二氧化鈦膠體對棉紗線性能的影響

曾令璽，鄧中民

(武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430200)

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二氧化鈦膠體對棉紗線性能的影響

曾令璽，鄧中民

(武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430200)

摘要時下二氧化鈦應(yīng)用越來越廣泛。本文探討了二氧化鈦對棉紗線性能的影響。首先,給出了如何制備成功的二氧化鈦膠體，然后比較浸泡二氧化鈦膠體的棉紗線和沒有浸泡二氧化鈦膠體的棉紗線的回潮率，阻燃性，從而得出回潮率高；具有阻燃的結(jié)論，還分析了它們出現(xiàn)性能差異的原因。為研究二氧化鈦對棉織物性能的影響提供參考。

關(guān)鍵詞二氧化鈦材料棉紗線性能膠體

0前言

二氧化鈦，白色固體或粉末狀的兩性氧化物，分子量：79.88，是一種白色無機顏料，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料。鈦白的粘附力強，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。它的熔點很高，也被用來制造耐火玻璃，琺瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

納米TiO2具有許多良好的性質(zhì)。比表面積大，表面活性大，熱導(dǎo)性能好，分散性好等[1]。還具有吸濕性，高沸點，高熔點等性質(zhì)[2]

自從1972年日本的橋本和仁和藤島昭在《NATURE》雜志上發(fā)表了題為“Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”的論文,TiO2就成了國內(nèi)外的研究熱點，如利用納米TiO2作光催化劑，可處理有機廢水，其活性比普通TiO2(約10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外線的能力，可作食品包裝材料、木器保護(hù)漆、化妝品防曬霜等；利用其光電導(dǎo)性和光敏性，可開發(fā)一種TiO2感光材料[3]。但研究大多圍繞高活性納米TiO2粉體的制備、多相光催化機理、提高TiO2的光催化效率等方面上，而對二氧化鈦的溶膠對棉紗線性能的研究很少。

本文基于以上現(xiàn)狀,開展了二氧化鈦的溶膠對棉紗線性能的研究。溶膠—凝膠法則可以在低溫下制備高純度、粒徑分布均勻、化學(xué)活性大的單組分或多組分分子級納米催化劑[4],實驗以鈦酸丁酯為先驅(qū)體,水為溶劑,鹽酸，醋酸為催化劑,以溶膠-凝膠法制備TiO2溶膠。

棉織物作為一種廣泛應(yīng)用的織物，但回潮率有待提高和易燃，若能通過一些處理，改善它的性能，則能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟價值。而影響棉織物性能的一個方面就是紗線的性能。通過對比二氧化鈦處理過的棉紗線和沒有二氧化鈦處理的棉紗線，看二氧化鈦處理過的棉紗線性能是否有所改善，并分析原因，為改善棉織物的性能提供一個參考。

1二氧化鈦的膠體制備

1.1TiO2溶膠的制備方法

TiO2溶膠的制備方法：在室溫24度，先將一定量的冰乙酸和鈦酸丁酯進(jìn)行混合，然后緩慢地滴加到不同濃度的鹽酸水溶液中，滴加完畢后，靜置一段時間使其分層，便可得到透明度很高的TiO2溶膠。

1.2儀器與試劑

試劑：鈦酸丁酯(化學(xué)純)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%鹽酸、冰醋酸(化學(xué)純)。

儀器：AL204-電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)，CL-2調(diào)溫磁力攪拌機(上海鵬順科學(xué)儀器有限公司)，DZF-6020電熱真空干燥箱(上海鵬順科學(xué)儀器有限公司)，TCW-32B箱式氣氛爐(上海國龍儀器儀表廠)，燒杯，分液漏斗。

1.3實驗步驟

(1) 取17 mL的鈦酸丁酯加入到盛有0.5 mL的鹽酸的玻璃杯中，得到溶液A；

(2) 另取9 mL冰醋酸和45 mL的水混勻得到溶液B；

(3) 將A溶液緩慢地滴加到B溶液中并且用磁力攪拌器迅速地攪拌，溫度40度，直到攪拌不動，得到透明的膠體；

1.4實驗結(jié)果如下圖

圖1　二氧化鈦膠體的制備

2浸漬二氧化鈦膠體的棉紗線實驗

2.1粘附二氧化鈦膠體的棉紗線的制備

2.1.1粘附二氧化鈦膠體的棉紗線的制備方法

把棉紗線浸泡在盛有二氧化鈦膠體的燒杯中，密封浸泡

2.1.2儀器與試劑

試劑：前一個實驗做的二氧化鈦膠體

儀器：燒杯，玻璃片，玻璃棒

2.1.3實驗步驟

(1) 選取9根武漢江南紡織的14tex棉紗線，室溫24度，在二氧化鈦膠體中浸泡1h，3h, 6h,尋找合適的浸泡時間，合適時間是指接觸充分，但沒有浸泡過度，即紗線強力改變不大，每組實驗選3根紗線

(2)根據(jù)以上分組做實驗，選取20根紗線在膠體中浸泡合適的時間

2.1.4實驗結(jié)果

浸泡在燒杯中的結(jié)果如下表1：

表1　浸泡實驗

根據(jù)以上結(jié)果，選取浸泡3小時較為合適，故選取20根14tex棉紗在二氧化鈦膠體中浸泡3小時，讓棉紗與二氧化鈦膠體充分接觸。

2.2粘附二氧化鈦膠體對棉紗線回潮率影響

2.2.1實驗方法

烘箱法是利用電熱絲加熱，當(dāng)烘箱內(nèi)溫度升至規(guī)定值時，把試樣放入烘箱內(nèi)，使紗線內(nèi)的水分蒸發(fā)與空中，并利用換氣裝置將濕空氣排出烘箱外。由于紗線內(nèi)水分不斷蒸發(fā)與散失，質(zhì)量不斷減少，當(dāng)質(zhì)量烘至恒定質(zhì)量時，即為紗線干重(烘燥過程中的全部質(zhì)量損失都作為水分)，經(jīng)計算得出回潮率指標(biāo)。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供給烘箱的大氣應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)大氣，如為非標(biāo)準(zhǔn)大氣，則測得的烘干質(zhì)量應(yīng)修正到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的干重。

2.2.2實驗儀器

儀器：YG747型通風(fēng)式快速烘箱。

2.2.3實驗步驟

1、電子天平接通并開啟電源。等待進(jìn)入工作狀態(tài)后，按“校準(zhǔn)/去皮”，使讀數(shù)置零。

2、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)籃手柄，逐一勾取烘籃，校準(zhǔn)每只烘籃使重量相等，并逐一放回籃座。掛鉤掛于天平下方秤鉤上。

3、按“校準(zhǔn)/去皮”，天平置零。

4、稱取待測紗線20根，10根浸泡了二氧化鈦膠體的紗線，10根沒有浸泡的紗線，每根紗線逐一放入1只烘籃中。

5、用掛鉤勾取剩下的一只空烘籃，掛于天平秤鉤上，按“校準(zhǔn)/去皮”，天平置零。

6、空籃放回籃座，并放入最后一根紗線，掛鉤懸掛于天平下方秤鉤上，關(guān)上箱門。

7、烘箱溫度設(shè)置：

(1)按“電源”按鈕，溫控儀顯示：上排為環(huán)境實際溫度，下排為設(shè)定溫度。

(2)按“SET”健，再按“∧”或“∨”進(jìn)行溫度設(shè)定(根據(jù)纖維品種確定，棉105℃)，再按“SET”健退出設(shè)定狀態(tài)。

8、關(guān)閉伸縮蓋，打開排氣閥，按下“開機”按鈕，烘箱開始工作。

9、第一次稱重：烘箱工作約30分鐘，按下“暫?！卑粹o，一分鐘后打開伸縮蓋，關(guān)閉排氣閥，逐籃稱重并記錄。

10、稱重完畢，關(guān)閉伸縮蓋，打開排氣閥，按下“開機”按鈕，烘箱繼續(xù)工作。

11、第二次稱重：5分鐘后，按下“暫?！卑粹o，一分鐘后打開伸縮蓋，關(guān)閉排氣閥，逐籃稱重并記錄。

12、如果兩次稱重質(zhì)量差小于第二次質(zhì)量的0.05%，可結(jié)束試驗，將第二次質(zhì)量修正到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的干燥質(zhì)量；如果兩次稱重質(zhì)量差大于第二次質(zhì)量的0.05%，則重復(fù)上述步驟進(jìn)行第三次稱重，以此類推。

2.2.4實驗結(jié)果記錄

挑選10根二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線和10根沒有在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線，各取一根，組成10組紗線。

表2　10組紗線回潮率測試

從表2中可以看出在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線比沒有在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線回潮率高。平均增加4.06%。

原因分析，二氧化鈦有吸濕性，二氧化鈦同時也有親水性，但吸濕性不太強。

2.3粘附二氧化鈦膠體對棉紗線燃燒性能影響

2.3.1實驗方法

測定紗線的燃燒時間。燃燒時是指在有氧環(huán)境中從放入到點燃的時間。

2.3.2實驗儀器

儀器：打火機，秒表，鑷子，通風(fēng)櫥。

2.3.3實驗步驟

在通風(fēng)櫥中用鑷子夾住紗線的一段。一同學(xué)點燃打火機時，另一同學(xué)迅速記時間。

2.3.2實驗結(jié)果與分析

表3　10組紗線燃燒試驗結(jié)果記錄

從表3中可知在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線比沒有在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線燃燒時間長，平均增加1.5秒。這說明在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線有阻燃作用。

原因分析：棉花自燃點在30度開始產(chǎn)生焦油，250度會自燃。而二氧化鈦的熔沸點較高，且棉紗線表面粘附的二氧化鈦相當(dāng)于隔絕了棉紗線與氧分子的接觸，故在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線有阻燃作用。

3結(jié)論

通過本文里的一系列實驗，可知在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線比沒有在二氧化鈦膠體中浸泡過的棉紗線有如下差異：(1)回潮率高；(2)具有阻燃。制作棉織物時用二氧化鈦改性，可以獲得很多性能的改善，值得在這個方面進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張立德，牟季美. 納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M]. 北京:科學(xué)出版社，2001.

[2] 李志軍, 王紅英.納米二氧化欽的性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)展[J] 廣州化工, 2006.34(1)

[3] HARIZANOV O, IVANOVA T, HARIZANOVA A. Study of sol-gel TiO2 and TiO2-MnO obtained from a peptized solution [J]. Materials Letters, 2001, 49(3-4):165-171.

[4] PISCOPO A, ROBERT D, WEBER J V. Comparison between the reactivity of commercial and synthetic TiO2photocatalysts [J]. Journal of Photo chemistry and Photobiology A: Chemistry, 2001, 139 (2):253 -256.

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：中國分類號：TS106A

通訊作者：鄧中民(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：紡織品CAD/CAM系統(tǒng)研究與開發(fā)。

收稿日期：2015-03-19

文章編號：1008-5580(2015)02-026-03