孟金鳳， 孟家光， 張琳玫， 丁玲鈴

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048)

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毛滌西服面料的自清潔性能

孟金鳳， 孟家光， 張琳玫， 丁玲鈴

(西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048)

西服面料的多次洗滌，不僅造成了能源的消耗，還對(duì)織物的服用性能造成影響。為最大程度地保證織物外觀風(fēng)格，采用單因素分析和正交試驗(yàn)，對(duì)復(fù)合納米粉體進(jìn)行有效分散，開發(fā)研制出一種復(fù)合納米自清潔整理劑，并應(yīng)用于毛滌混紡西服面料的整理。結(jié)果表明，經(jīng)納米自清潔整理劑整理過(guò)的毛滌西服面料具備良好的光催化自清潔性能。經(jīng)使用相對(duì)織物用量為10%整理劑整理后的毛滌西服面料表現(xiàn)出最好的自清潔效果，在60 h內(nèi)油漬被大量分解。此整理劑在重復(fù)性測(cè)試以及耐洗牢度測(cè)試中均表現(xiàn)出很好的自清潔效果。

納米粉體； 分散； 整理； 自清潔； 毛滌西服面料

光催化自清潔是指納米半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)氧氣、水和光共同作用下將有機(jī)污染物徹底氧化為CO2和 H2O 等無(wú)機(jī)物[1-3]的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是氧化效率高，深度氧化及綠色環(huán)保[4-6]?？捎糜诠獯呋陌雽?dǎo)體有很多，例如TiO2、CdS、ZnO、ZnS等[7]。大量研究已證明TiO2和ZnO的催化活性最好，也具有較好的活性，其帶隙能較小，可很好地利用自然光。CdS在光照時(shí)不穩(wěn)定，游離出Cd2+，這些離子對(duì)生物有毒[8]，對(duì)環(huán)境有害。隨著人們對(duì)環(huán)保理念的重視，TiO2的多項(xiàng)光催化技術(shù)目前已經(jīng)在廢水和廢氣處理等方面得到應(yīng)用，但是TiO2的應(yīng)用有很大的局限性，原因是其僅能被少量的紫外光激發(fā)，光量子產(chǎn)率較低。本文試驗(yàn)的主要任務(wù)是通過(guò)復(fù)合催化劑提高TiO2的光催化活性，提高光量子產(chǎn)率，將TiO2的激發(fā)波長(zhǎng)擴(kuò)展到可見光區(qū)，提高其對(duì)太陽(yáng)光的利用率。

對(duì)西服面料而言，一方面難洗滌，另一方面頻繁的洗滌次數(shù)對(duì)織物的外觀風(fēng)格有嚴(yán)重的影響。而研究和開發(fā)納米技術(shù)賦予織物光催化自清潔功能[9]，可大大減少西服面料的洗滌次數(shù)，最大程度地保證了織物外觀風(fēng)格，又節(jié)約了大量的洗滌耗水和洗滌劑，對(duì)環(huán)境保護(hù)有較大意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 整理劑的制備

1.1.1 材料及設(shè)備

原料: 納米復(fù)合粉體TiO/ZnO(質(zhì)量配比為1∶1，粒徑為 30～40 nm)。復(fù)合分散劑：m(六偏磷酸鈉)∶m(聚乙二醇)∶m(聚丙烯酸鈉)=1∶1∶0.5。分散介質(zhì)用蒸餾水。

設(shè)備: R-3型烘干機(jī) (上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠)，JY98-3D型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(上海新諾儀器設(shè)備有限公司 )，BME100LX- S型高速剪切乳化機(jī)(上海新諾儀器設(shè)備有限公司)，BS110S型電子天平(上海升隆電子科技有限公司)，KYKY-2800B型掃描電子顯微鏡(北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限公司)，XQB45-728G型洗衣機(jī)(小天鵝集團(tuán))，威潔士洗滌劑(上海威萊日用品有限公司)等。

1.1.2 整理劑制備工藝

將2.5 mL復(fù)合分散劑加到200 mL蒸餾水中，混合溶液pH值為7，再加入2 g納米TiO2復(fù)合粉體；然后依次再經(jīng)過(guò)15 min的高速剪切乳化和5 min的超聲。

納米自清潔整理劑的制備最主要是將納米粉體進(jìn)行充分分散，分散劑分類、分散劑用量、pH值等因素都會(huì)影響納米微粒的充分分散。本文試驗(yàn)以分散劑的優(yōu)化為例，選擇合適的分散劑和分散工藝使納米的分散達(dá)到最佳狀態(tài)。首先分別選用分散劑中常用的烷基酚聚氧乙烯醚(OP)、十二烷基苯硫酸鈉(SDBS)、六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉(SDS)、聚丙烯酸鈉、月桂酸鈉、聚乙二醇7種分散劑進(jìn)行試驗(yàn)，放置7天后測(cè)不同分散劑在不同用量下的體積沉降率，測(cè)試結(jié)果如表1所示。然后再查閱相關(guān)資料，將它們進(jìn)行兩兩復(fù)合，觀察比較其分散效果得出理論數(shù)據(jù)。采用單因子分析法確定正交試驗(yàn)，其結(jié)果如表2所示。分散系的體積沉降率作為考察試驗(yàn)結(jié)果的指標(biāo)。測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3得出，對(duì)上層清液的體積百分?jǐn)?shù)影響顯著性的次序?yàn)锽>C>D>A：A因素中A1的清液百分?jǐn)?shù)最少；B因素中B3的清液百分?jǐn)?shù)最少；C因素中C2的清液百分?jǐn)?shù)最少；D因素中D2的清液百分?jǐn)?shù)最少。因此，最佳組合方案是A1B3C2D2，即TiO2、ZnO超聲前混合，分散劑聚乙二醇及六偏磷酸鈉的用量分別為1.5 mL、1 mL，分散劑攪拌的最佳時(shí)間為3 min。

表1 分散劑的體積沉降率

表2 因素水平表

按照同樣的方法，分別進(jìn)行TiO2與ZnO配比、pH值和分散工藝的優(yōu)選。

1.1.3 納米自清潔整理劑分散效果觀察

圖1示出整理劑的SEM測(cè)試結(jié)果。由圖可知，納米自清潔整理劑的粒徑均在30～40 nm之間，說(shuō)明納米TiO2復(fù)合粉體得到了很好的分散，復(fù)合粉體的特性將得到充分發(fā)揮。

表3 結(jié)果分析

圖1 整理劑SEM圖Fig.1 SEM of agents

1.2 毛滌西服面料自清潔整理

1.2.1 試驗(yàn)材料及試樣

藍(lán)色毛/滌混紡西服面料(5 cm×5 cm，斜紋組織)；陜西新尹農(nóng)產(chǎn)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的辣椒油(有色有機(jī)物)作為織物的油污。

1.2.2 光照要求

總的光照時(shí)間包括黑夜，氣溫一般在 30 ℃左右，試驗(yàn)時(shí)的天氣是晴轉(zhuǎn)多云。

1.2.3 試驗(yàn)過(guò)程

織物稱量→多次水洗→脫水。

納米自清潔復(fù)合整理劑的制備(乳化30 min→超聲波分散5 min)→浸漬織物(浴比為1∶20，室溫，10 min的浸軋)→脫水→烘干(80 ℃預(yù)烘5 min，再按照正常烘干要求進(jìn)行烘干)。

1.2.4 自清潔性能測(cè)試

毛滌西服面料的自清潔性能測(cè)試包括光催化效果測(cè)試、重復(fù)性測(cè)試以及耐洗牢度測(cè)試3個(gè)方面。為便于觀察和客觀評(píng)價(jià)，選擇紅色辣椒油(辣椒油滴加量為0.05 mL)作為油污污漬，對(duì)整理后的毛滌西服面料進(jìn)行局部滴定觀察，以“油漬含量”為自清潔性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

同時(shí)整理樣和原樣照射一段時(shí)間后對(duì)其進(jìn)行拍照記錄，一方面可從油漬變化情況更直觀地觀察其光催化自清潔效果，另一方面也可方便在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別測(cè)量整理樣和原樣的質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)，多次測(cè)量求油污含量的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米自清潔整理劑的表征

圖2 原樣和整理樣織物的表面SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM of original and finished fabric surface(a) Original fabric surface (×1 000)；(b) Finished fabric surface (×1 500)

按照整理工藝, 將分散所得穩(wěn)定的納米整理劑整理到毛滌西服面料上。圖2示出了原樣與整理后織物的表面放大不同倍數(shù)后的SEM照片。從圖2(b)可看出，大量的納米TiO2復(fù)合粉體顆粒均勻分散在整理樣的纖維表面，而圖2(a)原樣表面則沒(méi)有，所以分布在整理樣上的納米復(fù)合粉體是織物自清潔的關(guān)鍵。同時(shí)納米復(fù)合粉體能很好地黏附在毛滌西服面料的纖維表面，從而發(fā)生一系列的光催化效應(yīng)。原因是其粒徑小，表面能高。

2.2 納米光催化效果測(cè)試

在每塊試樣上滴0.05 mL辣椒油，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的自然光照射后，原樣和整理樣的油污含量結(jié)果如表4所示。

表4 織物的油污含量

注：原樣編號(hào)為0；納米復(fù)合粉體整理劑用量為5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%的整理樣，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11。

由表4可知，納米TiO2復(fù)合粉體(相對(duì)織物)用量為10%的表現(xiàn)出最好的自清潔效果，在36 h內(nèi)就將油漬大量分解；經(jīng)過(guò)48 h的自然光照射后，油污含量?jī)H為13%；經(jīng)過(guò)60 h的自然光照射后，油污含量?jī)H為3%左右，試樣上的油污已基本被分解。整理劑用量為8%和9%的次之，經(jīng)過(guò)48 h自然光照射后，油漬含量分別為16%和18%左右，經(jīng)過(guò)60 h的自然光照射后，油污含量分別僅為4%和6%左右。

TiO2/ZnO+hγ→h++e-

根據(jù)以上原理分析得出，完全降解0.05 mL的油污所需要的超氧陰離子自由基和羥基自由基是一定的，所以當(dāng)納米整理劑用量達(dá)到一定數(shù)值后，整理劑用量的增加對(duì)油污的降解幾乎沒(méi)有影響。

2.3毛滌西服面料重復(fù)性測(cè)試

為觀察經(jīng)過(guò)納米自清潔整理后的毛滌西服面料自潔效果的重復(fù)性，本文試驗(yàn)在第1次滴完油污，達(dá)到完全自潔效果后的基礎(chǔ)上，選擇自清潔效果相對(duì)較好的試樣，然后在第1次滴油的原位置上重復(fù)滴1滴0.05 mL辣椒油，經(jīng)自然光照射后其自潔效果如表5所示。

表5 織物的自清潔效果

注：原樣編號(hào)為0；納米復(fù)合粉體整理劑用量為5%、8%、9%、10%、12%、14%、15%的整理樣，依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7。

由表5可知，經(jīng)過(guò)此納米復(fù)合整理劑整理過(guò)的自清潔西服面料具有很好的自清潔重復(fù)使用性。與表4相比，在一定時(shí)間內(nèi)，表5中油污含量曲線下降較快，說(shuō)明在一定時(shí)間內(nèi)，重復(fù)性進(jìn)行納米自清潔整理，試樣表現(xiàn)出較快較好的光催化效應(yīng)。納米TiO2復(fù)合粉體用量為10%時(shí)表現(xiàn)出最好的自清潔效果，經(jīng)過(guò)48 h的自然光照射后，油污含量?jī)H為8%左右；60 h后，油污含量?jī)H為4%左右。整理劑用量為9%和12%的次之，經(jīng)過(guò)48 h自然光照射后，油漬含量分別為14%和12%，經(jīng)過(guò)60 h的自然光照射后，油污含量分別僅為5%和7%左右。經(jīng)過(guò)自然光照射后也都能達(dá)到90%以上的自清潔效果，且時(shí)間與第1次自清潔所需時(shí)間基本一致(期間也受天氣的影響)。

2.4 耐洗牢度

按照洗滌→脫水→烘干的工藝流程，分別對(duì)處理后的織物進(jìn)行水洗10次的試驗(yàn)，觀察其自清潔效果的變化情況，結(jié)果如表6所示。

從表 6可知，納米TiO2復(fù)合粉體(相對(duì)織物)用量為10%的試樣表現(xiàn)出最好的自清潔效果。經(jīng)

表6 織物水洗后的自清潔效果

注：原樣編號(hào)為0；納米復(fù)合粉體整理劑用量為5%、8%、10%、12%、15%的整理樣，依次編號(hào)為1、2、3、4、5。

過(guò)48 h的自然光照射后，油污含量達(dá)到30%；60 h后，油污含量為8%左右；65 h后，油污含量?jī)H為1%。整理劑用量為8%和12%的次之，經(jīng)過(guò)48 h自然光照射后，油漬含量分別為37%和47%左右；60 h后，油污含量分別為10%和9%；65 h后，油污含量分別僅為4%和2%左右。

從表6可看出，經(jīng)過(guò)10次水洗后的整理樣達(dá)到完全自清潔效果所需時(shí)間要比未經(jīng)過(guò)水洗的整理樣稍長(zhǎng)一些，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的自然光照射后，織物上的油漬同樣達(dá)到了良好的自清潔效果。這主要是因?yàn)榧{米材料粒徑很小，比表面能很高，它能牢固地吸附在毛滌西服面料纖維表面，因此，該工藝整理的織物具有較好的耐洗牢度。

3 結(jié) 論

1)光催化自清潔整理劑的平均粒徑為30～40 nm，且能夠很好地分散。

2)納米復(fù)合粉體TiO2/ZnO的最佳分散工藝如下: 30 min的高剪切作用時(shí)間，10 min的超聲波作用時(shí)間，3 500 r/min的剪切機(jī)轉(zhuǎn)速，pH=7.0，超聲功率為1 000 W。

3)經(jīng)過(guò)10%的整理劑整理過(guò)的織物，48 h 的自然光照射后織物上的油污基本降解，經(jīng)過(guò)60 h的自然光照射后，整理上的油漬全部降解；對(duì)整理過(guò)的毛滌西服面料進(jìn)行重復(fù)性自清潔測(cè)試，整理后的毛滌西服面料表現(xiàn)出較好的耐洗牢度。

FZXB

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Nanometer self-cleaning properties of wool/polyester blended suit fabric

MENG Jinfeng， MENG Jiaguang， ZHANG Linmei, DING Lingling

(TextilesandMaterialsCollege,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China)

In order to reduce the suit fabric washing times and energy consumption with remaining fabics apppearance and style in the maximum degree. Based on the single factor method combined with orthogonal experimental method, this paper effectively disperses the composite powder, and a kind of compound nanometer finishing agent was exploited and developed too.Wool/polyester blended suit fabric was used as the main reseach object. The experimental results showed that the wool-polyester blended suit fabric had better photocatalytic self-cleaning properties with nano-self-cleaning finishing agents. The suit fabric showed the best self-cleaning effect with the amount of 10% nano finishing agents, and grease stain will break down a lot within 60 h. Repeatability was tested after the suit fabrics was treated with nano self-cleaning finishing agents, and this finishing agent put up better self -cleaning effect to oil stain. In addition, the suit fabric after being washed still remain good self-cleaning performance.

nano powder; dispersion; finishing; self-cleaning; wool/polyester blended suit fabric

10.13475/j.fzxb.20141006706

2014-10-27

2015-07-20

陜西省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(陜[2008]169)

孟金鳳(1988—)，女，碩士生。研究方向?yàn)樾虏牧?、新工藝、新技術(shù)。孟家光，通信作者,E-mail：mengjiaguang@126.com。

TS 184.8

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