CN101845747A

CN101845747A - 一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法

Info

Publication number: CN101845747A
Application number: CN 201010203795
Authority: CN
Inventors: 张辉; 杨璐
Original assignee: Xian Polytechnic University
Current assignee: Xian Polytechnic University
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: CN101845747B

Abstract

本发明公开的一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，将待处理的锦纶织物超声振荡清洗15～30min，烘干备用；按照质量比为1：1～5称取锦纶织物及硫酸钛，按照尿素和硫酸钛的摩尔比为1：0.1～0.5称取尿素，按照质量比为1：3～6将尿素溶于去离子水，按照质量比为1：3～10将硫酸钛溶于去离子水，混合，将锦纶织物浸渍在混合溶液中15～30min，放入反应釜中，用去离子水填充至80%，密封，在130～160℃条件下水热反应1.5～3h；将锦纶织物以1：30～50的浴比，在温度为60～80℃条件下用洗涤液洗涤15～30min，烘干，得到改性后的锦纶织物。本发明方法，能够节省原材料，便于操作，使用效果良好，改性后的锦纶织物耐洗涤性能显著提高。

Description

一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法

技术领域

本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种锦纶织物的表面处理方法，具体涉及一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法。

背景技术

在众多的半导体功能无机材料中，纳米二氧化钛粉体因具有良好的光催化活性和电性能，在光催化、染料、工业催化、锂离子二次电池材料和光敏化电池等领域中应用前景广阔，成为当前纳米技术研究的重点和热点。纳米二氧化钛粉体材料比较突出的问题是容易团聚，导致光催化活性降低，对其它性能也有很大影响。因此合成单分散高质量的纳米二氧化钛粉体是近年来的研究重点。目前，制备纳米二氧化钛粉体主要有溶胶凝胶法、均匀沉淀法、微乳法和水热法等多种方法，其中水热技术表现出较为宽广的发展前景，这是由于反应发生在密闭的系统中，不会有其它杂质的引入，制备时温度较低，时间较短，制得的纳米二氧化钛粉体粒径小、纯度高、分散性好、颗粒均匀、晶粒发育完整、形状可控，而且能够得到理想的化学计量组成材料等优异特性。锦纶织物强力高、耐磨性能优异，不仅是羽绒服、登山服衣料的最佳选择，而且还可以用于装饰和产业用织物，但是耐光和耐热性能较差。采用水热技术在锦纶织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜具有十分广阔的发展前景，不仅使改性后的锦纶织物获得了抗紫外线、抗菌性能，而且耐洗涤性能优良，还能够用于印染废水光催化降解等方面。目前有关使用硫酸钛和尿素对锦纶织物负载纳米二氧化钛薄膜的产品还没有。

目前对涤纶织物进行表面改性方法主要有两种：一是制备含有纳米颗粒的功能性纤维，即在纺丝过程中将纳米颗粒分散在化纤原材料中，再纺丝成纤，其优点是性能持久，缺点是纳米颗粒与聚合物材料亲和性较差，纳米颗粒分散不均匀，团聚现象严重，大部分纳米颗粒包埋在纤维基体中，纤维表面的纳米颗粒很少，因此功能性大幅下降；二是采用后整理工艺将纳米颗粒整理到织物表面，通常使用粘合剂和助剂等原料，因此也同样面临着纳米颗粒团聚的问题，而且整理后的织物耐洗涤牢度不好，织物服用性能受到影响，手感明显变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，解决了现有的改性方法处理得到的锦纶织物抗紫外线和抗菌性能、耐洗涤性能差，手感及透气性能不好的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将待处理的锦纶织物用体积比为1：1的去离子水与浓度为95%的无水乙醇混合溶液超声振荡清洗15～30min，烘干备用；

步骤2：按照质量比为1：1～5称取上步得到的处理后的锦纶织物及硫酸钛，按照尿素和硫酸钛的摩尔比为1：0.1～0.5，根据称取的硫酸钛用量称取尿素，按照质量比为1：3～6将称取的尿素溶于去离子水，得到尿素溶液，按照质量比为1：3～10将称取的硫酸钛溶于去离子水，得到硫酸钛溶液，把尿素溶液与硫酸钛溶液混合，将称取的锦纶织物浸渍在混合溶液中15～30min，然后将浸渍有锦纶织物的混合溶液放入反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的80%，密封，让密封好的反应釜在130～160℃条件下水热反应1.5～3h，待反应结束后取出锦纶织物；

步骤3：将上步得到的反应后的锦纶织物，以1：30～50的浴比，在温度为60～80℃条件下用洗涤液洗涤15～30min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干，得到改性后的锦纶织物。

本发明的特点还在于，

其中步骤1中的超声振荡清洗，是在频率为50kHz、功率为100w的条件下进行的。

其中步骤3中的洗涤液，是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。

本发明的有益效果是，在水热条件下采用硫酸钛和尿素直接在锦纶织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，以赋予锦纶织物抗紫外线、抗菌等性能，通过控制反应温度和时间，硫酸钛、尿素和去离子水的用量，优化了制备工艺。该方法能够节省原材料，便于操作，使用效果良好，改性后的锦纶织物耐洗涤性能显著提高，测试结果表明，硫酸钛水热改性后的锦纶织物经过30次标准洗涤之后，仍然能够保持优异的抗紫外线性能。

附图说明

图1是锦纶织物负载纳米二氧化钛薄膜前的扫描电镜照片；

图2是采用本发明方法对锦纶织物表面改性后的扫描电镜照片；

图3是采用本发明方法对锦纶织物改性后的X射线衍射谱图；

图4是本发明实施例1中锦纶织物改性前、改性后的紫外线反射光谱曲线；

图5是本发明实施例2中锦纶织物改性前、改性后的紫外线反射光谱曲线；

图6是本发明实施例3中锦纶织物改性前、改性后的紫外线反射光谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将待处理的锦纶织物在80℃条件下，用体积比为1：1的去离子水与浓度为95%的无水乙醇混合溶液在频率50kHz、功率100w条件下，超声振荡清洗15～30min，然后烘干备用。

步骤2：按照质量比为1：1～5称取步骤1得到的处理后的锦纶织物及硫酸钛，按照尿素和硫酸钛的摩尔比为1：0.1～0.5，根据称取的硫酸钛用量称取尿素，按照质量比为1：3～6将称取的尿素溶于去离子水，得到尿素溶液，按照质量比为1：3～10将称取的硫酸钛溶于去离子水，得到硫酸钛溶液，把尿素溶液加入到硫酸钛溶液中，剧烈搅拌得到混合溶液，将称取的锦纶织物浸渍在混合溶液中15～30min，然后将浸渍有锦纶织物的混合溶液放入高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的80%，密封，将密封好的反应釜在130～160℃条件下水热反应1.5～3h，待反应结束后取出锦纶织物。

步骤3：将上步得到的反应后的锦纶织物，以1：30～50的浴比，在温度为60～80℃条件下用洗涤液洗涤15～30min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干，得到改性后的锦纶织物。其中的洗涤液，是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。

图1是锦纶织物负载纳米二氧化钛薄膜前的扫描电镜照片，图2是采用本发明方法对锦纶织物表面改性后的扫描电镜照片，从图中可以看出，锦纶织物经过硫酸钛、尿素水热处理后，纤维表面包覆了一层纳米二氧化钛薄膜。图3是锦纶织物硫酸钛、尿素水热改性后的X射线衍射谱图，可以看出负载的纳米二氧化钛薄膜为锐钛矿型。锐钛矿相纳米二氧化钛的晶型结构禁带宽度大于金红石相的晶型结构，从而使锐钛矿晶型所产生的空穴电子对具有更正和更负的电位，因此对于大多数光催化反应体系而言，锐钛矿相的纳米二氧化钛薄膜具有较高的催化活性。锦纶织物在高温、高压水热环境中，纤维会发生一定程度的溶胀，大分子链产生了相对滑移，合成的二氧化钛纳米晶能够比较容易的进入非结晶区纤维大分子之间，在随后的降温过程中，纳米二氧化钛颗粒便牢固的嵌入到纤维表层中，因此耐洗涤性能明显得到提高。

根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对硫酸钛尿素水热改性后的锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序），并根据国家标准GB/T18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》测定硫酸钛尿素水热改性后的锦纶织物防紫外线性能。经过30次标准洗涤之后，纳米二氧化钛负载后的锦纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T<4%，紫外线防护系数UPF>50，可以用作防紫外线产品。

根据国家标准GB/T20944.1-2007《纺织品抗菌性能的评价第1部分：琼脂平皿扩散法》测定硫酸钛尿素水热改性后的锦纶织物抗菌效果。硫酸钛尿素水热改性后的锦纶织物对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、大肠杆菌（8099）的抑菌带均在1mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。

硫酸钛、尿素和去离子水的用量，反应温度和时间，都影响着产物晶相、晶化程度、形貌以及粒子尺寸。锦纶织物与硫酸钛的质量比为1：1～5时，纤维表面能够包覆一定厚度的薄膜，颗粒与锦纶纤维结合牢固，不会发生明显团聚现象，溶液中也不会沉积太多的二氧化钛颗粒；当小于1：1时，硫酸钛和尿素用量大，易造成浪费，纳米二氧化钛多以颗粒状形式沉积在溶液底部，纤维表面附着量会减少，且牢度不好，处理后的织物在使用中纳米颗粒容易脱落；当大于1：5时，溶液中残留的纳米二氧化钛颗粒很少，但纤维表面附着的二氧化钛量太少，没有形成连续的薄膜，防紫外线和抗菌性能受到影响。尿素和硫酸钛的摩尔比为1：0.1～0.5时，可以得到锐钛矿相纳米二氧化钛颗粒，二氧化钛的活性随着晶粒尺度的增大而减弱，把晶粒尺寸减小到纳米尺度可使禁带宽度增大，从而使光在空穴h⁺和电子e^-中具有更强的氧化性和还原性，纳米颗粒尺度小于载流子的平均自由程，从而降低了迁移过程中电子和空穴的复合；当小于1：0.1时，尿素用量相对较大，在反应过程中溶液过饱和度增加，形核速度加快，所产生晶核数量增多，由于竞争机制，在此条件下，晶粒生长缓慢，晶粒度就会越小，但溶液pH值增大，对锦纶纤维损失严重；当大于1：0.5时，硫酸钛用量相对较多，溶液过饱和度偏低，前驱物硫酸钛水解加剧，晶粒生长加快，晶粒度增大，容易产生团聚现象。反应釜温度为130～160℃时，可以制备出纳米级锐钛矿相二氧化钛颗粒；当高于160℃时，晶体生长速率加快，成核过程是一个放热过程，温度的升高将不利于水解反应向成核方向进行，使体系中晶核数量相对较少，而且温度的升高还会导致能稳定存在的临界晶核尺寸增大；当低于130℃时，不能合成锐钛矿相纳米二氧化钛产物。水热反应时间为1.5～3h时，能够制备出纳米级二氧化钛颗粒；当大于3h时，二氧化钛晶核生长时间延长，晶体逐渐长大，比表面积则随之降低，晶粒尺寸明显增大，影响与纤维基本的结合牢度和使用性能；当小于1.5h时，在短时间内不能保证二氧化钛纳米晶的生长。

实施例1

分别称取4.8g的锦纶织物，4.8g的硫酸钛和12g的尿素。锦纶织物用温度80℃体积比为1：1的去离子水和无水乙醇混合溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，60℃烘干。将硫酸钛和尿素分别溶解在50ml的去离子水中，将尿素溶液添加到硫酸钛溶液中并剧烈搅拌，随即加入锦纶织物浸渍15min；将锦纶织物连同溶液一起放入200ml的高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的80%，将密封好的反应釜在130℃条件下恒温处理1.5h。最后待反应结束后，用2g/L的皂片，2g/L的纯碱，1：30浴比，在90℃条件下处理锦纶织物15min，接着用80℃热水、冷水反复洗涤，60℃烘干。图4是锦纶织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的锦纶织物经过30次洗涤之后，UVB波段（280～315nm）紫外线平均反射率由20%下降到10%左右，即对紫外线的吸收能力提高了10.4%，而对UVA波段（315～400nm）紫外线平均吸收能力提高了11.7%。

根据国家标准GB/T8629-2001对硫酸钛尿素改性后的锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序），并根据国家标准GB/T18830-2009测定硫酸钛尿素改性后的锦纶织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的锦纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=3.8%，紫外线防护系数UPF=52。根据国家标准GB/T20944.1-2007测定硫酸钛尿素改性后的锦纶织物抗菌效果。改性后的锦纶织物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌带均在1mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。

实施例2

分别称取4.8g的锦纶织物，24g的硫酸钛和12g的尿素。锦纶织物用温度80℃体积比为1：1的去离子水和无水乙醇混合溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，60℃烘干。将硫酸钛、尿素分别溶解在100ml、50ml的去离子水中，将尿素溶液添加到硫酸钛溶液中并剧烈搅拌，随即加入锦纶织物浸渍30min；将锦纶织物连同溶液一起放入200ml的高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的80%，将密封好的反应釜在140℃条件下恒温处理2h。最后待反应结束后，用2g/L的皂片，2g/L的纯碱，1：30浴比，在90℃条件下处理锦纶织物15min，接着用80℃热水、冷水反复洗涤，60℃烘干。图5是锦纶织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的锦纶织物经过30次洗涤之后，对UVB波段（280～315nm）紫外线平均吸收能力提高了12.1%，而对UVA波段（315～400nm）的紫外线吸收能力平均提高了15.6%。

根据国家标准GB/T8629-2001对硫酸钛水热改性锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序），并根据国家标准GB/T18830-2009测定硫酸钛水热改性锦纶织物的防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的锦纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=3.5%，紫外线防护系数UPF=52。根据国家标准GB/T20944.1-2007测定硫酸钛水热改性锦纶织物的抗菌效果。改性后的锦纶织物对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、大肠杆菌（8099）的抑菌带均在1mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。

实施例3

分别称取4.8g的锦纶织物，15g的硫酸钛和12g的尿素。锦纶织物用温度80℃体积比为1：1的去离子水和无水乙醇混合溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，60℃烘干。将尿素、硫酸钛分别溶解在50ml、80ml的去离子水中，将尿素溶液添加到硫酸钛溶液中并剧烈搅拌，随即加入锦纶织物浸渍20min；将锦纶织物连同溶液放入高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的80%，将密封好的反应釜在160℃条件下恒温处理3h。最后待反应结束后，用2g/L的皂片，2g/L的纯碱，1：30浴比，在90℃条件下处理锦纶织物15min，接着用80℃热水、冷水反复洗涤，60℃烘干。图6是锦纶织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的锦纶织物经过30次洗涤之后，对UVB波段（280～315nm）紫外线平均吸收能力提高了14.6%，对UVA波段（315～400nm）紫外线平均吸收能力提高了23.8%。

根据国家标准GB/T8629-2001对硫酸钛尿素改性后的锦纶织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序），并根据国家标准GB/T18830-2009测定硫酸钛尿素改性后的锦纶织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的锦纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=3.2%，紫外线防护系数UPF=58。根据国家标准GB/T20944.1-2007测定硫酸钛尿素改性后的锦纶织物抗菌效果。改性后的锦纶织物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌带均在1mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。

本发明采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，利用水热合成技术使用硫酸钛尿素直接在锦纶织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，通过研究锦纶织物、硫酸钛和尿素的用量比例，反应温度和时间等因素对纳米二氧化钛负载效果的影响，优化出了最佳处理工艺。测试结果表明，改性后的锦纶织物具有良好的抗紫外线和抗菌性能，而且耐洗涤。该整理工艺安全无污染，生产效率高，操作简便，节省原材料，同时对织物手感和透气等服用性能没有明显影响。

Claims

1.一种采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，其特征在于，所述步骤1中的超声振荡清洗，是在频率为50kHz、功率为100w的条件下进行的。

3.根据权利要求1所述的采用硫酸钛和尿素对锦纶织物表面进行改性的方法，其特征在于，所述步骤3中的洗涤液，是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。