黃龍全，韋永慧

(1.廣東職業(yè)技術學院紡織系，廣東 佛山 528041；2.佛山市科信達紡織檢測技術服務有限公司，廣東 佛山 528000)

羥基磷灰石(HAP)是一種具有羥基的無機物，是動物骨骼的主要無機組成部分，具有穩(wěn)定性好、無污染等特點[1-2]。從理論上分析，HAP可以吸附在棉、聚酯等織物表面，提高織物的光照射穩(wěn)定性，保護織物不因光催化反應而產生分解[3-5]。目前HAP在棉麻織物方面有很多的研究和應用，主要是綜合利用棉麻織物優(yōu)良的服用性能、TiO2光催化劑的清除甲醛、除臭、防塵等自清潔功能，以及HAP的穩(wěn)定性對織物的保護性能。

作者將HAP結合到聚酯織物上，探討HAP在紫外光照射下的穩(wěn)定性及HAP對聚酯織物的保護性能，以期為HAP在聚酯織物上的應用提供參考。

1 實驗

1.1 主要原料

漂白聚酯機織面料：面密度約120 g/m2，廣東佛山市尚納紡織有限公司產； TiO2：P25納米粉體，江蘇河海納米科技股份有限公司產；納米HAP：自制[6]；無水乙醇、甲醛：分析純，廣州市番禺力強化工廠產；氨水：分析純，昆山東南化工材料有限公司產。

1.2 主要儀器

TN2340型紫外線輻照儀：臺灣泰納有限公司制；Agilent 8890型氣相色譜儀：美國安捷倫公司制；YG026電子織物強力儀：武漢國量儀器有限公司制；JSM-5610型掃描電子顯微鏡(SEM)：日本電子株式會社制；Spectrum One Version B型傅里葉變換紅外光譜儀：美國PE公司制。

1.3 試樣的制備

將聚酯織物除雜后，在質量分數(shù)1%的HAP分散體系(氨水調節(jié)pH值為12.50)中浸泡12 h，洗滌，晾干，在100 ℃下焙烘2 h；再在質量分數(shù)1%的TiO2分散體系中浸泡12 h，在壓力0.3 MPa,轉速500 r/min的條件下進行浸軋后，再在120 ℃下焙烘2 h，即制得試樣A，待測。

將聚酯織物除雜后，在質量分數(shù)1%的TiO2分散體系中浸泡12 h；在壓力0.3 MPa,轉速500 r/min的條件下進行浸軋后，再在100 ℃下焙烘2 h，即制得試樣B，待測。

1.4 分析與測試

表觀形貌：將試樣預處理后進行噴電處理, 使用SEM在放大5 000倍下觀察并拍照。

傅里葉變換紅外光譜(FTIR)：取聚酯織物試樣的纖維切成粉末后與溴化鉀混合壓片，用傅里葉變換紅外光譜儀進行測試。

氣相色譜：將試樣用試管或錐形瓶密封后進行紫外線照射，抽取試樣分解后的二氧化碳(CO2)氣體，用氣相色譜儀測試色譜峰的面積[7]。

頂破強力：根據(jù)GB/T 19976—2005[8]，采用YG026電子織物強力儀對織物試樣的頂破強力進行測試，每個試樣測試5次取其平均值。

2 結果與討論

2.1 分散體系對聚酯織物吸附HAP的影響

功能性納米材料均勻并牢固地固著在纖維織物上是納米技術在紡織后整理中應用的難點之一[9-10]。故選擇一種良好的分散體系使納米HAP均勻、致密、牢固地吸附在聚酯上是很重要的。HAP、水和乙醇都具有極性的羥基，根據(jù)相似相容原理，理論上他們相互之間具有很好的分散性。

納米HAP在無水乙醇和水中的飽和分散體系的pH值分別為8.50和11.00。聚酯織物經除雜后，分別在以pH值為8.50的無水乙醇和pH值為11.00的水(用氨水調節(jié))制成的納米HAP質量分數(shù)為1%的分散體系中浸泡12 h，洗滌，晾干，在100 ℃下焙烘2 h后，聚酯織物的SEM照片見圖1。

圖1 不同分散體系中聚酯織物吸附HAP后的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of HAP adsorbed on polyester fabric in different dispersion system

由圖1可以看出，在pH值為11.00的水分散體系中，HAP在聚酯織物上的分散效果要優(yōu)于pH值為8.50無水乙醇分散體系。這主要是由于無水乙醇極性弱于水，容易揮發(fā)，對HAP的親和力較弱，不易于HAP的分散；而且無水乙醇有較強的奪水與之共溶的能力，能夠奪去HAP表面的吸附水而取代之[11]，建立起平衡，從而降低HAP與聚酯織物界面的吸附水含量，減少HAP與聚酯織物之間的結合機會，從而導致在無水乙醇分散體系中，HAP在聚酯織物表面吸附不均勻。

2.2 pH值對聚酯織物吸附HAP的影響

將聚酯織物除雜后，分別在pH值為12.00，12.50，納米HAP質量分數(shù)為1%的水分散體系中浸泡12 h，洗滌，晾干，100 ℃焙烘2 h后進行對比實驗。聚酯織物吸附納米HAP后的SEM照片如圖2所示。由圖2可見，隨著水分散體系pH值由12.00提高到12.50，HAP在聚酯織物上的吸附更加均勻、更致密分布在聚酯織物表面，且pH值為12.50時，HAP在聚酯織物上的吸附最均勻。這主要是由于聚酯織物在弱堿條件下可以改變表面粗糙程度(圖2b的方框標識中放大后有明顯凹痕出現(xiàn))。這樣有利于HAP的吸附。pH值不能過大，否則容易使聚酯水解，影響后期強力實驗，故不考慮pH值大于13的條件。

圖2 不同pH值水分散體系中聚酯織物吸附HAP后的SEM照片 Fig.2 SEM images of HAP adsorbed on polyester fabric in water dispersion system with different pH values

2.3 FTIR分析

聚酯織物中的纖維是由有機二元酸與二元醇經縮聚反應制得的高聚物。聚酯纖維大分子中含有酯基，大分子主要構成是聚對苯二甲酸乙二酯。本研究期望HAP的羥基能和酯基上的氧原子形成氫鍵而相互結合，對聚酯大分子在光催化作用中起到保護作用。對聚酯織物和吸附HAP的聚酯織物試樣的纖維進行FTIR對比實驗，二者FTIR如圖3所示。

圖3 聚酯纖維和吸附HAP的聚酯纖維的FTIRFig.3 FTIR spectra of polyester fiber and HAP-adsorbing polyester fiber 1—聚酯纖維；2—吸附HAP的聚酯纖維

2.4 HAP對光催化聚酯織物的保護效果

在30 mL的試管中,分別放入10 cm×1.5 cm相同質地的純聚酯織物、試樣A(吸附HAP和納米TiO2的聚酯織物)和試樣B(吸附納米TiO2的聚酯織物),同時用滴定管向這3只試管中滴入1滴甲醛(約0.04 mL，質量分數(shù)37.0%～40.0%)后密封，在地下實驗室內(室溫20 ℃左右)、紫外線強度為10 000 μW/cm2的條件下照射2 h后，分別抽取3瓶中的氣體0.2 mL，對CO2進行氣相色譜分析[7]。其結果如表1所示。

表1 聚酯織物分解后的CO2氣相色譜分析結果Tab.1 Analysis results of CO2 from polyester fabrics decomposition by gas chromatography

注：純凈CO2氣相色譜峰面積198 326 387 。

從表1可以看出，在紫外線強度10 000 μW/cm2條件下照射2 h后，純聚酯織物分解的CO2氣相色譜峰面積為0，說明純聚酯織物沒有分解；而試樣A,B分解后的CO2氣相色譜峰面積分別為2 033 211，2 032 189。由此表明TiO2光催化作用對試樣A，B 分解有很大的影響，即聚酯織物在TiO2光催化作用下能被分解。同時試樣A,B分解后的CO2氣相色譜峰面積數(shù)據(jù)差別不大，說明HAP對聚酯織物的保護作用不明顯。

為了進一步研究HAP對織物的保護效果，將10 cm×10 cm相同面積的試樣A，B分別懸掛于2只相同體積的5 L錐形瓶中，然后再用滴定管向錐形瓶中滴入10滴(約0.4 mL)甲醛后密封，在紫外線強度10 000 μW/cm2下照射2，4，6，8 h，之后對分解甲醛氣體后的聚酯織物進行彈子強力頂破實驗，試樣A，B的頂破強力與紫外線照射時間的變化關系如圖4所示。由圖4可看出，聚酯織物的頂破強力隨著紫外線照射時間的增加而下降，同時，相同條件下試樣A的頂破強力比試樣B的要高，這主要是由于試樣A是經過質量分數(shù)1%的HAP分散體系浸泡了12 h，吸附了納米HAP，從而增加了織物本身的強力的緣故。

圖4 試樣頂破強力與紫外線照射時間的關系Fig.4 Relationship between samples′ bursting strength and ultraviolet irradiation time■—試樣A；●—試樣B

對圖4進行線性回歸分析，試樣A，B的頂破強力與照射時間的關系的線性方程分別為：

yA=352.71-3.752xA

(1)

yB=360.68-3.755xB

(2)

由以上線性回歸方程可看出，試樣A，B兩條模擬直線的斜率相差很小，即HAP在光催化作用過程中對聚酯織物的保護作用很小。這是由于聚酯大分子上的極性基團少、結晶度高，酯基上的氧原子和HAP的羥基結合較困難，不易形成牢固的氫鍵；而且聚酯纖維表面光滑，HAP與聚酯纖維之間的物理吸附也少的緣故。

3 結論

a. 納米HAP在pH值12.50的水分散體系中，能更均勻致密地分布于聚酯織物表面。

b. HAP與聚酯織物在吸附和烘焙后能形成有效結合。

c. 在紫外線強度10 000 μW/cm2條件下照射2 h后，納米TiO2光催化劑能促進甲醛和聚酯織物的分解。

d. 經納米HAP處理后的聚酯織物在光催化分解反應中具有的保護效果不明顯。