王曉梅，李孫輝

（五邑大學(xué)紡織服裝系，廣東江門 529020）

可光催化降解的聚丙烯紡粘非織造布的研究

王曉梅，李孫輝

（五邑大學(xué)紡織服裝系，廣東江門 529020）

以鈦酸丁酯為前驅(qū)體采用溶膠－凝膠法制備了TiO2溶膠，并采用浸軋的方法對(duì)聚丙烯紡粘非織造布進(jìn)行了整理.試樣整理前后強(qiáng)力的變化表明：TiO2溶膠整理后的聚丙烯紡粘非織造布光氧化降解速度加快，并且當(dāng)鈦酸丁酯與水的體積比為10∶1時(shí)，所得TiO2溶膠對(duì)聚丙烯紡粘非織造布的光氧化降解效果最好.

光催化降解；聚丙烯；紡粘非織造布；二氧化鈦溶膠；后整理

紡粘法是將經(jīng)加熱熔融的高分子聚合物從噴絲孔中擠出進(jìn)入空氣中，熔體細(xì)流在空氣中冷卻的同時(shí)，借助氣流或機(jī)械作用以一定的速度拉伸變細(xì)，形成纖維后鋪成纖維網(wǎng)，然后加固成非織造材料[1].紡粘法非織造布具有很好的物理機(jī)械性質(zhì)，是短纖維干法成網(wǎng)非織造材料無(wú)法相比的.紡粘法所用的原料可以是聚丙烯、聚酯和聚酰胺等，其中聚丙烯占70%，聚酯占22%，聚酰胺6占6%，雙組分纖維占2%[2].聚丙烯原料用于紡粘非織造材料的生產(chǎn)具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因其在熔融紡絲前不需進(jìn)行干燥.聚丙烯紡粘法非織造材料的應(yīng)用范圍較廣，包括醫(yī)療衛(wèi)生材料、過(guò)濾材料、土工合成材料、包裝材料等.從2008年6月1日起，“限塑令”開(kāi)始實(shí)施，取代塑料購(gòu)物袋的聚丙烯紡粘非織造布環(huán)保購(gòu)物袋已風(fēng)靡全國(guó).由于聚丙烯原料價(jià)格低廉，力學(xué)性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定，加以紡粘法工藝簡(jiǎn)單，因此被作為環(huán)保購(gòu)物袋的首選材料.據(jù)粗略估算，全國(guó)每年使用各種塑料購(gòu)物袋達(dá)7 000多億個(gè)，如此巨大潛力的市場(chǎng)需求促進(jìn)了丙綸紡粘非織造布的發(fā)展.然而，聚丙烯同聚乙烯（塑料袋原料）一樣，仍屬線性的飽和碳?xì)浠衔铮鋸U棄后若焚燒將產(chǎn)生有害氣體，若掩埋難以發(fā)生微生物降解.研究[3]發(fā)現(xiàn)，聚丙烯織物掩埋在地下450 d后，未觀察到強(qiáng)度下降的現(xiàn)象；自然條件下經(jīng)12個(gè)月的曝曬仍具有40%以上的強(qiáng)力.可見(jiàn)普通聚丙烯的光老化降解也不是處理聚丙烯廢棄物的有效措施.因此，大量用作環(huán)保購(gòu)物袋以及一次性衛(wèi)生和醫(yī)療等用即棄產(chǎn)品的聚丙烯紡粘非織造材料的廢棄物給環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了巨大的壓力.為此，聚丙烯紡粘非織造材料廢棄物的可降解研究，已成為目前研究的熱點(diǎn)之一.聚丙烯的降解方法包括光降解、生物降解以及光-生物雙降解.絕大部分有機(jī)物都能通過(guò)TiO2光催化氧化而降解[4-5].方明等[6]采用“鈦酸丁酯－水－無(wú)水乙醇－鹽酸”體系以溶膠－凝膠法制備的TiO2溶膠含有銳鈦礦晶體并具有光催化活性.高基偉等[7]也以類似的方法制備了具有光催化活性的TiO2溶膠.王明勇等[8]用溶膠－凝膠法制備了TiO2-SiO2復(fù)合溶膠，并用浸軋方法對(duì)棉織物進(jìn)行了整理，借助電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)在織物表面存在銳鈦礦型納米TiO2.本文首先在低溫條件下制備光催化劑TiO2溶膠，然后采用浸軋法進(jìn)行聚丙烯紡粘非織造布的光催化降解整理.用該方法整理的聚丙烯紡粘非織造布可用于制作如購(gòu)物袋和包裝袋等一些在使用過(guò)程中不經(jīng)常受到日光照射的產(chǎn)品.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 TiO2溶膠的制備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器

制備TiO2溶膠所用的化學(xué)試劑包括：H2O，蒸餾水，東莞日之泉蒸餾水有限公司產(chǎn)品；Ti（OC4H9）4，化學(xué)純，天津市永大化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心產(chǎn)品；CH3CH2OH，分析純，臺(tái)山市粵僑試劑塑料有限公司產(chǎn)品；HCL，分析純，汕頭市西隴化工廠有限公司產(chǎn)品.

本實(shí)驗(yàn)所用的儀器有：量筒、燒杯、量杯、滴管和JHS-2100型恒速數(shù)顯攪拌機(jī)，杭州儀表電機(jī)有限公司產(chǎn)品.

1.1.2 制備過(guò)程

TiO2溶膠的制備過(guò)程為[8]：①將所用實(shí)驗(yàn)儀器洗凈烘干；②用滴管將10 mL鈦酸丁酯緩慢滴加（1～2滴/s）到盛有40 mL無(wú)水乙醇的燒杯中，然后攪拌20 min（攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為200 r/min），形成溶液A；③用滴管分別取1.5 mL鹽酸和5 mL無(wú)水乙醇，先后滴加到盛有蒸餾水（1～15 mL）的量杯中混合形成溶液B；④用滴管將溶液B緩慢滴加（1～2滴/s）到溶液A中，然后快速攪拌（300 r/min）40 min，獲得TiO2溶膠.

1.2 聚丙烯非制造布的光催化降解整理

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)原料：聚丙烯紡粘非織造布（63.2 g/m2）及自制的TiO2溶膠.

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：Y902型汗?jié)n色牢度烘箱，南通三思機(jī)電科技有限公司產(chǎn)品；氣壓電動(dòng)染色小軋車，鶴山市外商獨(dú)資精湛染整設(shè)備有限公司產(chǎn)品.

1.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）試樣準(zhǔn)備.將聚丙烯非織造布沿縱向和橫向裁剪成20 cm×5 cm規(guī)格的試樣15塊.

（2）浸軋.首先在室溫下，將準(zhǔn)備好的試樣在盛有TiO2溶膠的燒杯中浸漬15 min，再用鑷子將浸漬后的非織造布置于氣壓電動(dòng)染色小軋車的軋輥上，在兩軋輥間的壓力為0.2 MPa情況下進(jìn)行壓榨.

（3）再浸再軋.重復(fù)步驟（2）的步驟，對(duì)已浸軋過(guò)1次的試樣再浸再軋.

（4）烘干.將墊著干燥白紙的試樣，放進(jìn)溫度為50℃的Y902型汗?jié)n色牢度烘箱內(nèi)，烘燥30 min.

1.3 聚丙烯非織造布的光催化降解性能測(cè)試

聚丙烯產(chǎn)品受日光照射后，因日光中紫外線的作用會(huì)使產(chǎn)品的強(qiáng)度降低.本文通過(guò)測(cè)試同時(shí)日曬61 h（廣東地區(qū)5月份氣候）后的未經(jīng)整理及經(jīng)過(guò)整理的試樣的斷裂強(qiáng)力的變化，探討其光降解的情況.

1.3.1 測(cè)試儀器

試樣斷裂強(qiáng)力測(cè)試儀為YGO26PC-250電子強(qiáng)力機(jī)，溫州方圓儀器有限公司產(chǎn)品.

1.3.2 測(cè)試參數(shù)

拉伸速度為100 mm/min，預(yù)加張力為2 N，夾持距為10 cm.

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸餾水使用量對(duì)TiO2溶膠質(zhì)量的影響

溶液B形成時(shí)蒸餾水的使用量對(duì)最終形成的TiO2溶膠的質(zhì)量有較大影響.蒸餾水的使用量改變時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象以及所制備TiO2溶膠開(kāi)始凝固的時(shí)間如表1所示.

表1 蒸餾水的用量對(duì)所得TiO2溶膠質(zhì)量的影響Tab.1 Influnce of water content on TiO2sol property

表1中各配方的不同之處在于所用鈦酸丁酯和蒸餾水的體積比的不同.蒸餾水使用量對(duì)鈦酸丁酯的水解聚合過(guò)程影響很大，從而影響所制備溶膠的質(zhì)量.從表1可以看出，當(dāng)鈦酸丁酯與水的體積比為10∶1時(shí)，所制備的溶膠在不密封保存的條件至少能保存60 h不變質(zhì)，即穩(wěn)定性最好；當(dāng)鈦酸丁酯與水的體積比為10∶3～10∶6時(shí)，溶膠保質(zhì)時(shí)間逐漸縮短；當(dāng)鈦酸丁酯與水的體積比大于等于10∶9時(shí)，所制備溶膠很快變成玻璃狀固態(tài)物質(zhì)，即不能用于聚丙烯非織造布的光降解整理.

2.2 聚丙烯非織造布光催化降解性能分析

分別對(duì)原布樣、經(jīng)日曬布樣、經(jīng)光催化降解整理且日曬布樣進(jìn)行了斷裂強(qiáng)力測(cè)試，樣本容量為3，測(cè)試結(jié)果如表2所示.

表2 聚丙烯非織造布的斷裂強(qiáng)力Tab.2 Breaking strength of polypropylene nonwovens

從表2得出以下結(jié)論：

（1）聚丙烯非織造布雖未經(jīng)整理但日曬后的強(qiáng)度仍有一定程度的下降.這是因?yàn)榫郾┐蠓肿渔溨械氖逄荚由系臍湓颖容^活潑，經(jīng)受熱、光的作用后產(chǎn)生活潑的游離基而導(dǎo)致大分子的斷裂，因此導(dǎo)致強(qiáng)力損失.

（2）經(jīng)光催化降解整理的布樣的強(qiáng)力損失均比未整理試樣的強(qiáng)力損失大.本文所采用的制備TiO2溶膠方法與王明勇等人[8]的基本相同，故可以依據(jù)其研究結(jié)論推斷出本研究的經(jīng)光催化降解整理的非織造布中含有可促進(jìn)光氧化降解銳鈦礦型納米TiO2.TiO2的光催化降解機(jī)理如下[9]：當(dāng)波長(zhǎng)小于387.5 nm的光子（紫外光）照射TiO2表面時(shí)，TiO2分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶上產(chǎn)生高活性的光生電子（e-）和（h+）.吸附在TiO2表面的溶解氧俘獲電子形成·O2-（原子氧），而空穴則將吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成·OH（氫氧自由基）.h+是一種強(qiáng)氧化劑，可直接氧化許多有機(jī)物，所形成的·O2-和· OH具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，·O2-能和多數(shù)有機(jī)物反應(yīng)，將其氧化分解為CO2和H2O.因此，即使整理后TiO2存在于纖維的表面，也會(huì)促進(jìn)其光降解.

（3）用不同配方制備的TiO2溶膠整理的聚丙烯非織造布，日曬后它們的強(qiáng)力下降情況不同，即光催化降解性能不同，配方1整理的聚丙烯非織造布強(qiáng)力降低率最大，為27.7%，這說(shuō)明采用配方1（鈦酸丁酯與水的體積比為10∶1）所制備的TiO2光催化活性最好.

3 結(jié)論

（1）使用TiO2溶膠對(duì)聚丙烯紡粘非織造布進(jìn)行光催化降解整理，會(huì)加速聚丙烯紡粘非織造布的光氧化降解速度.

（2）蒸餾水使用量對(duì)所制備的TiO2溶膠的光催化活性有較大的影響.在所研究的范圍內(nèi)，當(dāng)鈦酸丁酯與水的體積比為10∶1時(shí)，所制得的TiO2溶膠的保質(zhì)時(shí)間最長(zhǎng)，同時(shí)其對(duì)聚丙烯紡粘非織造布的光降解整理效果最好.

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Study on photocatalytic degradable polypropylene spun-bonded nonwovens

WANG Xiao-mei，LI Sun-hui
（Department of Textile and Apparel，Wuyi University，Jiangmen 529020，China）

Titania sol was prepared using Ti（OC4H9）4as a precursor with the sol-get method，and the prepared titania sol was used to finish the polypropylene spun-bonded nonwovens with the dip padding process.Comparison between the break strength of the finished sample and that of the unfinished sample shows that the finished polypropylenes nonwovens with the titania sol photodegrade faster，and the 10∶1 volume ratio of Ti（OC4H9）4and water gives the produced titania sol the best photocatalytic degradation effect.

photocatalytic degradation；polypropylene；spun-bonded nonwoven；titania sol；finishing

book=1,ebook=28

TS174.3

A

1671－024X（2010）01－0036－03

2009-09-30

王曉梅（1976—），女，副教授.

王曉梅（1976—），女，副教授.E-mail：wxm@mail.wyu.edu.cn