饰品之家讯：1 试验
1.1 材料与药品
织物 漂白后纯棉织物(细平布,中平布)
药品 聚氨酯改性纳米TiO2(自制)[1],活性红1,食盐,Na2CO3。
1.2 功能性面料的制备
1.2.1 整理液制备
聚氨酯改性纳米TiO2用量分别为1%,2%,4%,10%和20%,以水为介质配制整理液。
1.2.2 整理工艺
织物浸渍整理液→在恒温振荡摇床上浸渍1h(55℃)→预烘(80℃×5min)→焙烘(150~170℃×3min)→水洗(水温70℃)→平铺阴干
1.2.3 整理后织物的染色
染色工艺处方
活性红1/%(omf)5
食盐/(g/L)40
Na2CO3/(g/L)10
1.3 测试方法
(1)抗紫外线性能
按照GB/T18830—2002《纺织品防紫外线性能的评定》测试。
(2)折皱回复角
按照GB/T3819—1997《纺织品织物折痕恢复性的测定回复角法》,在YG541B型织物折皱弹性测试仪上测试。
(3)断裂强伸度
按GB/T3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》,在YG062D电子织物强力试验仪上测试。
(4)透气性
按照GB/T5453—1997《纺织品织物透气性的测定》,在Y561型织物透气仪上测试。
2 结果与讨论
2.1 改性纳米TiO2主要应用参数[2]
2.1.1 改性纳米TiO2用量
按照1.2.2节整理工艺对棉织物进行处理,考察改性纳米TiO2整理剂用量对抗紫外效果的影响,结果见图1。
图1可见,改性纳米TiO2具有明显的紫外线防护作用,随其用量的增加,棉织物的抗紫外线效果迅速提高并趋于平稳。这是因为纳米TiO2的粒径极小,具有很强的表面效应,而表面效应的大小决定了其抗紫外线性能的强弱。当改性纳米TiO2超过一定用量后会发生自身聚集,导致表面效应下降,因而织物的抗紫外线效果也会受到影响。困此,选择改性纳米TiO2用量为4%。
2.1.2 纳米TiO2整理焙烘温度
焙烘温度对织物紫外线防护性能的影响见图2。
由图2可知,随着焙烘温度升高,织物抗紫外线性能逐渐增加。焙烘温度太低,棉织物与改性米颗粒整理剂不能完全反应,UPF值较低。焙烘温度在160℃左右,棉织物具有较大的UPF值;但焙烘温度达到170℃时,织物出现泛黄。因此,160℃为最佳焙烘温度。
2.2 改性纳米TiO2整理织物的性能
2.2.1 织物表面形态
纳米TiO2表面呈亲水性,在空气中极易团聚成大颗粒。当纳米TiO2粒径超过纳米级,因纳米颗粒表面效应产生的紫外线屏蔽效果便会消失。因此,纳米TiO2在织物表面应保证纳米级。整理织物的扫描电镜照片见图3。
如图3所示,改性纳米TiO2在纤维上具有很好的分散性,且基本都在纳米级,保证了其紫外线屏蔽效果。虽有少量团聚,这是由于聚氨酯对纳米TiO2改性时,纳米TiO2颗粒表面钛羟基与异氰酸根反应不均匀,少许钛羟基没有被封闭而导致纳米TiO2颗粒的团聚,此现象更说明纳米TiO2容易聚集,较难分散。
2.2.2 整理织物染色后紫外线屏蔽效果
改性纳米TiO2对纤维的整理过程是脱封异氰酸根与棉纤维羟基发生亲核加成反应,以共价键结合。本试验创新地提出利用同样具有亲核反应性的活性染料对整理后织物再进行染色,进而判断在活性染料作为亲核试剂与纤维发生亲核取代反应过程中,纳米TiO2颗粒与纤维的共价键是否会断裂,而导致纳米颗粒流失。因此,选择反应性较强的二氯均三嗪类活性染料(活性红1)按照1.2.3节工艺染色,并测试染色后织物的抗紫外线性能,结果见表1。
表1所示,原布染色织物的UPF值较原布高是因为染料活性红1分子结构中苯环和萘环对紫外线的吸收所致。改性纳米TiO2整理织物的UPF值较原布有大幅提高是由于纳米TiO2对紫外线的吸收、散射、反射所致。整理后再染色织物的UPF值较原布染色织物和纳米TiO2整理织物有大幅提高,抗紫外线效果更显著,这是由于纳米TiO2和染料分子结构的双重抗紫外效果所致。上述结果说明,纳米TiO2与纤维以共价键形式结合的稳定性较好,未因为染色而导致共价键断裂,纳米TiO2颗粒不易流失。
2.2.3 拉伸性能
整理织物的断裂伸长率和断裂强度见表2。
由表2可知,整理后织物的断裂强度和断裂伸长率均下降,当纳米TiO2用量达到20%,断裂强力指标迅速下降。经改性纳米TiO2整理后,棉纤维大分子上
的羟基与改性纳米TiO2的反应性基团形成共价键,基本单元间的移动受到限制,随外力发生形变的能力降低,负担外力的情况更不均匀,必然引起纤维强度的下降。
2.2.4 折皱回复角
测量整理前后纯棉织物(中平布)的折皱回复角,结果见表3。
注:改性纳米TiO2用量为4%。
由表3可知,织物经改性纳米TiO2整理后,折皱回复角均有所增加,提高了织物的服用性能。这是因为改性纳米TiO2颗粒与棉织物非结晶区的羟基发生化学交联反应并牢固结合,限制了卷曲状态分子链的弯曲,使棉纤维抵抗形变的能力增加,故折皱回复角有一定提高。
2.2.5 透气性
按1.3(4)节测定纳米TiO2整理前后纯棉织物(细平布)的透气性分别为154.7L/(m2·s)和
99.7L/(m2·s)。由此可知,改性纳米TiO2整理织物的透气性有一定程度的下降,平均透气量减少32%。这是因为织物整理后,整理剂不仅固着在织物表面,而且还渗入纤维内部,使织物中孔洞和缝隙减少或变小,故织物透气性比整理前有一定程度的降低。
3 结论
(1)采用聚氨酯改性纳米TiO2制备了功能纤维,织物表面纳米颗粒分散均匀且基本处于纳米级,具有较好的紫外线屏蔽效果。纳米颗粒与纤维之间共价键结合稳定性较好,可以经受以二氯均三嗪类活性染料作为亲核试剂的染色过程,纳米颗粒不易流失。
(2)整理后纳米功能织物的折皱回复角略有增加,但拉伸性能和透气性有所下降。
参考文献:
[1] 刘新华,汪文睿,武志光,等.聚氨酯改性纳米TiO2整理剂的制备和应用[J].印染,2009,35(12):32-34.
[2] 邓 桦,忻浩忠,江怡怡.TiO2纳米材料防紫外线涂层整理[J].印染,2005,31(15):11-13.
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