基于納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子制備抗紫外超疏水復(fù)合功能棉織物

李　倩，徐麗慧，沈　勇，程　洋

(上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上?！?01620)

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基于納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子制備抗紫外超疏水復(fù)合功能棉織物

李倩，徐麗慧，沈勇，程洋

(上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上海201620)

本文利用納米TiO2粉體，以聚乙烯吡咯烷(PVP)為分散劑和結(jié)構(gòu)引導(dǎo)劑，以正硅酸乙酯(TEOS)為納米SiO2前驅(qū)體，在納米TiO2粉體表面包覆納米SiO2，制備納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子。將納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子整理到棉織物上，并通過十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)低表面能修飾后，得到抗紫外和超疏水復(fù)合功能棉織物。探究制備納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的最佳工藝，并對(duì)復(fù)合粒子和處理后棉織物進(jìn)行表征。結(jié)果表明，當(dāng)PVP用量為0.025%，硅鈦比例為2∶1，氨水用量為5 mL時(shí)，納米SiO2包覆TiO2效果較好。處理棉織物的抗紫外指數(shù)(UPF)達(dá)115.42，紫外線UVA(320～420 nm)透過率為3.35%，接觸角為156.54°，滾動(dòng)角為8°，具有優(yōu)異的抗紫外、超疏水性能。此外，處理棉織物經(jīng)過24 h紫外線照射后，接觸角仍為152.73°，滾動(dòng)角仍可達(dá)到9°，實(shí)現(xiàn)了耐紫外線穩(wěn)定性。

納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子； 抗紫外； 超疏水； 棉織物； 穩(wěn)定性

1　引　言

近年來，“微粒表面納米工程”這種新興的納米復(fù)合技術(shù)帶來了紡織行業(yè)的一場(chǎng)革命。將納米復(fù)合技術(shù)與紡織品結(jié)合，賦予織物抗紫外、超疏水、抗菌等多功能性，拓寬了紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。

納米TiO2是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，能夠吸收紫外光，產(chǎn)生光催化作用，這一獨(dú)特的物化性能[2,3]，賦予其廣泛的用途。另外，納米TiO2的廉價(jià)、無毒、易制備性能，更促進(jìn)了它的廣泛應(yīng)用[4]。將納米TiO2應(yīng)用于紡織品，可以制備抗紫外線織物，避免了使用傳統(tǒng)有機(jī)紫外線屏蔽劑帶來的使用壽命短，穩(wěn)定性差及環(huán)境問題，符合環(huán)保要求。然而，將納米TiO2直接應(yīng)用于織物上，由于TiO2的光催化作用，將會(huì)對(duì)與其接觸的織物造成損傷，使織物使用性下降。為此，可以在納米TiO2表面包覆惰性材料，使其既能吸收紫外線，又能抑制光催化作用。

納米SiO2有良好的機(jī)械性能，熱穩(wěn)定性等[5]。通過納米SiO2對(duì)納米TiO2的包覆，對(duì)織物處理后可以阻隔納米TiO2與織物的接觸，起到降低光催化、保護(hù)織物的作用[1,6]。另外，當(dāng)這一納米復(fù)合粒子應(yīng)用于織物上，并通過低表面能物質(zhì)對(duì)織物進(jìn)行修飾，納米SiO2對(duì)納米TiO2的包覆還可以防止納米TiO2對(duì)低表面能物質(zhì)的光催化降解，使織物同時(shí)獲得抗紫外和超疏水性能，并且在長時(shí)間紫外光照射下仍具有較好的疏水性。這樣的織物不僅可以用于日常生活中，如晴雨兩用傘、露天帳篷、廣告?zhèn)愕?，還可應(yīng)用于軍事、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域[7]。而目前，關(guān)于這樣復(fù)合功能織物的制備方法的研究較少，具有較大的研究價(jià)值。

本文在納米TiO2粉體表面包覆納米SiO2，制備納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子，并將納米復(fù)合粒子整理到棉織物上，構(gòu)筑粗糙表面，再利用十六烷基三甲氧基硅烷對(duì)棉織物進(jìn)行低表面能修飾，使織物獲得抗紫外、超疏水雙重功能，為納米復(fù)合技術(shù)在紡織品上的應(yīng)用提供指導(dǎo)意義[8,9]。

2　實(shí)　驗(yàn)

2.1材料、藥品及儀器

材料、藥品：純棉織物，上海華倫印染有限公司。TiO2(Degussa P25,GR)，德固賽(上海)有限公司。聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP,GR)，無水乙醇(AR)，正硅酸四乙酯(TEOS,AR)，氨水(AR)，以上藥品均來自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。十六烷基三甲氧基硅氧烷(HDTMS,AR)，杭州沸點(diǎn)化工有限公司。

儀器：OCA40型視頻接觸角測(cè)量儀(德國Dataphysics公司)，Avatar380傅里葉變換紅外光譜儀(美國Thermo Fisher公司)，JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社)，Labsphere UV1000F紫外線防護(hù)系數(shù)測(cè)試儀(上海理寶商有限公司)，Pert HighScore plus型X射線衍射儀(荷蘭帕納科公司)。

2.2納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的制備

將0.3 g納米TiO2(P25)粉體分散在50 mL含有一定量PVP的無水乙醇中，超聲分散20 min，在電動(dòng)攪拌和超聲波輔助下，滴入一定量的TEOS和30 mL無水乙醇的混合物，同時(shí)分批次加入一定量的氨水，2.5 h滴加完畢。待滴加完畢，繼續(xù)反應(yīng)4 h，離心水洗，烘干，得到納米復(fù)合粒子。最后將納米復(fù)合粒子分散于乙醇中，配制成含固量0.4%分散液備用。

2.3納米SiO2粒子的制備

在電動(dòng)攪拌和超聲波輔助下，向三口燒瓶中滴入一定量的TEOS和30 mL無水乙醇的混合物，同時(shí)分批次加入一定量的氨水，2.5 h滴加完畢。待滴加完畢，繼續(xù)反應(yīng)4 h，離心水洗，烘干，得到納米SiO2粒子。最后將納米SiO2粒子分散于乙醇中，配制成含固量0.4%分散液備用。

2.4納米粒子在棉織物上的負(fù)載

在整理前，對(duì)棉織物進(jìn)行清洗，室溫晾干待用。將棉織物浸漬在納米粒子分散液中30 min，二浸二軋(軋液率60%～70%)→預(yù)烘(80 ℃,5 min)→焙烘(150 ℃,5 min)。

2.5負(fù)載納米粒子的棉織物的疏水化處理

在乙醇中加入一定量的HDTMS配制成整理液。將負(fù)載納米粒子的棉織物浸漬在整理液中30 min，二浸二軋(軋液率60%～70%)→預(yù)烘(80 ℃,5 min)→焙烘(150 ℃,5 min)。

2.6表征與測(cè)試

織物的紫外線屏蔽性能：利用Labsphere UV1000F紫外線防護(hù)系數(shù)測(cè)試儀，對(duì)每塊織物的五個(gè)不同部位分別測(cè)試其紫外線防護(hù)系數(shù)UPF、紫外線UVA(320～420 nm)的透過率T(UVA)，最后分別取其平均值。

織物的疏水性能：用OCA40型視頻接觸角測(cè)量儀對(duì)織物進(jìn)行接觸角測(cè)試，測(cè)試所需水量為5 μL，當(dāng)水滴與織物接觸60 s后立刻讀數(shù)。在同一樣品的不同位置測(cè)量10次，最后取平均值。對(duì)于滾動(dòng)角的測(cè)試參照Zimmermann等[10]的方法進(jìn)行。

納米粒子的紅外測(cè)試：將納米粒子放在烘箱中烘干，采用傅立葉變換紅外光譜儀，以KBr壓片法進(jìn)行測(cè)試。

X射線衍射測(cè)試(XRD)：將制備好的納米復(fù)合粒子放在X射線衍射儀上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件=0.15406 nm的Cu/Kɑ射線，掃描范圍為10°～65°，步長為0.02，管電壓40 kV，管電流200 mA。

掃描電鏡：對(duì)于制備的納米粒子，直接噴金后采用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)試分析。

3　結(jié)果與討論

3.1影響納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子性能的因素

3.1.1PVP用量

實(shí)驗(yàn)中納米TiO2為0.3 g，氨水用量5 mL，TEOS為1.5 g，調(diào)節(jié)PVP用量制備納米復(fù)合粒子。將納米復(fù)合粒子樣品處理到織物上，再經(jīng)過低表面能物質(zhì)HDTMS處理，測(cè)定織物的抗紫外性能，及在不同紫外光照射時(shí)間下，測(cè)定織物表面的水接觸角的變化，探討不同PVP用量下整理織物的抗紫外、超疏水性能，分析納米復(fù)合粒子的性能，結(jié)果如圖1，圖2所示。

圖1　PVP用量對(duì)處理棉織物抗紫外性能的影響Fig.1　Effect of PVP content on the anti-ultraviolet property of treated cotton fabrics

圖2　不同紫外光照射時(shí)間下PVP用量對(duì)處理棉織物接觸角的影響Fig.2　Effect of PVP content on the contact angle of treated cotton fabrics after UV irradiation for certain time

由圖1知，隨著PVP用量的增加，處理織物UPF先減小后增大，紫外線UVA(320～420 nm)透過率T(UVA)先增大后減小。由圖2可知，隨著PVP用量的增加，不同的處理織物在經(jīng)過4、8、12、24 h紫外光照射后，織物接觸角下降程度先減小后增大。

PVP在復(fù)合粒子制備過程中起分散劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用，能夠通過空間位阻作用，使納米TiO2粉體較好地分散。另外，PVP分子鏈吡啶環(huán)上的羰基，可以與TEOS水解縮合后形成的Si-OH結(jié)合，形成氫鍵，Si-OH能夠被吸附到TiO2表面，位于納米TiO2表面的-OH可與表面吸附的Si-OH和水解后的中間產(chǎn)物反應(yīng)生成Ti-O-Si鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米TiO2的包覆[11]。當(dāng)PVP用量為0時(shí)，納米TiO2團(tuán)聚嚴(yán)重，水解的TEOS不能在納米TiO2表面縮聚成核。當(dāng)PVP用量為0.025%時(shí)，PVP能夠引導(dǎo)SiO2前驅(qū)體及水解中間產(chǎn)物移動(dòng)到納米TiO2表面，對(duì)納米TiO2進(jìn)行很好的包覆。SiO2的包覆阻擋了TiO2對(duì)紫外線的吸收，導(dǎo)致整理織物的UPF減小，T(UVA)提高，SiO2也降低了納米TiO2的光催化性能，使處理織物在紫外光照射后表面的HDTMS分解較少，織物的接觸角下降程度小，耐紫外線穩(wěn)定性好。當(dāng)PVP用量增大時(shí)，多余的PVP分散在溶液中，使水解后TEOS直接在溶液中存在，并不能對(duì)納米TiO2進(jìn)行包覆，納米TiO2的紫外吸收性能提高，整理的織物UPF值變大，T(UVA)下降。納米TiO2的光催化性能很強(qiáng)，使整理織物在紫外光照射后，表面的HDTMS分解較多，織物接觸角下降程度變大。綜上可知，PVP用量為0.025%比較合適。

3.1.2硅和鈦的比例對(duì)納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子性質(zhì)的影響

實(shí)驗(yàn)中納米TiO2為0.3g，PVP用量為0.025%，以TEOS的量來調(diào)節(jié)硅鈦比例，將納米復(fù)合粒子樣品處理到織物上，再經(jīng)過HDTMS處理，測(cè)定織物的抗紫外性能及不同紫外光照射時(shí)間下織物表面的水接觸角的變化，探討不同硅鈦比例下整理織物的抗紫外、超疏水性能，分析納米復(fù)合粒子的性能，結(jié)果如圖3、4所示。

圖3　硅鈦比例對(duì)處理棉織物抗紫外性能的影響Fig.3　Effect of silicon and titanium ratio on the anti-ultraviolet property of treated cotton fabrics

圖4　不同紫外光照射時(shí)間下硅鈦比例對(duì)處理棉織物接觸角的影響Fig.4　Effect of silicon and titanium ratio on the contact angle of treated cotton fabrics after UV irradiation for certain time

由圖3知，隨著硅鈦比例不斷增大，處理織物UPF值逐漸減小，T(UVA)逐漸增大。這是因?yàn)?，隨著硅鈦比例的增加，納米復(fù)合粒子中SiO2的量逐漸增多，阻礙了納米TiO2對(duì)紫外線的吸收，使整理織物抗紫外線性能下降。

由圖4知，隨著硅鈦比例的增加，不同納米復(fù)合粒子處理的織物經(jīng)4 h、8 h、12 h、24 h紫外線照射后，織物接觸角的下降程度先減小后增大。這是因?yàn)?，剛開始加入的TEOS量較少，生成的SiO2少，不能對(duì)納米TiO2進(jìn)行完全的包覆。因此，制備的納米復(fù)合粒子光催化性能強(qiáng)，整理織物經(jīng)過紫外線照射后，表面的HDTMS分解較多，織物接觸角下降程度大，疏水性變差。而當(dāng)硅鈦比例為2時(shí)，能夠?qū){米TiO2形成完整包覆，較好地阻隔納米TiO2與織物的接觸，織物經(jīng)紫外線照射后，表面的HDTMS分解少，處理織物的接觸角變化最小，疏水性能好。當(dāng)硅鈦比例超過2時(shí)，由于溶液中TEOS濃度過大，TEOS傾向于自身成核，不能在納米TiO2表面縮合，進(jìn)而不能對(duì)納米TiO2產(chǎn)生很好地包覆作用，納米TiO2光催化性沒有得到較好屏蔽，導(dǎo)致處理織物經(jīng)紫外線照射后，表面HDTMS分解較多，織物接觸角下降程度增大。由上可知，選擇硅鈦比例為2時(shí)，納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子包覆較好。

3.1.3氨水用量的影響

實(shí)驗(yàn)中PVP用量為0.025%，TEOS為1.5 g(硅鈦比例為2)，調(diào)節(jié)氨水用量制備復(fù)合粒子。將納米復(fù)合粒子樣品處理到織物上，再經(jīng)過HDTMS處理，測(cè)定織物的抗紫外性能及不同紫外光照射時(shí)間織物表面的水接觸角的變化，探討不同氨水用量下整理織物的抗紫外、超疏水性能，分析納米復(fù)合粒子的性能，結(jié)果如圖5，圖6所示。

由圖5可知，隨著氨水用量的增加，處理織物的UPF值先減小后增大，T(UVA)先增大后減小。而由圖6知，隨著氨水用量的增加，處理織物經(jīng)4、8、12、24 h紫外線照射后，織物接觸角的下降程度先減小后增大。

圖5　氨水用量對(duì)處理棉織物抗紫外性能的影響Fig.5　Effect of ammonium hydroxide amount on the anti-ultraviolet property of treated cotton fabrics

圖6　不同紫外光照射時(shí)間下氨水用量對(duì)處理棉織物接觸角的影響Fig.6　Effect of ammonium hydroxide amount on the contact angle of treated cotton fabrics after UV irradiation for certain time

納米SiO2的合成是一個(gè)包含前驅(qū)體水解、成核、顆粒的不斷長大的復(fù)雜過程。剛開始溶液呈中性，TEOS水解極其緩慢，幾乎不發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)氨水的用量增大時(shí)，TEOS的水解速率提高，逐漸形成縮聚物，這些縮聚物會(huì)在PVP的引導(dǎo)下，逐漸與納米TiO2表面的羥基反應(yīng)，圍繞納米TiO2顆粒表面成核長大，由此納米TiO2的紫外吸收性能和光催化性能會(huì)因SiO2的包覆而降低。因此，整理織物UPF值減小，T(UVA)增加，處理織物經(jīng)過紫外線照射后，表面的HDTMS分解少，織物接觸角下降程度減小。當(dāng)氨水用量為5mL時(shí)，納米TiO2能夠很好地被SiO2包覆，處理織物經(jīng)過紫外線照射后，表面HDTMS分解少，織物接觸角下降程度最小。當(dāng)氨水用量超過5 mL后，TEOS水解非常迅速，溶液中會(huì)產(chǎn)生很多SiO2活性物種，這些活性物種會(huì)自身長大，產(chǎn)生均相成核的現(xiàn)象，溶液中存在大量的游離的SiO2粒子，導(dǎo)致納米TiO2光催化性能上升，紫外吸收性能略有提高，因此，處理織物的UPF值增大，T(UVA)減小，處理織物經(jīng)紫外線照射后，表面的HDTMS分解多，織物接觸角下降很多。因此，氨水的最佳用量為5 mL。

3.2紅外分析

根據(jù)上述分析可知，納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的最佳制備工藝為：PVP用量0.025%，硅鈦比例為2∶1，氨水用量為5mL，此時(shí)制備的納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子包覆較好，處理后的棉織物有較好的抗紫外、超疏水性能，并且織物耐紫外線穩(wěn)定性好。將納米TiO2(P25)、納米SiO2和依據(jù)最佳工藝制備的納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子分別進(jìn)行紅外測(cè)試分析，結(jié)果如圖7所示。

在圖7a～c中，3433 cm-1、1642 cm-1、3352 cm-1、1635 cm-1、3456 cm-1、1622 cm-1附近出現(xiàn)的強(qiáng)特征吸收峰為納米TiO2粒子、納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子、納米SiO2粒子表面吸附水中O-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)峰；在圖7a、圖7b中，489 cm-1、492 cm-1附近出現(xiàn)的特征吸收峰為Ti-O-Ti鍵引起的吸收峰；在圖7b、圖7c中，1092 cm-1、800 cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰分別為Si-O-Si鍵的伸縮振動(dòng)峰、反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰[12,13]；在圖7b中，在943 cm-1處出現(xiàn)特有的強(qiáng)吸收峰為Ti-O-Si的振動(dòng)吸收峰[14]，而該吸收峰在圖7a、圖7c中是不存在的。由以上分析可知，納米SiO2與納米TiO2在分子水平上形成了鍵合，納米TiO2表面有納米SiO2的存在，形成了包覆層。

3.3XRD分析

根據(jù)最佳工藝制備的納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的XRD圖譜如圖8所示。

實(shí)驗(yàn)中制備納米復(fù)合粒子采用的納米TiO2(P25)粉體主要有銳鈦礦型和金紅石礦型相混合而成。由圖8可知，在2θ為25.3°、37.9°、48°處有明顯的衍射峰，這屬于銳鈦礦型納米TiO2，在2θ為27.5°、54.37°、56.69°、62.9°處也有明顯的衍射峰，這是金紅石型納米TiO2的衍射峰[15]，說明納米SiO2的包覆并沒有影響到納米TiO2的晶型結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)其本身的性能產(chǎn)生影響。2θ在20°～40°范圍內(nèi)，出現(xiàn)了較大的波峰，這種饅頭峰是樣品中的無定型態(tài)納米SiO2產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)中制備納米復(fù)合粒子是在低溫下進(jìn)行的，并在低溫烘干后進(jìn)行測(cè)試，沒有高溫煅燒階段，因此，納米SiO2還是無定型態(tài)。

圖7　紅外光譜圖(a)納米TiO2(b)納米TiO2-SiO2(c)納米SiO2Fig.7　FT-IR spectra of(a)nano-TiO2(b)nano-TiO2-SiO2(c)nano-SiO2

圖8　納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的XRD圖譜Fig.8　XRD pattern of TiO2-SiO2composite nanoparticles

3.4納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子形態(tài)分析

根據(jù)最佳工藝制備納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子，并利用納米復(fù)合粒子粉體做SEM測(cè)試，以觀察其表觀形貌，圖9a和圖9b即為不同放大倍率的掃描電鏡圖。由圖9a和圖9b可以看到，納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子呈球形，具有納米粗糙結(jié)構(gòu)，當(dāng)其負(fù)載在織物上后，能夠在纖維上構(gòu)造粗糙表面，為超疏水織物的制備提供基本條件。同時(shí)，本論文選擇長碳鏈的HDTMS作為低表面能物質(zhì)整理劑處理織物，降低織物的表面能，最后得到了超疏水織物。

圖9　納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子不同放大倍數(shù)的SEM圖Fig.9　SEM images of TiO2-SiO2 composite nanoparticles with different magnification

3.5織物的抗紫外性能和疏水性能

將相同用量的TiO2(P25)粉體、納米SiO2和納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子分別處理到織物上，并和未負(fù)載粒子的織物一起，再用HDTMS修飾，測(cè)定織物的紫外線透過率，在紫外線照射后測(cè)定處理織物的接觸角、滾動(dòng)角。結(jié)果如圖10、表1所示。

由圖10可知，沒有粒子負(fù)載的棉織物a紫外線透過率最高，負(fù)載納米SiO2的棉織物b略低，這是由于納米SiO2粒子在一定程度上對(duì)紫外線有屏蔽作用。負(fù)載納米TiO2的棉織物c紫外線透過率最低，而負(fù)載納米復(fù)合粒子的棉織物d紫外線透過率比c相對(duì)較高，這是由于納米TiO2表面包覆的SiO2減弱了其紫外吸收性能。然而，這也不會(huì)對(duì)處理織物的抗紫外性能造成較大影響，如表1所示，織物經(jīng)過納米復(fù)合粒子負(fù)載及HDTMS修飾后，織物的UPF值為115.42，其中T(UVA)為3.35%，這是符合國家抗紫外紡織標(biāo)準(zhǔn)的(UPF大于50，紫外線UVA透過率小于5%)。

在表1中可以看到，沒有紫外線照射時(shí)，未負(fù)載納米粒子的棉織物疏水性差，負(fù)載納米粒子的棉織物接觸角都大于150°，滾動(dòng)角都小于10°。而負(fù)載納米TiO2、納米SiO2的棉織物，經(jīng)過24 h紫外線照射后，接觸角明顯下降，滾動(dòng)角無法測(cè)出，失去了超疏水性能。負(fù)載納米復(fù)合粒子的織物經(jīng)紫外線照射24 h后，接觸角、滾動(dòng)角變化較小，耐紫外線穩(wěn)定性好，符合織物超疏水的要求，這是由于在納米復(fù)合粒子中，納米SiO2的包覆屏蔽了納米TiO2的光催化性能，阻礙了納米TiO2與織物的直接接觸，同時(shí)有效防止納米TiO2對(duì)織物表面的低表面能物質(zhì)HDTMS分解，使織物仍保持較好的超疏水性能。

圖10　處理棉織物紫外線透過率(a)HDTMS-織物；(b)SiO2-HDTMS-織物；(c)TiO2-HDTMS-織物；(d)TiO2-SiO2-HDTMS-織物Fig.10　UV-vis transmittance curves of treated cotton fabrics

不同棉織物UPFT(UVA)(%)紫外線照射時(shí)間0h接觸角(°)滾動(dòng)角(°)紫外線照射時(shí)間24h接觸角(°)滾動(dòng)角(°)HDTMS-織物17.0910.74103.204055.49/SiO2-HDTMS-織物21.349.15157.33889.54/TiO2-HDTMS-織物194.222.53158.75860.91/TiO2-SiO2-HDTMS-織物115.423.35156.548152.739

綜上：本論文制備的棉織物具有抗紫外和超疏水復(fù)合功能，并且耐紫外線穩(wěn)定性好，該方法會(huì)為其進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

4　結(jié)　論

(1)在PVP用量為0.025%，硅鈦比例為2∶1，氨水用量為5mL時(shí)，制備的納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子包覆效果好。通過紅外分析知，納米SiO2在納米TiO2表面形成了包覆層。通過XRD分析知，納米SiO2的包覆沒有影響TiO2的晶型結(jié)構(gòu)，納米SiO2以無定型態(tài)存在；

(2)納米TiO2-SiO2復(fù)合粒子的SEM圖表明納米復(fù)合粒子為球形，有納米粗糙結(jié)構(gòu)，可以在織物表面均勻負(fù)載，構(gòu)筑一定的粗糙度。將納米復(fù)合粒子和HDTMS處理到織物上后，處理織物UPF為115.42，紫外線UVA透過率為3.35%，接觸角為156.54°，滾動(dòng)角為8°。經(jīng)過24 h紫外線照射后，處理織物的接觸角為152.73°，滾動(dòng)角為9°，耐紫外線穩(wěn)定性好。

[1] 趙文俞,張清杰,官建國,等.Fe/SiO2核殼復(fù)合粒子表面的XPS譜研究[J].硅酸鹽通報(bào),2007,26(1):39-40.

[2] Abidi N,Cabrales L,Hequet E. Functionalization of a cotton fabric surface with titania nanosols:application for self-cleaning and UV-protection properties[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2009,10(1):2041-2143.

[3] 汪穎軍,張瑩瑩,吳紅姣,等.TiO2-SiO2復(fù)合氧化物的制備及其催化性能的研究進(jìn)展[J].石油化工,2010,39(12):1402-1404.

[4] 柏沖.樹莓狀結(jié)構(gòu)納米復(fù)合粒子超疏水性表面的構(gòu)建[D].濟(jì)南：齊魯大學(xué)碩士學(xué)位論文,2014.

[5] 楊輝，陳飛.乙烯基三甲氧基硅烷對(duì)二氧化硅的超疏水改性研究[J].人工晶體學(xué)報(bào),2015,44(9):2597-2605.

[6] Zou H,Wu S S,Shen J. Polymer/silica nanocomposites:preparation, characterization properties, and applications[J].ChemicalReviews,2008,108(9):3893-3957.

[7] 尹偉.ZnO/SiO2復(fù)合微粒制備及纖維基防紫外超疏水表面構(gòu)筑[D].西安：陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

[8] 薛朝華,張平,姬鵬婷,等.TiO2/SiO2核殼結(jié)構(gòu)微粒的合成及超疏水防紫外線功能織物的制備[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,31(6):46-47.

[9] 葉鳳英,沈勇,王黎明,等.銳鈦礦型納米TiO2低溫制備及光催化性能研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(2):1-2.

[10] Zimmermann J, Seeger S, Reifler F A. Water shedding angle: a new technique to evaluate the water-repellent properties of superhydrophobic surfaces[J].TextileResearchJournal,2009,79(17):1565-1570.

[11] 解榮永,李德寶,侯博,等.核殼結(jié)構(gòu)鈷基催化劑的制備及費(fèi)托合成性能[J].化工進(jìn)展,2010,29:382.

[12] 豐滄.功能化納米二氧化硅溶膠與聚合物的組裝研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

[13] Shashikala S,Jurgen W,Klaus A,et al.Variable temperature FT-IR studies of n-alkyl modified silica gel[J].TheJournalofPhysicalChemistry.B,2002,106:878-880.

[14] Peiro A M ,Peral J,Domingo C, et al.Low-temperature deposition of TiO2thin films with photocatalytic activity from colloidal anatase aqueous solutions[J].MaterialsChemistry,2001,13:2567-2570.

[15] 任學(xué)昌,史載鋒,孔令仁.TiO2薄膜的Ag改性及光催化活性[J].催化學(xué)報(bào),2006,27(9):815-822.

Preparation of Anti-ultraviolet and Superhydrophobic Multifunctional Cotton Fabrics Based on TiO2-SiO2Composite Nanoparticles

LIQian,XULi-hui,SHENYong,CHENGYang

(College of Fashion,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)

The TiO2-SiO2composite nanoparticles (nano-TiO2covered by SiO2based on nano-TiO2powder) were successfully prepared by using polyvinylpyrrolidone (PVP) as a dispersant and structural guiding agent, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the precursor of SiO2. The anti-ultraviolet and superhydrophobic multifunctional cotton fabrics were successfully obtained by the coating of TiO2-SiO2composite nanoparticles followed by the modification of hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS). The preparation technique of TiO2-SiO2composite nanoparticles was explored, and the composite nanoparticles and treated cotton fabrics were characterized. The results showed that nano-TiO2was covered well by nano-SiO2when the PVP amount was 0.025%, the silicon and titanium ratio was 2:1, and the ammonium hydroxide amount was 5 mL. The treated cotton fabrics had the ultraviolet protection factor (UPF) of 115.42, the UVA(320-420 nm) transmittance of 3.35%, the water contact angle (CA) of 156.54° and the shedding angle (SHA) of 8°,showing the excellent anti-ultraviolet and superhydrophobic properties. Besides, the treated cotton fabrics still had the water CA of 152.73° and the SHA of 9°after UV irradiation for 24 h,achieving good stability of anti-ultraviolet radiation.

TiO2-SiO2composite nanoparticles;anti-ultraviolet;superhydrophobic;cotton fabrics;stability

2013年上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃項(xiàng)目(ZZGJD13038)；上海工程技術(shù)大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)目(2014-07)；上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目資助(13DZ2294300)

李倩(1989-)，女，碩士研究生.主要從事紡織品功能整理方面的研究.

徐麗慧,副教授.

TS195

A

1001-1625(2016)03-0772-07