納米鋅溶膠處理后羊毛和絲織物的功能特性變化

B. H. Patel， S. B. Chaudhari

巴羅達(dá)薩亞吉?jiǎng)谕豕髮W(xué) 技術(shù)與工程系(印度)

金屬氧化物(如二氧化鈦、氧化亞銅和二氧化硅)可用于改善不同紡織品的功能性。貴金屬(如銀和金)自遠(yuǎn)古時(shí)代就被用于紡織品。納米結(jié)構(gòu)實(shí)體具有非常規(guī)的性能，將其加入紡織材料中，會(huì)產(chǎn)生特殊性能或增強(qiáng)現(xiàn)有性能。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引入銀、銅、鋅及其氧化物的納米顆粒，織物基材的抗菌、導(dǎo)電和防紫外線性能得以提高。

對(duì)軍用和民用防護(hù)服裝的開(kāi)發(fā)進(jìn)行深入研究。利用納米金屬氧化物潛在的抗菌、自去污、防紫外線等特性，可以開(kāi)發(fā)出一系列抗菌裝備和民用健康品。氧化鋅納米粒子可提供紫外線屏蔽功能，并降低聚酰胺(PA)纖維的靜電。

早期研究中有一種簡(jiǎn)單的納米鋅顆粒的技術(shù)，可通過(guò)浸軋技術(shù)將其應(yīng)用于黃麻和棉織物上。研究表明這種技術(shù)可增強(qiáng)織物拉伸性、抗菌性和染色性等性能。本文聚焦于納米鋅處理織物的直接染料染色性能探究，研究納米鋅處理對(duì)羊毛和絲織物吸水性、透氣性、透水性、紫外線透過(guò)率、電阻率、抗菌性和天然染料染色性能的影響。

1 材料

將自制的納米鋅溶膠通過(guò)浸軋-烘干-固化工藝應(yīng)用于羊毛和絲織物，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法評(píng)估處理后織物功能性質(zhì)的變化。

平紋羊毛和絲織物從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。使用前先對(duì)織物進(jìn)行溫和煮煉[5%皂劑(Lisaapol L)和2%碳酸鈉沸煮15 min]，然后洗滌、中和、風(fēng)干。天然染料是在實(shí)驗(yàn)室提取的印楝(ND1)、指甲花(ND2)和圣羅勒(ND3)。本研究使用封端的金屬納米鋅溶膠，無(wú)需進(jìn)一步純化。

2 試驗(yàn)方法

2.1 納米處理織物的制備

為了去除所選羊毛和絲織物上的整理劑和其他疏水性雜質(zhì)，將其放入含有5g/L非離子洗滌劑(Lissapol N)和2 g/L碳酸鈉的浴液中，在80 ℃下處理30 min。然后將織物在循環(huán)水中徹底清洗，中和后再次徹底洗滌。直至織物的pH值檢測(cè)為中性。

2.2 用納米鋅溶膠處理織物試樣

將羊毛和絲織物試樣浸漬在納米鋅膠體溶液中10 min，然后在自動(dòng)雙缸軋染機(jī)上軋染，該軋染機(jī)在70%的軋余率下以15 r/min的速度運(yùn)行，壓強(qiáng)為17.15×10-4N/m2，使用二浸二軋的軋染工藝。將浸軋的基布風(fēng)干，最后在焙烘爐中于120 ℃下固化20 min。

3 結(jié)果與討論

采用浸軋-干燥-固化使納米鋅顆粒沉積在羊毛和絲織物上。

通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察織物的表觀形貌，如圖1所示。將X射線熒光特征光譜儀(XRF)與SEM聯(lián)用，可觀察到納米粒子均勻分散在織物表面。

XRF結(jié)果顯示，納米鋅顆粒在羊毛和絲織物上的量分別為0.26和0.20。

將納米鋅顆粒引入纖維內(nèi)部可提高纖維負(fù)載能力。從圖1可以看出，納米鋅顆粒分布在處理后的織物試樣表面。納米粒子分布在聚合物基體中可承載負(fù)荷，增加韌性和耐磨性；納米填料可以轉(zhuǎn)移聚合物基體中的壓力，使羊毛和絲織物的拉伸強(qiáng)度分別提高15.24%和7.59%。與絲織物相比，羊毛織物的制動(dòng)載荷改善效果更好。

處理后織物的折皺回復(fù)性和彎曲性能均有所改善。這可能是由于納米鋅顆粒對(duì)聚合物分子鏈運(yùn)動(dòng)的干擾所致。絲織物的回復(fù)角和彎曲長(zhǎng)度均有所提升，說(shuō)明處理后絲織物變得更硬。

通過(guò)滴落試驗(yàn)測(cè)定了納米鋅處理對(duì)織物吸水性的影響。結(jié)果表明，與未處理的織物相比，經(jīng)納米鋅顆粒處理的羊毛織物的吸水性下降了27.5%，絲織物的吸水性下降了20.0%。分別處理1、5、10 min時(shí)，納米鋅顆粒的沉積使羊毛織物的芯吸長(zhǎng)度分別降低了15.38%、13.95%和12.5%，絲織物為15.79%、13.79%和11.9%。這可能是由于小尺寸納米顆粒在纖維基質(zhì)中滲透，阻塞了水分子通過(guò)毛細(xì)管的路徑。

經(jīng)納米鋅處理后，羊毛和絲織物的透水率分別下降了3.08%和1.49%，這是因?yàn)槲挥诰酆衔锘贾械募{米顆粒阻止了水流過(guò)織物。

與未處理的織物試樣相比較，處理后的羊毛和絲織物的透氣性分別降低了9.21%和7.43%。由此可以看出，存在于織物結(jié)構(gòu)中的納米顆粒也影響了空氣的流動(dòng)。

通過(guò)土埋試驗(yàn)測(cè)定抗微生物活性，結(jié)果如表1所示。根據(jù)土埋試驗(yàn)測(cè)定的斷裂載荷損失，發(fā)現(xiàn)納米鋅處理增強(qiáng)了羊毛和絲織物的抗微生物侵蝕性。未處理的對(duì)照試樣的斷裂載荷由于被土埋試驗(yàn)的細(xì)菌破壞而降低，而納米鋅處理的試樣可抵抗細(xì)菌侵蝕。這可能是由于金屬離子和金屬化合物的殺菌作用所致。

表1 納米鋅顆?？刮⑸锴治g作用

對(duì)處理后的試樣進(jìn)行了抗革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌的測(cè)試。結(jié)果表明，經(jīng)納米鋅處理的羊毛和絲織物的抗菌率分別為85.06%和83.35%。

對(duì)照試樣的紫外線透過(guò)率相對(duì)高于經(jīng)納米鋅顆粒處理的織物，即與未處理的織物相比，經(jīng)納米顆粒處理的織物可獲得更好的紫外線防護(hù)性能。經(jīng)處理的羊毛織物的紫外線透過(guò)率降低，與未處理織物相比，經(jīng)處理的羊毛織物對(duì)長(zhǎng)波紫外線(UV-A)和短波紫外線(UV-B)紫外線的透過(guò)率分別降低了50.63%和52.69%。與未處理的織物相比，經(jīng)處理的絲織物對(duì)UV-A和UV-B的紫外線透過(guò)率分別降低了37.24%和39.98%。結(jié)果表明，在UV-A和UV-B波段，納米鋅處理抑制了所有處理后織物試樣的紫外線透過(guò)率。

按照AATCC 76-2005，用Keithley-614型靜電計(jì)測(cè)量經(jīng)處理和未處理織物試樣的表面電阻率。與未處理織物試樣相比，納米鋅處理的羊毛和絲織物的表面電阻率無(wú)任何變化。

以印楝(ND1)、指甲花(ND2)和圣羅勒(ND3)3種天然染料為原料，研究納米鋅預(yù)處理對(duì)羊毛和絲織物染色性能的影響。表2為用納米鋅處理織物試樣和未處理織物試樣的染色強(qiáng)度(K/S值)和色牢度測(cè)試結(jié)果。從表2可以看出，經(jīng)納米鋅處理和未經(jīng)處理的羊毛和絲織物均能被3種天然染料染色。使用20%相對(duì)織物質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(o.w.f)的印楝、指甲花和圣羅勒的甲醇提取物作為天然著色劑，可獲得淺綠至中綠的顏色，而在納米鋅處理后的織物試樣中獲得了深綠色。

表2 天然染料染羊毛和絲織物的染色強(qiáng)度和色牢度

納米鋅處理的試樣具有較高的K/S值，表明納米金屬顆粒的存在增加了染料對(duì)織物的親和力。納米鋅處理纖維的效果還體現(xiàn)在色牢度性能的提高上。納米鋅處理不僅提高了天然染料染色羊毛和絲織物的染色強(qiáng)度，而且提高了天然染料上染羊毛和絲織物的色牢度。

4 結(jié)論

納米鋅溶膠可通過(guò)普通的浸軋-烘干-固化工藝成功應(yīng)用于羊毛和絲織物。經(jīng)過(guò)納米鋅處理的羊毛和絲織物在UV-A和UV-B波段的紫外防護(hù)方面有所改善，并且抗菌活性有所提升。與未處理織物試樣相比，經(jīng)納米鋅處理的羊毛和絲織物的表面電阻率并沒(méi)有表現(xiàn)出任何變化。研究還表明，納米鋅處理可提高天然染料對(duì)羊毛和絲織物的染色性能。納米鋅處理也提高了織物的耐光性和耐洗性。研究結(jié)果還表明，對(duì)羊毛和絲織物進(jìn)行納米鋅處理提高了織物對(duì)細(xì)菌侵蝕的抵抗力，而織物的吸水性、芯吸性，以及空氣和水的滲透性影響較小。

許科能 譯 羅 艷 校