納米光觸媒應用于紡織品，可賦予光催化功能，進而使其獲得降解揮發(fā)性有機化合物（VOC）、除異味、抗菌、防污或自清潔等功能。將這類光觸媒功能紡織品用于汽車內(nèi)飾材料和室內(nèi)裝飾家紡用品，可持久地降解VOC，凈化車內(nèi)和室內(nèi)空氣。

　　目前，國內(nèi)外將納米光觸媒應用于紡織品的方法主要有兩種：一種是將納米光觸媒與紡絲原液共混紡絲；另一種是將納米光觸媒涂覆在纖維或織物表面。這兩種方法都存在一個如何有效解決光觸媒與空氣和光線充分接觸以產(chǎn)生光催化作用的問題，以及如何控制光觸媒本身對纖維性能造成影響的問題。因為織物上的光觸媒在發(fā)揮光催化功能的同時，也容易使纖維材料劣化。光觸媒的強氧化能力會使纖維的大分子鏈段部分斷裂，從而削弱纖維的超分子結構，最終導致纖維宏觀機械性能的下降。因此，在應用納米TiO2光觸媒劑處理織物，開發(fā)具有光觸媒功能紡織品時，應對光觸媒造成纖維材料劣化的問題引起足夠重視。

　　本項目在自制的改性納米光觸媒水溶膠基礎上，引入硅氧基等保護基團，制成具有反應性基團的納米有機化合物，并進行必要的與纖維基材之間的化學隔離，以提高納米TiO2 與纖維的反應性和負載納米光觸媒織物的穩(wěn)定性。同時，采用接枝或交聯(lián)方法，進一步優(yōu)化納米TiO2 在織物上的分散均勻性及其與纖維結合的堅牢度，使紡織品既獲得耐久性光催化降解性能，又不會產(chǎn)生明顯的劣化現(xiàn)象。

　　1 試驗

　　1.1 材料

　　光觸媒整理劑 未改性納米TiO2；自制改性納米TiO2整理劑Nano PC，Nano PC一1，Nano PC-2和NanoPc-3[其中，Nano PC未加交聯(lián)劑；,Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC-3分別由Nano PC與一定量的交聯(lián)劑PU（聚氨酯），CHS（羥基硅油），HS（含氫硅油）和s（丙烯酸）復合而成]。

　　織物：l8.2 tex X 18.2 tex 268根/10 am x268根/10 cm全棉平紋織物（半制品，上海申達二印染整公司）。

　　1.2 整理工藝

　　二浸二二軋（整理劑用量l%，軋液率80%）一預烘（80 ℃X 5 min）一焙烘（130～150℃ ，3～5 min）一水洗一皂洗一烘干

　　1.3 測試方法

　　1.3.1 甲醛降解率

　　靜態(tài)測試法吸取375 mg/L甲醛溶液100 mL置于表面皿，然后放人玻璃干燥器底部，中間墊上陶瓷透氣板。在一半徑為12 cm的培養(yǎng)皿里放人100 mL蒸餾水作為吸收液，用橡筋把測試織物扣在培養(yǎng)皿上，隨后把培養(yǎng)皿置于玻璃干燥器的陶瓷透氣板上，蓋上涂過密封膠的玻璃蓋，將干燥器放入自制的VOC降解測試箱，用紫外燈照射24 h；取出培養(yǎng)皿，用移液管吸取5 mL甲醛吸收液，加入5 mL乙酰丙酮，與空白試劑（5 mL蒸餾水+5 mL乙酰丙酮）一起在60℃水浴中顯色0.5 h，冷卻后用724型分光光度儀在414 nm波長下測吸光度，對照標準曲線得到甲醛溶液濃度，按式

　　（1）計算降解率：

　　式中：a—— 光觸媒整理前織物對應吸收液的甲醛濃度；

　　b—— 光觸媒整理后織物對應吸收液的甲醛濃度。

　　1.3.2 棉纖維聚合度

　　采用銅氨溶液法。

　　1.3.3 織物強力

　　斷裂強力參照GB/T 3923.1-1997《紡織品織物拉伸性能第l部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》，在YG（B）026D一250型電子織物強力機上測試。

　　撕破強力參照GB/T 3917.1一l997《紡織品織物撕破性能第一部分：撕破強力的測定沖擊擺錘法》，在YG033織物撕裂儀上測試。

　　2 結果與討論

　　2.1 納米TiO2的表面改性

　　納米TiO2 粒子表面富含大量鈦羥基（Ti一0H），具有良好的親水性和反應性，易與硅氧烷等活性基團反應，形成穩(wěn)定的化學鍵（如鈦硅氧鍵等）結合。本試驗利用自制納米TiO2 前驅(qū)體膠粒（A）表面富含的大量鈦羥基.與含有硅氧烷等功能活性基團的改性劑（B），在一定條件下進行反應，生成鈦硅氧鍵，得到表面改性納米TiO2 粒子。其反應機理見：

　　下述反應在改性納米TiO2 膠粒表面引入了功能基團R，當R為活性基團（如環(huán)氧基、硅氧烷基等）時，可在一定條件下直接與纖維中的某些基團（如羥基、胺基和酰胺基等）發(fā)生接枝反應，形成共價鍵結合；當R為一NH，和一OH等時，則可通過交聯(lián)劑的作用使改性納米TiO2 與纖維結合。改性納米TiO2 表面存在的硅氧烷基等基團，還可以避免納米TiO2 與纖維直接接觸，降低TiO2 對纖維的光氧化作用，從而緩解纖維的劣化。

　　2.2 光觸媒整理工藝

　　2.2.1 光觸媒整理劑用量對甲醛降解率的影響

　　采用不同用量的光觸媒整理劑Nano PC處理織物，測定其降解甲醛的能力，結果見表1。

　　由表l可知，增加光觸媒整理劑Nano PC用量，有利于提高織物的光催化性能，但用量超過1%時，其用量的增加對降解甲醛能力的提高已不明顯。因此，一般光觸媒整理劑Nano PC處理織物時，用量應選擇1%左右。

　　2.2.2 交聯(lián)劑用量對甲醛降解率的影響

　　分別采用不同用量多活性基交聯(lián)劑與Nano PC復合的光觸媒整理劑Nano PC.1處理織物，測定其降解甲醛的能力，結果見表2。

　　由表2可知，在Nano PC中加入交聯(lián)劑后，整理織物降解甲醛的能力較不加交聯(lián)劑時有所下降，且隨著交聯(lián)劑用量的增加，整理織物對甲醛的降解率逐步降低。這是因為交聯(lián)劑為多活性基化合物，在一定條件下活性基問會相互交聯(lián)，在織物表面形成網(wǎng)狀結構的薄膜，一定程度上阻礙了光觸媒整理劑與甲醛反應。

　　因此，為了提高光觸媒整理劑光催化效果的持久性而加入的交聯(lián)劑，應選擇其適當?shù)募尤肓�，一般以光觸媒整理劑與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為（1：0.5）一（1：1）為宜。同樣，在光觸媒整理劑Nano PC中加入含其它活性基團的交聯(lián)劑后，其降解甲醛的能力也與加入交聯(lián)劑的量有一定的關系。

　　2.2.3 焙烘溫度和時間對甲醛降解率的影響

　　改變焙烘溫度和時間，分別用納米光觸媒整理劑Nano PC，Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3處理織物，然后測定處理后織物降解甲醛的能力，結果見表3和表4。

　　由表3和表4可知，隨著焙烘溫度的升高和焙烘時間的延長，各光觸媒整理劑處理織物降解甲醛的能力逐步提高；當焙烘溫度為130 ℃，焙烘時間為5 min時，降解甲醛的效率已比較理想，若再進一步升高溫度或延長焙烘時間，甲醛降解率無明顯提高，反而會影響織物手感。因此，焙烘溫度應選擇130 oC左右，焙烘時間應選擇5 min左右。

　　2.3 光觸媒處理織物的耐洗性

　　分別采用未改性納米TiO2，光觸媒整理劑NanoPC，Nano PC一1，Nano PC-2和Nano PC一3處理織物；測定織物洗滌5次，lO次和20次后的降解甲醛能力，結果見表5

　　由表5可知，光觸媒整理劑Nano PC處理織物經(jīng)過洗滌后，其降解甲醛的性能有一定程度的下降，且洗滌次數(shù)越多，下降幅度越大。而在Nano PC中加人交聯(lián)劑后，如Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3，由于通過交聯(lián)劑的作用能使光觸媒整理劑接枝到纖維上，形成共價鍵結合，提高了纖維與整理劑的結合牢度，使得織物降解甲醛的耐洗性有較大幅度的提高。其經(jīng)20次洗滌后，降解甲醛的能力也無明顯下降。因此，用含交聯(lián)劑的光觸媒整理劑處理棉織物，能使其獲得持久的光催化效果。

　　2.4 光觸媒處理織物的機械性能

　　分別采用1% 的未改性納米TiO2 ，光觸媒整理劑Nano PC，Nano PC-1，Nano PC一2和Nano PC-3處理織物，測定未處理和處理后織物經(jīng)紫外線照射前后的斷裂強力和撕破強力，結果見表6。

　　由表6可知，若未經(jīng)紫外線照射，各類光觸媒處理織物的斷裂強力和撕破強力與未經(jīng)整理的織物相比，有些略高，有些略低，但總體變化不大；經(jīng)紫外線照射一段時間后，各織物的強力出現(xiàn)很大的差異。未改性納米TiO2處理后的織物經(jīng)紫外線照射48 h后，其斷裂強力和撕破強力較未處理時的降幅超過了20%；而用接枝改性得到的Nano PC系列納米光觸媒整理劑處理織物，經(jīng)紫外線照射后，其斷裂強力和撕破強力較未處理時的降幅均小于10% ，機械性能大大優(yōu)于未改性納米TiO2，處理的織物。

　　2.5 光觸媒處理棉織物的聚合度

　　分別用1%未改性納米TiO2 和改性納米TiO2光觸媒整理劑Nano PC處理棉織物，并采用日光和紫外線照射，每隔一段時間測試纖維聚合度，結果見表7

　　在一定的光照作用下，棉纖維大分子結構中的共價鍵會產(chǎn)生斷裂損傷，引起聚合度下降。由表7知，各棉織物的纖維聚合度隨著日光或紫外線照射時間延長而逐漸下降，但下降的趨勢逐漸變慢。未改性納米TiO2 處理的棉織物經(jīng)日光照射35 d后，其纖維聚合度較未處理的參比樣下降了7.43% ；而經(jīng)Nano PC光觸媒整理劑處理的棉織物，其纖維聚合度較未處理的參比樣僅下降1%左右。未改性納米TiO2 處理的棉織物經(jīng)紫外線照射120 h后，纖維聚合度較原樣下降了10.60% ；而經(jīng)Nano PC光觸媒整理劑處理的棉織物，其聚合度較原樣僅下降4.8%左右。

　　3 結論

　�。�1）Nano PC系列光觸媒整理劑處理棉織物的優(yōu)化工藝為：光觸媒整理劑用量1% ～1.5% ，焙烘溫度130℃，焙烘時間5 min。棉織物按此工藝處理后，對甲醛降解率達90%以上，且具有良好的耐洗性和手感。

　�。�2）在Nano PC中加人適量交聯(lián)劑，使其含有一定量的活性基團，可以提高光觸媒劑與纖維的結合牢度，進而改善織物的耐洗性，且對織物降解甲醛的光催化效果不會產(chǎn)生太大影響。

　�。�3）改性的納米TiO2光觸媒整理劑能有效緩解棉纖維因納米TiO2 光催化而產(chǎn)生的過度劣化現(xiàn)象，而使棉織物獲得持久的光催化效果。用Nano PC系列光觸媒整理劑處理棉織物后，織物的斷裂強力、撕破強力和聚合度均無明顯變化。

來源: 王黎明，沈 勇，張惠芳，丁 穎，秦偉庭，王曉娟