光觸媒纖維與棉混紡織物服用及除臭性能研究

陳 偉，李艷清，金肖克，祝成炎，張紅霞

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

光觸媒纖維與棉混紡織物服用及除臭性能研究

陳 偉，李艷清，金肖克，祝成炎，張紅霞

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

探討蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量對(duì)織物性能尤其是除臭性能的影響。采用不同比例的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡紗為原料，試織成機(jī)織物，并對(duì)其服用性能及除臭性能進(jìn)行了測(cè)試。研究表明：蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒織物的斷裂強(qiáng)力及磨損質(zhì)量損失率與織物中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量成反比關(guān)系，而蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒織物對(duì)氨氣的降解率與織物中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量成正比關(guān)系。

光觸媒纖維；服用性能；除臭性能

21世紀(jì)，紡織品的發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)高科技與時(shí)代經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展的緊密結(jié)合，并進(jìn)一步融入日常生活，舒適型和健康功能型紡織品成為了發(fā)展的主體和時(shí)尚[1]。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維及其織物的研究與開發(fā)，正迎合了這一時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)[2]。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維采用現(xiàn)代復(fù)合技術(shù)將納米二氧化鈦與高分子材料完美結(jié)合，再與具有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)趨勢(shì)的聚酯改性切片通過熔融紡絲而成[3]。該纖維將納米二氧化鈦完美地置于纖維之中，并且是超細(xì)均勻分布的，真正實(shí)現(xiàn)了光觸媒技術(shù)在纖維和紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維在陽光、日光及可見光的作用下，能對(duì)苯、二甲苯、氨氣、甲醛、煙臭等有害氣體進(jìn)行吸收，并自動(dòng)分解成二氧化碳和水[4]。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維與棉混紡所形成的織物，不僅具備了棉型織物所具有的舒適性，還附加了除臭等特殊功能，在室內(nèi)裝飾用品、日常服用、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域有著廣闊的市場(chǎng)前景。

本研究采用不同比例的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡紗為原料，試織成機(jī)織物，并對(duì)其服用性能及除臭性能進(jìn)行了測(cè)試，以探討蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量對(duì)織物性能尤其是除臭性能的影響。

1 纖維選擇、紗線設(shè)計(jì)及織物試制

1.1 纖維選擇

選用浙江上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司研發(fā)的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維及棉纖維，2種纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示。

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維是以蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)趨勢(shì)的聚酯改性切片為原料，通過特殊的紡絲工藝(即閃爆技術(shù))制成了內(nèi)外貫穿的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)聚酯改性短纖維。因?yàn)槔w維呈內(nèi)外貫穿的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，所以吸濕效果極佳，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維的實(shí)際回潮率達(dá)到了10.43 %。

表1 蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維及棉纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)Tab.1 Property of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber and the cotton

1.2 紗線設(shè)計(jì)

為了更好地體現(xiàn)光觸媒纖維含量對(duì)混紡紗性能的影響，結(jié)合各紡紗工序，在同一條件下紡制成纖度為18.2 tex的不同混紡紗，紗線設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 紗線設(shè)計(jì)Tab.2 Design of the yarn

1.3 織物試制

用實(shí)驗(yàn)室的ASL2000-B自動(dòng)織樣機(jī)織出5種織物小樣。為使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，5種織物采用相同的經(jīng)緯紗纖度、密度和組織，只改變蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維和棉纖維的混紡比。機(jī)織物設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 機(jī)織物設(shè)計(jì)Tab.3 Design of the woven fabric

2 織物服用、除臭性能測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 織物服用、除臭性能測(cè)試方法

2.1.1 織物的拉伸性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.1－1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》執(zhí)行。試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下預(yù)調(diào)濕24 h后進(jìn)行測(cè)試。

試驗(yàn)儀器：YG065電子織物強(qiáng)力機(jī)；試驗(yàn)條件：試樣規(guī)格為60 mm×200 mm，每種織物剪裁試樣5塊。表征指標(biāo)：斷裂強(qiáng)力。

2.1.2 織物的耐磨性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21196－2007《紡織品 馬丁代爾法 織物耐磨性的測(cè)定》。試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下預(yù)調(diào)濕24 h后進(jìn)行測(cè)試。

試驗(yàn)儀器：Y522型圓盤式織物耐磨儀。試驗(yàn)條件：直徑為120 mm的圓形試樣，加壓重錘為250 g，每種織物各測(cè)試樣5塊，磨200轉(zhuǎn)。表征指標(biāo)：試樣磨200轉(zhuǎn)后的平均質(zhì)量損失率。

2.1.3 織物的除臭性能測(cè)試

測(cè)試在環(huán)境溫度為200 ℃、環(huán)境濕度65 %的條件下，12 h內(nèi)氨氣的濃度降解率為表征指標(biāo)。

試驗(yàn)儀器：測(cè)試儀器選用青島路博偉業(yè)環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的LB-3J分光六合一室內(nèi)空氣檢測(cè)儀、60L的密閉容器及日光燈1只；試驗(yàn)原料：前面所制得A、B、C、D、E 5種機(jī)織布，每塊小樣20 cm×20 cm，500 mL氨水，適量的氫氧化鈉，普通光源的臺(tái)燈等；試驗(yàn)條件：環(huán)境溫度20 ℃，環(huán)境濕度65 %。

試驗(yàn)方法：第一步：量取15 mL氨水，放入實(shí)驗(yàn)用容器，立即放進(jìn)密閉容器，迅速加入適量的氫氧化鈉，然后立即封箱(整個(gè)過程要求速度快，盡量減少氨氣在空氣中的揮發(fā))。靜置，1 h后測(cè)量箱內(nèi)氨氣的濃度。此過程進(jìn)行3次。第二步：在第一步前提下(保證同樣的初始濃度)，將試樣放入密閉容器中，靜置12 h，讓其充分作用。12 h后測(cè)量密閉容器內(nèi)氨氣濃度。

2.2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.2.1 織物的拉伸性能測(cè)試結(jié)果與分析

織物斷裂強(qiáng)力與蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量之間的關(guān)系如圖2所示。所得到的擬合方程為：

Y＝951.100 69－5.932 41X，R＝－0.989 07

圖2 織物斷裂強(qiáng)力與蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between the fabric breaking strength and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

從圖2及擬合方程可以看出，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉混紡機(jī)織物的斷裂強(qiáng)力隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加而減少。主要是由于棉纖維的斷裂強(qiáng)度要高于蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維，所以，隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，斷裂強(qiáng)力逐漸減小。

2.2.2 織物的耐磨性能測(cè)試結(jié)果與分析

織物質(zhì)量損失率與蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量之間的關(guān)系如圖3所示。所得到的擬合方程為：

圖3 織物質(zhì)量損失率與蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between the weight wear rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

由圖3及擬合方程可以看出，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉混紡機(jī)織物的質(zhì)量損失率隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加而減小。因?yàn)榕c棉纖維相比，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維的初始模量較低，變形能力強(qiáng)，有利于緩解摩擦力，而且試驗(yàn)織物所用混紡紗中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維的長(zhǎng)度比棉纖維要長(zhǎng)，在紗線內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)較為困難，難于從紗線中抽出，這有利于織物耐磨性的提高。不過，總體來說蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉混紡針織物的耐磨性能一般。

2.2.3 織物的除臭性能測(cè)試結(jié)果與分析

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量與氨氣降解率的關(guān)系如圖4所示。所得到的擬合方程為：

由圖4及擬合方程可以看出，氨氣的降解率隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加而增大，當(dāng)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量為100 %時(shí)，氨氣的降解率為52.7 %，當(dāng)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量為0時(shí)，氨氣的降解率為0。原因是當(dāng)光線照射到光觸媒上，就會(huì)使一個(gè)電子e-從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，留下一個(gè)空穴h+在價(jià)帶中，形成負(fù)電子(e-)和空穴(h+)兩種載流體，負(fù)電子能將表面吸附的空氣中水分子(H20)轉(zhuǎn)變成極具氧化性的羥基自由基(OH一)，最后生成游離羥基(·OH)，就是該羥基與氨氣發(fā)生還原反應(yīng)，將它們分解成CO2和H20[5]。隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，光觸媒的含量相應(yīng)的增加，使其在光照下激發(fā)的電子空穴增加，對(duì)氨氣的氧化還原能力增加。因此，隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，氨氣的降解率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

圖4 蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量與氨氣降解率的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between the ammonia degradation rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi berr

3 結(jié) 語

通過對(duì)不同混紡比例的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡機(jī)織物的性能測(cè)試和分析，獲得如下結(jié)果：

1)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡機(jī)織物的斷裂強(qiáng)力與織物中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量成反比關(guān)系，說明隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，織物的斷裂強(qiáng)力下降。

2)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡機(jī)織物的質(zhì)量磨損率與織物中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量成反比關(guān)系，說明隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，織物的耐磨性能增強(qiáng)。

3)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維/棉纖維混紡機(jī)織物的氨氣降解率與織物中蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量成正比關(guān)系，即隨著蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)光觸媒纖維含量的增加，織物的除臭性能增強(qiáng)。

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Wearing and deodorant property study of the fabric blended with photocatalyst fi ber and cotton

CHEN Wei, LI Yan-qing, JIN Xiao-ke, ZHU Cheng-yan, ZHANG Hong-xia
(College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In this paper, the blended yarn with honeycomb-like porous structure photocatalyst fiber and cotton in different proportion was used as raw material and was weaved into woven fabric. Its wearing property and deodorant property were tested to discuss fabric performance. The result showed that: the effect of the fabric breaking strength and the weight wear rate was inversely proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure; however, the effect of the deodorant property was directly proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure.

Potocatalyst fiber; Ring property; Odorant property

TS101.923

A

1001-7003(2011)10-0021-03

2011-07-11；

2011-09-04

陳偉(1987－ )，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔椆こ?。通訊作者：祝成炎，教授，cyzhu@zstu.edu.cn。