基于納米Cs0.33WO3的自清潔多功能棉織物的制備及其性能

譚 衛(wèi)，馬明波，周文龍

(浙江理工大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國(guó)際絲綢學(xué)院)，杭州 310018)

隨著全球資源的日益緊缺，使用最少的材料賦予紡織品更多的功能，一直是紡織品開(kāi)發(fā)的主要方向。近年來(lái)，個(gè)人熱管理在節(jié)能和人體舒適方面受到了越來(lái)越多的關(guān)注[1]。近紅外線(xiàn)可以穿透普通衣物照射到皮膚上，可能導(dǎo)致人產(chǎn)生不舒適的灼熱感；持續(xù)的紫外線(xiàn)照射會(huì)導(dǎo)致皮膚老化和潛在的皮膚癌[2]。為避免這些問(wèn)題，Jiang等[3]通過(guò)磁控濺射的方式在滌綸上分別沉積不同厚度的銀、銅、鈦、鋁金屬薄膜，使織物近紅外反射率達(dá)到30%～35%。Panwar等[4]探討了TiO2-SiO2Janus顆粒處理棉織物的熱調(diào)節(jié)作用。然而，目前的紅外反射材料存在二次輻射，纖維和織物粗糙表面的不連續(xù)導(dǎo)致反射率相對(duì)較低，整理后的織物手感較硬、透氣性較差，金屬材料長(zhǎng)期暴露在空氣中易氧化影響其近紅外屏蔽性能等缺點(diǎn)[5-6]。相關(guān)研究[7-9]發(fā)現(xiàn)，氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦錫(ITO)、氧化錫(SnO2)和氧化銻錫(ATO)的紅外屏蔽性能具有更好的NIR屏蔽和隔熱性能，用這些透明的導(dǎo)電氧化物通?？梢云帘尾ㄩL(zhǎng)λ>1500 nm的NIR光。黃寶元等[10]研究了納米氧化銻錫(ATO)顆粒的隔熱原理，指出其改性機(jī)制主要是基于納米ATO對(duì)紅外光線(xiàn)的吸收而非反射。Wang等[11]通過(guò)將丙烯酸酯基團(tuán)引入聚氨酯主鏈末端，然后用銻摻雜氧化錫(ATO)納米顆粒進(jìn)行改性，制備了WPUA/ATO涂層，能夠吸收近紅外輻射，從而有效地防止傳熱和熱擴(kuò)散。銫鎢青銅(Cesium-doped tungsten oxide, Cs0.33WO3)是具有六角形結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性功能的特殊化合物，是一種理想的太陽(yáng)能近紅外屏蔽材料。Guo等[12]對(duì)納米棒狀Cs0.32WO3的光學(xué)性能已在800～15000 nm范圍內(nèi)進(jìn)行了研究；觀察到較強(qiáng)的吸收能力和較寬的工作波段,在整個(gè)近紅外波段范圍內(nèi)具有很高的近紅外屏蔽效率。Liu等[13]利用Cs0.32WO3和SiO2氣凝膠納米顆粒的膠體分散法，在玻璃襯底上制備了一種新型的Cs0.32WO3/SiO2氣凝膠多層復(fù)合涂層，不僅具有較高的透光率，而且具有優(yōu)良的近紅外屏蔽和保溫性能。

Cs0.32WO3納米粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和無(wú)毒性，適用于紡織品[14]。然而，Cs0.33WO3納米粒子在紡織上的隔熱整理及其紫外防護(hù)性能相關(guān)報(bào)道較少；其次，Cs0.33WO3納米粒子被油漬等污染會(huì)影響其紫外、近紅外屏蔽性能。因此，設(shè)計(jì)和制造能夠高效屏蔽太陽(yáng)紫外線(xiàn)和近紅外輻射的多功能紡織品是人類(lèi)健康和個(gè)人熱管理的重要努力方向。超疏水材料的水接觸角(CA)大于150°，滑動(dòng)角(SA)小于10°，由于其獨(dú)特的拒水和自清潔性能的協(xié)同優(yōu)勢(shì)，引起了人們的極大興趣以及其他潛在的應(yīng)用[15]。相關(guān)研究[6-17]表明，由于低表面能和多尺度表面粗糙度的共同作用，產(chǎn)生了超疏水性。Tuteja等[18]研究發(fā)現(xiàn)，具有多重凹形結(jié)構(gòu)的粗糙表面結(jié)合含氟低表面能基團(tuán)修飾是構(gòu)建超雙疏表面的重要保障。Lu等[19]制造了一種全氟硅烷和納米TiO2的乙醇懸浮液，通過(guò)噴涂、浸漬或擠壓到材料表面，從而獲得具有一定耐摩擦性的超疏水、自清潔表面。

本文采用Cs0.33WO3納米粒子(Cs0.33WO3NPS)、三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷(POTS)對(duì)棉織物進(jìn)行涂層整理，通過(guò)“一步法”浸軋整理，制備POTS-Cs0.33WO3多功能織物。利用Cs0.33WO3NPS對(duì)棉織物進(jìn)行改性，POTS不僅作為氟硅烷對(duì)織物進(jìn)行化學(xué)修飾，而且作為一種黏結(jié)劑將Cs0.33WO3NPS黏附到纖維表面，以期制備出具有屏蔽紫外、近紅外的隔熱、超疏水、拒油的多功能織物。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料：三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷(POTS，上海阿拉丁有限公司)，納米銫鎢青銅(Cs0.33WO3NPs乙醇分散液，固含量25%，粒徑小于100 nm，廈門(mén)納諾泰克科技有限公司)，斜紋機(jī)織棉織物(180 g/m2,石家莊宏達(dá)紡織有限公司)，NaOH(杭州高晶化工有限公司)，乙醇，海天醬油，雀巢咖啡，伊利牛奶，金龍魚(yú)大豆油，自制紅茶。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：AR124CN 電子分析天平(美國(guó)奧豪斯儀器上海有限公司)、SNT(H)-2030超聲波清洗機(jī)(上海必能信超聲有限公司)、DF-101S 磁力攪拌機(jī)(鞏義予華儀器有限公司)、DHG-9055A鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、Krüss DSA 100視頻接觸角張力儀(德國(guó)Krüss公司)、ZEISS Gemini SEM 500場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(德國(guó)蔡司公司)、QUANTAX能量色散X射線(xiàn)光譜儀(EDS、德國(guó)Bruker公司)、UV-2000F紡織品抗紫外因子測(cè)試儀(美國(guó)Labsphere公司)、UV-3600 Plus紫外-可見(jiàn)光-近紅外分光光度計(jì)(日本島津公司)、YMPO-01S-08實(shí)驗(yàn)室用小軋車(chē)(山東常泰勒儀器有限公司)、Testo810雙功能測(cè)溫儀(德圖儀器上海有限公司)，LFY-201D型多功能織物強(qiáng)力儀(萊州市電子儀器有限公司)，YG461E透氣性測(cè)試儀(溫州方圓儀器有限公司)、PhabrOmeter智能風(fēng)格儀(美國(guó)Nu Cybertek公司)。

1.2 POTS-Cs0.33WO3棉織物的制備

1.2.1 棉織物的預(yù)處理

為了防止棉織物上的棉籽殼、纖維素共生物以及上漿漿料、加工中的油污等物質(zhì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響,需要對(duì)織物進(jìn)行預(yù)處理。棉織物的尺寸為 16 cm×16 cm,對(duì)棉織物進(jìn)行稱(chēng)重之后，制備浴比為1∶50的堿性溶液，其中,NaOH溶液的質(zhì)量濃度為12 g/L。90 ℃處理2 h(30 min攪拌一次)后取出棉織物，先熱水沖洗,再用冷水沖洗至中性。隨后,將退好漿的織物放入烘箱,在80 ℃下烘干[20]。

1.2.2 POTS-Cs0.33WO3浸漬液的制備

根據(jù)需要在乙醇中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.4%的三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷(POTS)使之溶解，磁力攪拌2 h后，加入不同質(zhì)量的Cs0.33WO3納米分散液，超聲震蕩30 min后，磁力攪拌 1 h，配制出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的整理液，通過(guò)測(cè)試棉織物負(fù)載不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米Cs0.33WO3相關(guān)性能，探索棉織物負(fù)載納米Cs0.33WO3NPs最佳濃度。

1.2.3 POTS-Cs0.33WO3分散液涂層織物的制備

POTS-Cs0.33WO3涂層整理棉織物的制備使用的是二浸二軋浸漬-烘干法，浸軋過(guò)程使用的是實(shí)驗(yàn)用小軋車(chē)。將洗滌后的棉織物浸入配置好整理液中5 min，二浸二軋(軋液率為80%～90%)，焙烘(120 ℃，20 min)，重復(fù)3次，達(dá)到六浸六軋，獲得整理樣。同時(shí)，作為對(duì)照試驗(yàn)，單獨(dú)使用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)A的POTS整理液對(duì)棉織物進(jìn)行涂層整理。

(1)

式中：m為Cs0.33WO3NPs 分散液質(zhì)量，g;n為乙醇的質(zhì)量，g。

圖1示出納米Cs0.33WO3-POTS氟硅烷復(fù)合整理棉織物反應(yīng)機(jī)制圖。氟硅烷POTS與Cs0.33WO3NPs在乙醇溶液中共混，形成共混液，POTS沉積在納米Cs0.33WO3粒子上降低其表面能同時(shí)作為一種黏結(jié)劑使其負(fù)載于棉織物表面。

圖1 納米Cs0.33WO3-POTS氟硅烷復(fù)合整理棉織物流程

1.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

1.3.1 織物結(jié)構(gòu)、表面元素成分表征

將待測(cè)織物用電導(dǎo)膠平整固定在鋁臺(tái)上，在電鏡掃描觀察前對(duì)樣品進(jìn)行經(jīng)鍍金處理，鍍金時(shí)間100 s，電流為10 mA。使用ZEISS Gemini SEM 500掃描電子顯微鏡對(duì)未處理和改性處理的棉織物的表面形貌進(jìn)行觀察，調(diào)整加速電壓為3 kV,放大倍數(shù)分別為200、500、4 000、50 000倍。采用與掃描電子顯微鏡相連的Bruker QUANTAX能譜儀測(cè)試涂層后棉織物表面化學(xué)元素分布及含量，所用的加速電壓為15 kV，選取測(cè)試范圍后對(duì)指定元素進(jìn)行分析。

1.3.2 織物自清潔性能測(cè)試

采用接觸角測(cè)量?jī)x(Krüss DSA 100)測(cè)試棉織物表面的接觸角大小，使用的水滴的大小約為 3 μL，油滴大小約為2 μL。所有測(cè)試結(jié)果均為在不同位置測(cè)量3次后所取得平均值。

將大豆油、醬油、牛奶、咖啡、水、茶滴至整理前后棉織物表面，放置30 s后，用織物表面變化表征其耐污性能。

1.3.3 織物防紫外線(xiàn)測(cè)試

采用紫外防護(hù)系數(shù)(UPF)評(píng)價(jià)，其紫外透射光譜[T(UVA)、T(UVB)]通過(guò)UV2000F紡織品抗紫外因子測(cè)試儀測(cè)量。紫外防護(hù)系數(shù)(UPF)按照GB/T 18830-2009《紡織品 防紫外線(xiàn)性能的評(píng)定》的標(biāo)準(zhǔn)，試樣采用Labsphere UV-2000F紡織品抗紫外因子測(cè)試儀上至少測(cè)試5次，測(cè)試波長(zhǎng)間隔為1 nm，紫外線(xiàn)輻射波長(zhǎng)為200～400 nm。

1.3.4 織物紫外-可見(jiàn)光-近紅外透過(guò)率

采用紫外-可見(jiàn)光-近紅外分光光度計(jì)(島津UV-3600 Plus，日本)外接積分球測(cè)定織物在波長(zhǎng)200～1700 nm的光下的透過(guò)率，狹縫寬度20 nm，光源自動(dòng)，檢測(cè)器自動(dòng)。

1.3.5 織物隔熱性能測(cè)試

采用自制的隔熱裝置。隔熱裝置如圖2所示，箱體為亞克力玻璃，箱外用錫箔紙包裹，箱體內(nèi)腔大小為18 cm×18 cm×10 cm，箱壁厚0.5 cm，箱體上方分別開(kāi)口12 cm×12 cm，將250 W的紅外燈置于亞克力玻璃箱上方25 cm 處。測(cè)試時(shí)，布置于箱體開(kāi)口的上方，溫度計(jì)置于箱底，維持室溫(29±0.2)℃，打開(kāi)紅外燈，測(cè)定箱體內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化，每隔1 min記錄一次溫度。

圖2 隔熱測(cè)試裝置示意

1.3.6 摩擦測(cè)試

本次實(shí)驗(yàn)采用自制的摩擦裝置，如圖3所示，對(duì)整理后的棉織物進(jìn)行摩擦測(cè)試。重達(dá)100 g砝碼與織物放在砂紙上(標(biāo)準(zhǔn)砂紙，粒度為240目)，沿圖示方向速率為2 cm/s勻速移動(dòng)10 cm,將樣品旋轉(zhuǎn)90°，按圖示方向速率為2 cm/s勻速移動(dòng)10 cm,這個(gè)過(guò)程定義為摩擦一次。這樣可以保證即使每次摩擦都在一個(gè)方向上移動(dòng)，也能保證可以摩擦到織物表面的橫向和縱向[19]。

圖3 摩擦測(cè)試示意

1.3.7 力學(xué)及服用性能測(cè)試

根據(jù) GB/T 3923.1-2013《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)》，采用電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)定織物的拉伸強(qiáng)度。試樣規(guī)格為200 mm×50 mm，測(cè)定5次，取平均值?？椢锿繉雍笃溆绊懫浞眯阅埽瑢?duì)織物整理前后進(jìn)行透氣性、硬挺度、柔軟度、光滑度性能測(cè)試。根據(jù)GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，在溫度為20 ℃，濕度65%的恒溫實(shí)驗(yàn)室采用YG461E全自動(dòng)透氣量?jī)x測(cè)試進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試面積為20 cm2,測(cè)試壓差設(shè)置為200 Pa，每塊試樣測(cè)試5次，得平均值，測(cè)試棉織物整理前后的透氣性能的變化。采用PhabrOmeter智能風(fēng)格儀對(duì)織物進(jìn)行硬挺度、柔軟度、光滑度測(cè)試，試樣尺寸為100 m2的圓形織物。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性棉織物的形態(tài)結(jié)構(gòu)

未處理和改性處理棉織物的掃描電鏡照片見(jiàn) 圖4。圖4(a)-(d)為未處理棉織物不同放大倍數(shù)的電鏡掃描照片。從圖4(a)可以清晰地看到棉織物經(jīng)緯交織的組織結(jié)構(gòu)，圖4(b)展示出棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲結(jié)構(gòu)，圖4(c)展示的是在放大4000倍時(shí)看到的棉纖維表面相對(duì)光滑且?guī)в刑卣餍缘臈l紋，沒(méi)有明顯的粗糙結(jié)構(gòu)，圖4(d)在放大五萬(wàn)倍的情況下，纖維表面并不是光滑結(jié)構(gòu)，可以明顯看出棉纖維附生物累積的不平整和孔隙結(jié)構(gòu)。圖4中(e)-(h)為2.3%POTS-2.4%Cs0.33WO3涂層整理棉織物的電鏡照片，其中圖4(e)可以看到整理后的棉織物組織沒(méi)有被破壞；圖4(f)-(g)可以看出，纖維表明和纖維之間形成一層涂層結(jié)構(gòu)，本文采用的整理?xiàng)l件效果均勻，這有利于織物整體疏水性能的保持,圖4(h)中Cs0.33WO3納米粒子的粒徑為40～50 nm 左右，此時(shí)改性棉纖維表面均勻布滿(mǎn)了納米粒子，從而掩蓋了纖維表面本來(lái)的條紋及裂紋結(jié)構(gòu)，納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象較小，這有助于發(fā)揮其性能；和原始棉(見(jiàn)圖4(d))相對(duì)光滑表面相比，整理后的棉織物不僅增加了表面的粗糙度，POTS沉積使Cs0.33WO3納米粒子表面降低了表面能，提升超疏水性。

圖4 整理前后棉織物的掃描電鏡照片

2.2 POTS-Cs0.33WO3涂層整理棉織物表面元素成分分析

如圖5所示，C元素、O元素來(lái)自原始棉織物中的纖維素結(jié)構(gòu)，少量的C元素來(lái)自POTS中的碳-氟鍵。原始棉經(jīng)POTS-Cs0.33WO3涂覆后，能譜中存在F、Si、Cs、W 4種元素，說(shuō)明POTS-Cs0.33WO3涂層均勻分布在纖維表面。烘干后F元素存在織物表面，可以降低棉織物表面能，提高棉織物的疏水性。其中Cs/W原子比為0.36，摻雜比基本與理論值0.33一致。略有的差異可能因?yàn)镋DS是半定量表征，存在一定誤差，并且在制備Cs0.33WO3納米粉末的過(guò)程中Cs元素可能有少量仍然存在于Cs0.33WO3樣品表面[14]。

圖5 2.3%POTS-2.4%Cs0.33WO3整理棉織物掃描電鏡及能譜圖

2.3 潤(rùn)濕性能及耐油污性能分析

如圖6(a)、圖6(c)、圖6(e)所示，沒(méi)有整理前棉織物的表面完全被水和其他液體潤(rùn)濕，水接觸角為0 °，油接觸角為0 °，這是由于棉織物表面親水性—OH的存在。由圖6(b)可知，經(jīng)過(guò)2.3%POTS-2.4%Cs0.33WO3整理過(guò)的棉織物水接觸角達(dá)到 155 °>150 °，具有超疏水性，水滴在織物表面幾乎是一個(gè)完整的球體，同時(shí)具有極強(qiáng)的滾動(dòng)性。由 圖6(d)、圖6(f)可知，經(jīng)過(guò)2.3%POTS-2.4%Cs0.33WO3整理的棉織物疏油角達(dá)到140 °，生活中常見(jiàn)的容易污染紡織品的液體在織物表面形成球狀，容易滾落,可以避免日常生活中的大豆油等油性污漬的污染。圖6(g)經(jīng)摩擦50次的紡織品，表面疏水拒油性能并沒(méi)有很大地降低，液體無(wú)法潤(rùn)濕織物表面，整理過(guò)的織物仍然具有耐油污的特性。

圖6 棉織物整理前后的疏水耐油污性能

2.4 抗紫外線(xiàn)性能

由圖7、圖8可知，未經(jīng)過(guò)任何整理的棉織物UPF是15.03，UVA透過(guò)率7.52%、UVB透過(guò)率5.83%，防紫外性能較弱(UPF<50)，單獨(dú)使用氟硅烷POTS整理后的棉織物UPF為15.4，UVA透過(guò)率7.49%，UVB透過(guò)率5.62%，沒(méi)有明顯提高，說(shuō)明氟硅烷POTS對(duì)于織物的防紫外沒(méi)有影響。隨著棉織物負(fù)載的Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，棉織物的紫外線(xiàn)透過(guò)率逐漸降低，UPF逐漸增加。棉織物經(jīng)過(guò)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs0.33WO3整理后，負(fù)載Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.075%時(shí)的棉織物的UPF為153.3，提升了近10倍，UVA透過(guò)率 2.14%、UVB透過(guò)率0.36%，說(shuō)明Cs0.33WO3負(fù)載到棉織物上的紫外防護(hù)性能較好。隨著棉織物負(fù)載的Cs0.33WO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增加，織物的UPF值也逐漸增大，相對(duì)應(yīng)的UVA、UVB的透過(guò)率逐漸減小直至不再變化。負(fù)載Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.4%時(shí)，棉織物的UPF為1 600，提升了近100倍，UVA透過(guò)率0.26%，UVB透過(guò)率 0.05%，繼續(xù)增加棉織物負(fù)載的Cs0.33WO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到 3.6%，UVA透過(guò)率與UVB透過(guò)率降低較小，UPF增加至1700。綜合分析，棉織物負(fù)載Cs0.33WO3對(duì)于紫外的屏蔽效果明顯，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.075% 整理后的棉織物UPF為 153.3 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了防紫外的要求(UPF>50)，整理后的織物能夠達(dá)到GB/T 18830-2009《紡織品 防紫外線(xiàn)性能的評(píng)定》規(guī)定的防紫外線(xiàn)效果，可以作為防護(hù)用品滿(mǎn)足日常生活中防紫外線(xiàn)的需要。

圖7 負(fù)載不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs0.33WO3的棉織物對(duì)紫外線(xiàn)透過(guò)率的影響

圖8 負(fù)載不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs0.33WO3的棉織物對(duì)UPF值、UVA、UVB透過(guò)率的影響

2.5 隔熱性能

如圖9所示，當(dāng)窗口覆蓋未處理的棉織物或POTS處理的棉織物，分別輻照30 min，相應(yīng)的箱子內(nèi)溫度分別增加到53 ℃和53.05 ℃，沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明POTS處理的棉織物不起隔熱作用。Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%整理的棉織物,30 min后箱內(nèi)溫度有一定的降低，為50.05 ℃,與未整理的棉織物相比降低了近3℃，箱內(nèi)溫度隨著Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%時(shí)箱內(nèi)溫度為 49.55 ℃，當(dāng)Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%時(shí)，箱內(nèi)溫度為48.9 ℃,與未整理的棉織物相比降低了4.1 ℃，繼續(xù)增加Cs0.33WO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到4.8%時(shí),箱內(nèi)溫度達(dá)到48.7 ℃，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%時(shí)相比變化不大，而且布面溫度會(huì)有一定程度升高。所以，從節(jié)約資源與隔熱實(shí)際效果分析，隔熱效果最佳的Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%，使箱底溫度比原布降低4.1 ℃。

圖9 箱內(nèi)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

2.6 耐摩擦性

由圖10可知，未處理的棉與單獨(dú)使用POTS處理過(guò)的棉織物在近紅外波段760～1 600 nm波段范圍內(nèi)透過(guò)率為80%左右，說(shuō)明POTS對(duì)織物的近紅外沒(méi)有屏蔽。負(fù)載Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.6%的棉織物未摩擦?xí)r的近紅外透過(guò)率為7%。摩擦次數(shù)在30次的情況下，與未摩擦?xí)r相比，近紅外透過(guò)率變化較小。隨著摩擦次數(shù)的增加到50次，近紅外透過(guò)率為10%；摩擦100次時(shí)，近紅外透過(guò)率為12%；雙面各摩擦100次時(shí)，近紅外透過(guò)率為14%。結(jié)果表明：Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.6%整理的棉織物經(jīng)單面100次摩擦、雙面各100次摩擦在近紅外波段的屏蔽率均可以達(dá)到85%以上，較未摩擦前近紅外屏蔽效果有所下降，但基本達(dá)到日常服用防護(hù)的需求。

圖10 摩擦次數(shù)對(duì)負(fù)載3.6% Cs0.33WO3棉織物的紫外、近紅外透過(guò)率的影響

2.7 力學(xué)性能及服用性能

整理織物前后的力學(xué)及服用性能測(cè)試如表1所示，整理過(guò)的棉織物較未整理的棉織物相比斷裂強(qiáng)度變化不大，說(shuō)明整理后沒(méi)有破壞織物的力學(xué)性能。整理過(guò)的棉織物硬挺度增加是因?yàn)榉柰镻OTS具有一定的黏性將Cs0.33WO3NPs黏附在纖維表面，在纖維表面形成一層致密的納米顆粒薄膜，同時(shí)織物表面光滑度降低，進(jìn)一步證明了整理過(guò)的棉織物表面粗糙度增加，有利于疏水表面的形成。綜合分析，整理過(guò)的棉織物手感沒(méi)有發(fā)生變化?？椢锏耐笟庑阅苁顷P(guān)系到織物穿著舒適性的重要指標(biāo),它對(duì)織物的隔熱、保暖、通透、涼快等方面都有影響[21]。所以對(duì)涂層前后的織物進(jìn)行透氣性分析,如表1所示，織物整理前后透氣率變化較小，不影響織物整理后的透氣性，從側(cè)面證明Cs0.33WO3NPs主要是以黏附在纖維表面形式存在，纖維間納米顆粒填充較少。

表1 整理前后織物力學(xué)及服用性能

3 結(jié) 論

采用Cs0.33WO3NPs、氟硅烷三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷(POTS)對(duì)棉織物進(jìn)行涂層整理制備出一種多功能棉織物,對(duì)其性能進(jìn)行分析得到結(jié)論如下：

a)采用“一步法”整理的納米POTS-Cs0.33WO3棉織物表面粗糙度顯著增加，表面元素分布分析表明Cs、W、F、Si元素均勻分布在復(fù)合整理后棉織物表面，整理后的棉織物水接觸角155 °，同時(shí)具有良好的耐油污性能。

b)分析了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs0.33WO3負(fù)載棉織物的紫外防護(hù)性能、隔熱性能、紫外、近紅外光譜屏蔽性能。棉織物負(fù)載納米Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.075% 時(shí)，UPF值達(dá)到153.3，遠(yuǎn)高于未整理的棉織物(UPF=15.03)；棉織物負(fù)載納米Cs0.33WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.6%時(shí)：近紅外光屏蔽率達(dá)到了90%以上；自制隔熱裝置布下溫度下降4.1 ℃；雙面各摩擦100次，近紅外光屏蔽率85%，能夠滿(mǎn)足服用要求。

c)整理后棉織物強(qiáng)力變化不明顯，相對(duì)手感跟未整理棉織物相比未發(fā)生很大變化，透氣性略有降低。Cs0.33WO3NPs涂層棉織物在紫外、近紅外屏蔽方面有著很大的應(yīng)用前景，目前研究的涂層棉織物紫外、近紅外屏蔽效能基本滿(mǎn)足服用需求，摩擦后紫外、近紅外屏蔽效能降低較大，疏水性能有所降低，日后的研究可致力于提高Cs0.33WO3NPs涂層棉織物的耐摩擦性并繼續(xù)提高超疏水性，拓寬POTS-Cs0.33WO3NPs涂層棉織物在自清潔、紫外、近紅外屏蔽領(lǐng)域應(yīng)用范圍。