納米二氧化鈦對(duì)粘膠織物的整理工藝研究

張 寧，KESINEE Srisongmuang，EAKACHAT Joneurairatana

(1.泰國(guó)藝術(shù)大學(xué)， 泰國(guó) 曼谷 10100； 2.江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201)

環(huán)保已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生活質(zhì)量重要參考指標(biāo)。對(duì)紡織行業(yè)而言，環(huán)保大致可分為兩方面，一是生產(chǎn)過(guò)程中的降耗、減排，二是紡織品的回收與降解[1-2]。本文嘗試使用綠色可降解的殼聚糖與明膠制成整理劑對(duì)粘膠織物進(jìn)行功能整理，同時(shí)在整理劑中引入納米二氧化鈦，不僅提高了整理劑對(duì)織物的吸附性能，還可利用二氧化鈦的抗紫外線性能與抗菌性能，提高織物的功能性[3-4]。納米二氧化鈦目前是織物整理中較為常見(jiàn)的整理劑，其除上述的抗紫外線性能與抗菌性能外，還具有自清潔性能[5-6]，可見(jiàn)光條件下降解甲醛[7]，對(duì)棉織物整理還具有一定的抗皺作用[8]。粘膠織物是人們開(kāi)發(fā)利用較早的纖維素纖維，其低廉的生產(chǎn)成本，較短的生產(chǎn)周期，較好的服用性能深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，被廣泛應(yīng)用在服用面料與家紡產(chǎn)品[9-10]。本文選擇粘膠織物作為研究對(duì)象，利用殼聚糖、明膠與納米二氧化鈦對(duì)粘膠織物進(jìn)行復(fù)合整理，提高了織物的功能性，以期為開(kāi)發(fā)成本低廉、功能齊全、綠色環(huán)保的多功能服裝提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與藥品

粘膠織物(紗線線密度18.4 tex，織物經(jīng)密450根/(10 cm)，緯密320根/(10 cm))；營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基(杭州微生物試劑有限公司)；分散劑(杭州聚濤生物科技有限公司)；納米二氧化鈦(成都嘉葉生物科技有限公司)；盧戈氏碘液(河南新鄉(xiāng)衛(wèi)生用品有限公司)；金黃色葡萄球菌(ATCC6538)、大腸埃希菌(ATCC25922)(廣電環(huán)凱微生物科技有限公司)；殼聚糖、明膠、乙酸、戊二醛(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；洗滌液(市售)。

1.2 儀器與設(shè)備

ZX10003型分析天平(北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司)、M5800-C型臺(tái)式超聲波清洗器(江蘇澤源生物科技有限公司)、NM-75E型實(shí)驗(yàn)用小軋車(chē)、RH basic艾卡磁力攪拌器(艾卡(廣州)儀器設(shè)備有限公司)、A231498型實(shí)驗(yàn)室用烘箱(上海艾測(cè)科技有限公司)、雙85恒溫恒濕試驗(yàn)箱(東莞市正航儀器設(shè)備有限公司)、UV-2000F型紡織品抗紫外線測(cè)試儀(美國(guó)藍(lán)菲光學(xué)公司)、INSTRON5590型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(英斯特朗(上海)試驗(yàn)設(shè)備貿(mào)易有限公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 粘膠織物整理工藝

稱(chēng)取殼聚糖3 g溶于100 mL體積分?jǐn)?shù)為1%的乙酸去離子水中，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的殼聚糖乙酸溶液；另稱(chēng)取明膠6 g，溶解于100 mL 60 ℃的去離子水中，制成明膠溶液；量取2 g戊二醛(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)置于容量瓶備用。將殼聚糖乙酸溶液與明膠溶液按照體積比1∶1進(jìn)行混合后，加入一定量的納米二氧化鈦在攪拌器中高速攪拌均勻后，加入分散劑、滲透劑，補(bǔ)入去離子水繼續(xù)攪拌均勻，配置成殼聚糖、明膠、納米二氧化鈦整理劑。

殼聚糖、明膠、納米二氧化鈦整理劑對(duì)粘膠織物的功能整理采用二浸二軋整理，其中一浸一軋后利用戊二醛噴灑處理：軋余率高于90%，預(yù)烘溫度為80 ℃，預(yù)烘3 min，焙烘溫度120 ℃，焙烘5 min；干燥后清洗數(shù)次，再次干燥至恒質(zhì)量。

調(diào)整整理劑中二氧化鈦含量，確定二氧化鈦?zhàn)罴颜矸桨浮?/p>

1.3.2 粘膠織物質(zhì)量增加率

測(cè)試不同二氧化鈦質(zhì)量濃度條件下，粘膠織物整理后的質(zhì)量增加率，烘干條件為(105±1) ℃，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

織物質(zhì)量增加率=

(1)

1.3.3 力學(xué)性能測(cè)試

將整理前后的粘膠織物在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中調(diào)濕24 h后，裁剪成長(zhǎng)250 mm(經(jīng)紗方向)，寬50 mm(緯紗方向)；利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)布樣進(jìn)行斷裂強(qiáng)力測(cè)試。等速伸長(zhǎng)拉伸，布樣夾持長(zhǎng)度為200 mm，拉伸速度20 mm/min。每種布樣試驗(yàn)30組，剔除異常測(cè)試數(shù)據(jù)后取平均值。

1.3.4 防紫外線性能

依據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評(píng)定》對(duì)整理后的粘膠織物進(jìn)行防紫外線性能測(cè)試。參照式(2)計(jì)算粘膠織物整理前后的紫外線防護(hù)因子UPF值。UPF值越高，織物的防紫外線性能越好。

(2)

式中：E(λ)為日光光譜輻照度，W/(m2·nm)；ε(λ)為光相對(duì)的紅斑效應(yīng)；Ti(λ)為織物試樣i在波長(zhǎng)為λ時(shí)的光譜透射比；Δλ為波長(zhǎng)間隔，nm。

1.3.5 抗菌性能測(cè)試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)式(3)計(jì)算不同二氧化鈦質(zhì)量濃度條件整理后的粘膠織物的抗菌性能。

(3)

1.3.6 耐水性性能測(cè)試

參照FZ/T 14020—2011《水洗服裝用涂料染色面料》的方法，利用標(biāo)準(zhǔn)皂粉在40 ℃的水溫中分別皂洗5、10、15、20、30次，并測(cè)試整理后粘膠織物水洗后的抗紫外線性能與抗菌性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘膠織物質(zhì)量增加率分析

粘膠織物質(zhì)量增加率隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線見(jiàn)圖1。從圖中曲線的變化趨勢(shì)可以看出，粘膠織物的質(zhì)量增加率隨著二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。這是由于殼聚糖與明膠雖然具有良好的生物降解性能與生物相容性等性能，但其單獨(dú)對(duì)織物進(jìn)行處理后，殼聚糖與明膠對(duì)粘膠織物的吸附性能與力學(xué)性能不佳，很難滿足織物對(duì)力學(xué)性能的要求。采取殼聚糖與明膠相互交聯(lián)使其在對(duì)粘膠織物整理后呈現(xiàn)互穿網(wǎng)絡(luò)膜狀，同時(shí)在整理過(guò)程中使用戊二醛作為交聯(lián)劑，穩(wěn)定了整理后網(wǎng)絡(luò)膜的穩(wěn)定性。因此整理劑在粘膠織物上呈現(xiàn)較好的穩(wěn)定狀態(tài)，二氧化鈦屬于金屬粒子，其隨機(jī)分布在殼聚糖與明膠膜中，在一定程度上形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，提高了殼聚糖、明膠分子間交聯(lián)的作用。因此，隨著二氧化鈦質(zhì)量濃度的提高，粘膠織物的質(zhì)量增加率隨之提高，另一方面，由于二氧化鈦屬于金屬粒子，與殼聚糖和明膠的結(jié)合力較弱，當(dāng)二氧化鈦的含量過(guò)高時(shí)，其破壞了殼聚糖和明膠的穩(wěn)定性，致使結(jié)合力降低。當(dāng)形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的交聯(lián)性增加量低于對(duì)殼聚糖和明膠的穩(wěn)定性的影響時(shí)，即當(dāng)二氧化鈦的質(zhì)量濃度超過(guò)一定量時(shí)粘膠織物的質(zhì)量增加率隨二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加而降低。從測(cè)試數(shù)據(jù)判斷可推知二氧化鈦的質(zhì)量濃度控制在9.5 g/L左右為佳。

圖1 粘膠織物質(zhì)量增加率隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線

2.2 力學(xué)性能分析

力學(xué)性能是織物服用性能的重要指標(biāo)，粘膠織物斷裂強(qiáng)力隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯衬z織物的斷裂強(qiáng)力隨著二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。造成這種現(xiàn)象的機(jī)制與上文質(zhì)量增加率的分析大致相同，在戊二醛作交聯(lián)劑，提高了殼聚糖、明膠在粘膠織物表面產(chǎn)生的致密均勻的膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，從而提高了整理后粘膠織物的力學(xué)性能。二氧化鈦的加入所產(chǎn)生的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，增加了這種交聯(lián)作用，進(jìn)一步提高了整理后粘膠織物的力學(xué)性能。當(dāng)二氧化鈦的質(zhì)量濃度超過(guò)一定量時(shí)，破壞了外層殼聚糖、明膠膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，造成了整理后粘膠織物力學(xué)性能的下降。從測(cè)試的曲線數(shù)據(jù)可以推斷當(dāng)二氧化鈦質(zhì)量濃度9.5 g/L左右時(shí)，整理后的粘膠織物的力學(xué)性能較佳，這也與上文中粘膠織物質(zhì)量增加率測(cè)試結(jié)果相互驗(yàn)證。

圖2 粘膠織物斷裂強(qiáng)力隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線

2.3 防紫外線性能分析

粘膠織物抗紫外線性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線與粘膠織物抗紫外線性能隨水洗次數(shù)變化曲線分別見(jiàn)圖3、4。

圖3 粘膠織物抗紫外線性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線

從圖3可以看出，粘膠織物的抗紫外線性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，且上升的速率明顯高于下降的速率。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因有以下2方面：一是粘膠織物的抗紫外線性能與上文驗(yàn)證的二氧化鈦附著量呈現(xiàn)正相關(guān)，二氧化鈦的含量直接影響粘膠織物的抗紫外線性能；二是由于殼聚糖和明膠自身具有一定的抗紫外線性能，當(dāng)其附著在粘膠織物表面時(shí)也提高了織物的抗紫外線性能，也造成了粘膠織物抗紫外線性能的增加速率高于下降速率的現(xiàn)象。同時(shí)從曲線的走勢(shì)中可以明顯看出，當(dāng)二氧化鈦質(zhì)量濃度為9.5 g/L左右時(shí)，整理后的粘膠織物的抗紫外線性能較佳。

圖4 粘膠織物抗紫外線性能隨水洗次數(shù)變化曲線

從圖4可以看出，整理后的粘膠織物的抗紫外線性能隨著水洗次數(shù)的增加不斷降低，當(dāng)水洗次數(shù)小于20次時(shí)，整理后的粘膠織物的UPF值依然高于50，滿足國(guó)家抗紫外線面料的標(biāo)準(zhǔn)。說(shuō)明利用殼聚糖、明膠與二氧化鈦對(duì)粘膠織物進(jìn)行功能整理能夠很好地滿足織物對(duì)抗紫外線性能的要求。

2.4 抗菌性能分析

二氧化鈦在光照催化作用下產(chǎn)生的電子空穴效應(yīng)具有較強(qiáng)的氧化和還原能力，使其具有很強(qiáng)的抗菌效果。粘膠織物抗菌性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線與粘膠織物抗菌性能隨水洗次數(shù)變化曲線分別見(jiàn)圖5、6。

圖5 粘膠織物抗菌性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度變化曲線

圖6 粘膠織物抗菌性能隨水洗次數(shù)變化曲線

從圖5可以看出，粘膠織物的抗菌性能隨二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，且對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌性能略高于大腸埃希菌。同時(shí)從曲線的走勢(shì)中可以明顯看出當(dāng)二氧化鈦質(zhì)量濃度9.5 g/L左右時(shí)，整理后的粘膠織物的抗菌性能較佳。造成先升后降的原因與粘膠織物中二氧化鈦含量先升后降有關(guān)，二氧化鈦含量直接影響粘膠織物的抗菌性能。從圖6可以看出，隨著水洗次數(shù)的增加，粘膠織物的抗菌性能隨之下降，這是由于水洗過(guò)程中使得一部分二氧化鈦流失。從圖中測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)水洗次數(shù)低于15次時(shí)，整理后的粘膠織物對(duì)金黃色葡萄球菌與大腸埃希菌性能均高于70%，具有較好的保持性。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用殼聚糖、明膠、二氧化鈦制備整理液對(duì)粘膠織物進(jìn)行復(fù)合功能整理，測(cè)試結(jié)果表明：粘膠織物的質(zhì)量增加率、斷裂強(qiáng)力、抗紫外線性能與抗菌性能與二氧化鈦的含量呈現(xiàn)正相關(guān)性。當(dāng)二氧化鈦質(zhì)量濃度9.5 g/L左右時(shí)，整理后的粘膠織物的質(zhì)量增加率、斷裂強(qiáng)力、抗紫外線性能與抗菌性能較佳。整理后的粘膠織物的防紫外線性能與抗菌性能隨著水洗的次數(shù)降低，當(dāng)水洗次數(shù)小于15次時(shí)，粘膠織物的防紫外線性能與抗菌性能具有較好的保持性，驗(yàn)證了利用殼聚糖、明膠、二氧化鈦制備整理液對(duì)粘膠織物進(jìn)行功能整理的可行性。