃度的透明溶液，強烈攪拌下，向溶液中滴加一定體積的水解促進劑(水或過氧化氫),溶液逐漸變成了含有ZrO2前軀體的透明穩(wěn)定的溶膠[8-10]。

1.3 真絲織物整理工藝

1.3.1 織物的洗凈處理

將織物在去離子水中清洗，60 ℃烘干。

1.3.2 整理工藝

洗凈后的織物浸漬ZrO2納米溶膠→軋干→低溫預(yù)烘(60 ℃，20 min)→高溫烘焙(80～140 ℃，15 min)。

1.4 測試方法

1.4.1 ZrO2溶膠的粒徑表征

用HPP5001型激光粒度測試儀觀察溶膠中膠粒的粒徑分布。

1.4.2 納米ZrO2在織物表面的形態(tài)分析

利用冷場發(fā)射掃描電鏡(SEM)對整理前后的真絲織物表面進行觀察。

1.4.3 織物抗紫外性能測試

利用UV-1000F型織物紫外透過率測試儀，按照AS/NZS 4399—1996《日光防護服評定和分級》進行測試[5]。

1.4.4 耐洗牢度性能測試

按GB/T 8629—2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》標準進行[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 ZrO2溶膠的粒度分布

按一定工藝條件制備的納米ZrO2溶膠粒徑分布如圖1所示。由圖1可見，產(chǎn)物粒徑在50～70 nm，平均粒徑為60 nm，粒度分布較為均勻。

2.2 納米ZrO2在織物表面的分布

經(jīng)ZrO2納米溶膠整理前后真絲織物的表觀形貌如圖2。圖2a為整理之前的真絲表面，較為光滑。經(jīng)過ZrO2納米溶膠整理后，織物表面覆蓋了一層納米顆粒，如圖2b，2c。圖2b為低倍放大，由該圖可見，纖維表面有一些粒徑較大的顆粒，說明在熱處理過程中，發(fā)生了顆粒的團聚；圖2c為高倍放大，由該圖可見，粒子的直徑在幾十納米到幾百納米不等，局部有整塊的抗紫外劑。

圖1 一定工藝條件下制備的ZrO2納米溶膠的粒徑分析Fig.1 Particle size distribution of nano-ZrO2 sol prepared in certain reaction conditions

圖2 整理前后的真絲織物表面Fig.2 Surface of silk fabrics before and after treated

2.3 織物的抗紫外性能

2.3.1 整理前后織物抗紫外性能的變化

織物經(jīng)過ZrO2納米溶膠整理后，抗紫外性能的變化情況如圖3所示。由圖3可見，處理前的真絲織物在UVA區(qū)域紫外透過現(xiàn)象非常嚴重，而經(jīng)過納米ZrO2整理后，在該區(qū)域的紫外線透過率明顯降低，UPF值從整理之前的28.31升高到40.43，抗紫外性能明顯提高。

圖3 整理前后真絲織物的紫外線透過率曲線Fig.3 Curves of UV transmission of silk fabrics before and after treated

2.3.2 烘焙溫度對整理品抗紫外性能的影響

由圖4可見，隨著烘焙溫度的升高，織物的UPF值不斷增大。烘焙溫度的升高有助于黏附在纖維表面的整理液殘留物中有機組分的快速分解，加速納米ZrO2微晶的形成。當(dāng)溫度超過120 ℃時，真絲織物的物理性能會受到影響。綜合考慮，適宜的烘焙溫度為120 ℃。

圖4 不同溫度烘焙處理后真絲織物的抗紫外性能Fig.4 UV resistance performance of silk fabrics cured at different temperature

2.3.3 整理品抗紫外性能的耐久性

經(jīng)過ZrO2納米溶膠后整理的真絲織物(120 ℃烘焙)，經(jīng)歷不同次數(shù)的水洗后，其UPF值的變化情況如表1所示。由表1可見，3次水洗后，織物的UPF值由37.33上升到50.56；隨著水洗次數(shù)的繼續(xù)增加，織物的UPF值不斷上升，50次水洗后，UPF值由50.56升高到77.87，抗紫外性能有了進一步提高。水洗后，織物的UPF值不斷上升，原因可能是ZrO2整理過程中，水洗將織物表面的雜質(zhì)洗除掉，使ZrO2完全裸露，從而使抗紫外性能進一步提高。東華大學(xué)的王明勇[11]等在棉織物表面原位生長TiO2來進行抗紫外整理，情形與本試驗類似。但不管什么原因，通過水洗試驗可以充分證明，水洗后，真絲織物的抗紫外性能沒有下降，反而有所提高。

表1 不同次數(shù)水洗后真絲織物的抗紫外性能Tab.1 UV resistance performance of silk fabrics after different times of washing

3 結(jié) 論

1)用制備的ZrO2納米溶膠對真絲織物進行整理，可在織物表面形成一層納米級的ZrO2顆粒。

2)真絲織物經(jīng)過ZrO2納米溶膠整理后，在UVA和UVB段紫外線透過率均明顯降低，分別從21.83 %和4.00 %降低到9.11 %和2.00 %(120℃熱處理)，其UPF值從13.69提高到32.47，抗紫外性能顯著提高；水洗試驗表明，經(jīng)ZrO2納米溶膠整理后的真絲織物，隨著水洗次數(shù)的增加，抗紫外性能提高。

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Anti-ultraviolet fi nishing of silk fabrics with nano-ZrO2sol

CHEN Nan-nan1,2, HUANG Hai-jian1,2, WANG Qiang3, TIAN Bao-zhong1,2
(1.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China; 2.National Engineering Laboratory for Modern Silk,Suzhou 215123, China; 3.Wujiang New Forest Dyeing and Printing Co., Ltd., Suzhou 215228, China)

Nano-ZrO2sol was prepared by sol-gel method, and the silk fabrics was treated with the ZrO2sol by dip-padding process, baked in high temperature. The laser particle analyzer and SEM were used to characterize the ZrO2on treated silk fabrics, a thin layer of nano-ZrO2particles was formed on fiber surfaces of fabrics after being cured, and the average particle size is about 60 nm. The ultraviolet protection factor (UPF) of the treated silk fabrics reached 32.47 from 13.69 (cured at 120 ℃), which have a much lower ultraviolet ray transmission in UVA. The standard tests to washing (soaping) showed that the UPF value was further improved after 50 washing cycles, the UV resistance property of the silk fabrics even enhanced instead of decreasing.

Anti-ultraviolet finishing; Nanometer ZrO2; Sol-gel; Silk fabric

TS195.2

A

1001-7003(2011)10-0001-03

2011-03-11；

2011-05-05

江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK2009149)；現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室資助項目(20102903)

陳楠楠(1986－ )，男，碩士研究生，研究方向為面料整理和化學(xué)纖維。通訊作者：田保中，副教授，tianbaozhong@suda.edu.cn。