CN102277725B - 一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法，按照在1L的水里面加入18ml质量浓度为30%的双氧水，同时加入2g的硅酸钠制备成混合溶液，以1：30的浴比，将羊毛织物在60～80℃、pH值为9的条件下，放入混合溶液中处理1h，用去离子水清洗烘干备用；对处理后的羊毛织物进行改性反应；将反应后的羊毛织物，以1：30～50的浴比，在30～50℃条件下用4g/L的固体皂片洗涤15～30min，用冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的羊毛织物。本发明改性方法，节省原材料，操作简便，织物强度损失较小。改性后的羊毛织物经过30次洗涤之后，仍具有优异的亲水、抗紫外线和抗菌能力，防毡缩性能良好。

Description

一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法

技术领域

本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种羊毛织物的改性方法，具体涉及一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法。

背景技术

纳米二氧化钛粉体是当今备受关注的氧化物宽带隙半导体材料,具有优良的抗紫外线和抗菌功能，将其与普通纺织材料相结合，可以保护人们免受紫外线的侵害，减少疾病传播，因此具有十分重要的实际应用价值和发展前景。目前，制备纳米二氧化钛方法主要有溶胶凝胶法、均匀沉淀法、微乳法和水热法等，其中水热法具有环境友好、纯度高，制备出的纳米颗粒均匀、分散性好，不用高温灼烧，易实现工业化生产高质量产品等优点。羊毛纤维具有弹性好，光泽柔和，吸湿性强和保暖性好等优良特性，作为高档纺织面料一直备受消费者的青睐，但纤维表面鳞片使其天然疏水，吸湿排汗速率较低，抗皱、防缩和染色性能较差，若储藏不当还容易发生虫蛀，因此影响了羊毛织物的风格和尺寸稳定，限制了羊毛服装的使用。

目前使用钛酸丁酯在低温水热条件下对羊毛织物进行二氧化钛表面改性的相关技术还没有。纳米材料在纺织行业中的应用主要是通过共混纺丝和后整理两种方法实现的。共混法的缺点是纳米粉体的制备过程比较复杂，颗粒极易团聚，而且包裹在纤维内部不能与氧气、水分充分接触，功能不能完全发挥出来；使用树脂粘合剂的后整理方法比较简单，但粘合剂对纳米颗粒也形成包裹，影响功能的发挥，而且织物手感等物理机械性能明显下降。后整理方法一般是采用溶胶-凝胶技术制备出纳米二氧化钛材料，然后将其配制成稳定的整理液，对羊毛织物进行浸渍（轧）、预烘和焙烘等处理，或采用紫外线辐照，在纤维表面包覆二氧化钛颗粒薄膜，以改善亲水、防毡缩、抗菌和抗紫外线等性能，增加羊毛织物的舒适程度。上述方法不能很好地解决二氧化钛包覆不匀，纳米颗粒分散性较差，与纤维结合牢度不高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法，解决了现有改性方法得到的羊毛织物抗紫外线、抗菌性能不高，亲水和防毡缩性能较差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按照在1L的水里面加入18ml质量浓度为30%的双氧水，同时加入2g的硅酸钠制备成混合溶液，以1：30的浴比，将待改性的羊毛织物在60～80℃、pH值为9的条件下，放入混合溶液中处理1h，然后用去离子水清洗，烘干备用；

步骤2：对步骤1得到的处理后的羊毛织物进行改性反应；

步骤3：将步骤2得到的反应后的羊毛织物，以1：30～50的浴比，在30～50℃条件下用4g/L的固体皂片洗涤15～30min，然后用冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的羊毛织物。

本发明的特点还在于，

其中的步骤2中的改性反应，具体按照以下步骤实施：按照质量比为2～10：1称取步骤1得到的处理后的羊毛织物和钛酸丁酯，将称取的钛酸丁酯以1：80～120的体积比溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的羊毛织物浸渍在钛酸丁酯溶液中3～12min，随后将浸渍有羊毛织物的钛酸丁酯溶液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60～80%，密封，将密封好的反应釜在90～120℃条件下恒温处理2～4h，待反应结束后取出羊毛织物。

本发明的有益效果是，采用水热技术使用钛酸丁酯直接在羊毛织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，赋予羊毛织物亲水、抗紫外线、抗菌和防毡缩性能，通过控制反应温度和时间，羊毛织物和钛酸丁酯的用量等工艺参数，优化了整理工艺，该方法节省原材料，操作简便，织物强度损失较小。测试结果表明，改性后的羊毛织物在经过30次洗涤之后，仍然具有优异的亲水、抗紫外线和抗菌能力，防毡缩性能良好。

附图说明

图1是羊毛织物钛酸丁酯水热改性前的扫描电镜照片；

图2是采用本发明方法对羊毛织物钛酸丁酯水热改性后的扫描电镜照片；

图3是采用本发明方法对羊毛织物钛酸丁酯水热改性后的X射线衍射谱图；

图4是本发明实施例1对羊毛织物钛酸丁酯水热改性前、后紫外线反射光谱曲线；

图5是本发明实施例2对羊毛织物钛酸丁酯水热改性前、后紫外线反射光谱曲线；

图6是本发明实施例3对羊毛织物钛酸丁酯水热改性前、后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。

本发明采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按照在1L的水里面加入质量浓度为30%的双氧水18ml，同时加入2g的硅酸钠制备成混合溶液，以1：30的浴比，将待改性的羊毛织物在60～80℃、pH值为9的条件下，放入混合溶液中处理1h，然后用去离子水清洗3次，烘干备用。

步骤2：按照质量比2～10：1称取步骤1得到的处理后的羊毛织物和钛酸丁酯，以1：80～120的体积比将称取的钛酸丁酯溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的羊毛织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中3～12min，随后将浸渍有羊毛织物的钛酸丁酯水溶液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60～80%，密封，将密封好的反应釜在90～120℃条件下恒温处理2～4h，待反应结束后取出羊毛织物。

步骤3：将上步得到的反应后的羊毛织物，以1：30～50的浴比，在30～50℃条件下用4g/L的固体皂片洗涤15～30min，然后用冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的羊毛织物。

图1和图2是羊毛织物钛酸丁酯水热改性前、后的扫描电镜照片。可以看出，羊毛织物经过钛酸丁酯水热改性之后，纤维表面包覆了一层纳米二氧化钛颗粒薄膜。图3是钛酸丁酯水热改性羊毛织物的X射线衍射谱图。可以看出该纳米二氧化钛薄膜为锐钛矿型。锐钛矿型纳米二氧化钛的晶型结构禁带宽度大于金红石矿型的晶型结构，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，锐钛矿型的纳米二氧化钛薄膜具有较高的催化活性。

本发明采用水热法在制备纳米二氧化钛粉体的同时，直接在羊毛织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，通过优化反应温度和时间，织物、钛酸丁酯和去离子水的用量比例，筛选出最佳整理工艺。羊毛织物、钛酸丁酯和去离子水的用量比例，填充量，水热反应温度和时间等都影响着产物的晶相、晶化程度、形貌以及粒子尺寸。羊毛织物与钛酸丁酯质量比为2～10：1时，纤维表面能够包覆一定厚度的薄膜，纳米颗粒与羊毛纤维结合牢固，不会发生团聚现象，溶液中也不会沉积过多的二氧化钛颗粒；当小于2：1时，钛酸丁酯用量太大，易造成浪费，纤维表面包覆的薄膜过厚，不利于纳米颗粒的形成，影响织物手感和服用性能；当大于10：1时，钛酸丁酯用量太少，纤维表面没有形成连续的薄膜，亲水、防紫外线和防毡缩性能受到影响。

钛酸丁酯和去离子水用量比例控制在1：80～120时，纤维表面包覆一定厚度的纳米二氧化钛薄膜，颗粒不会发生团聚现象，同时溶液中不会沉积太多的纳米颗粒，而且与纤维结合牢固；当小于1：80时，钛酸丁酯用量太大易造成浪费，纤维表面粘附的二氧化钛太厚，附着牢度不好，使用过程中纳米颗粒容易脱落；当大于1：120时，纤维表面粘附的二氧化钛太少，没有形成连续的薄膜，影响防紫外线和抗菌性能。

溶液填充量在60～80%时，能够生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当小于60%时，反应釜内压力偏低，会影响纳米二氧化钛的生成；当大于80%时同样不利于纳米二氧化钛的生成，反应釜安全性也会受到影响。反应温度和时间主要影响产物的晶化程度和晶体的形貌、尺寸，对生成的晶相也有一些影响。水热反应温度控制在90～120℃之间，可以生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当低于90℃时，会影响纳米二氧化钛的晶体结构，达不到防紫外线、抗菌目的；当高于120℃时，处理后的织物颜色泛黄，手感变得粗糙，织物强度损伤较大，丧失了使用性能。影响羊毛织物性能的主要因素是反应温度，因为羊毛织物在高温高湿环境中容易产生毡缩现象，尺寸稳定性变差，收缩严重，纤维损伤也比较严重。水热反应时间控制在2～4h之间，可以在纤维表面生成锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜；当低于2h时，会影响纳米二氧化钛的晶化程度，防紫外线性能不好；当高于4h时，生成的二氧化钛颗粒会发生团聚，粒度明显增大，表面粗糙度增加易造成脱落。

根据国家标准GB/T 8629-2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》对钛酸丁酯水热改性羊毛织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，7A洗涤程序，C型干燥程序），并根据国家标准GB/T 18830-2009《纺织品 防紫外线性能的评定》测定钛酸丁酯水热改性羊毛织物的防紫外线性能。经过30次标准洗涤之后，改性后的羊毛织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T<2.4%，紫外线防护系数UPF>50，抗紫外线性能优良。

根据国家标准GB/T 20944.1-2007《纺织品 抗菌性能的评价 第1部分：琼脂平皿扩散法》测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物抗菌效果。钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、大肠杆菌（8099）的抑菌带均在1.0mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。

根据GB/T 23320-2009《纺织品 抗吸水性的测定 翻转吸收法》测定酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量>8%。

羊毛织物防毡缩性能用毡缩率来表示，等于整理前、后织物面积之差与整理前织物面积之比的百分率。使用全自动滚筒洗衣机，洗液温度为40℃，洗衣粉为标准合成洗衣粉4g/ L和中性皂片0.5g/L，洗涤织物10g，将样品烘干，待吸湿平衡后计算毡缩率。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物毡缩率<3.2%。

实施例1

称取5g羊毛织物，在60℃、pH值9条件下，以1：30的浴比，用30%双氧水18ml/L、硅酸钠2g/L溶液处理1h，然后用去离子水清洗3次，40℃烘干；称取0.5g钛酸丁酯，按1：120的比例用去离子水进行溶解，然后将羊毛织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中3min，将羊毛织物连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml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90℃条件下恒温处理4h；待反应结束后，用4g/L的皂片溶液，以1：30浴比在30℃条件下洗涤15min，接着用冷水反复洗涤，40℃烘干。图4是羊毛织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的羊毛织物经过30次洗涤之后，UVB（280～315nm）和UVA（315～400 nm）波段对紫外线的吸收能力提高了5.0%。

根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，7A洗涤程序，C型干燥程序），并根据国家标准GB/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的羊毛纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=2.3%，紫外线防护系数UPF=54。根据国家标准GB/T 20944.1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物抗菌效果。改性后的羊毛织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在1.0mm之内，抗菌效果好。根据国家标准GB/T 23320-2009测定酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量为8.6%。称取10g羊毛织物，用全自动滚筒洗衣机在40℃条件下，用4g/L标准合成洗衣粉和0.5g/L中性皂片对羊毛织物进行洗涤，40℃烘干后测定毡缩率。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物毡缩率为3.1%。

实施例2

称取5g羊毛织物，在70℃、pH值9条件下，以1：30的浴比，用30%双氧水18ml/L、硅酸钠2g/L溶液处理1h，然后用去离子水清洗3次，40℃烘干；称取1g钛酸丁酯，按1：100的比例用去离子水进行溶解，然后将羊毛织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中8min，将羊毛织物连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的70%，将密封好的反应釜在100℃条件下恒温处理3h；待反应结束后，用4g/L的皂片溶液，以1：40浴比在40℃条件下洗涤20min，接着用冷水反复洗涤，40℃烘干。图5是羊毛织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的羊毛织物经过30次洗涤之后，UVB和UVA波段对紫外线的吸收能力提高了5.3%。

根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，7A洗涤程序，C型干燥程序），并根据国家标准GB/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的羊毛纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=1.6%，紫外线防护系数UPF=58。根据国家标准GB/T 20944.1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物抗菌效果。改性后的羊毛织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在1.0mm之内，抗菌效果好。根据国家标准GB/T 23320-2009测定酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量为11.4%。称取10g羊毛织物，用全自动滚筒洗衣机在40℃条件下，用4g/L标准合成洗衣粉和0.5g/L中性皂片对羊毛织物进行洗涤，40℃烘干后测定毡缩率。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物毡缩率为2.2%。

实施例3

称取5g羊毛织物，在80℃、pH值9条件下，以1：30的浴比，用30%双氧水18ml/L、硅酸钠2g/L溶液处理1h，然后用去离子水清洗3次，40℃烘干；称取2.5g钛酸丁酯，按1：80的比例用去离子水进行溶解，然后将羊毛织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中12min，将羊毛织物连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml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120℃条件下恒温处理2h；待反应结束后，用4g/L的皂片溶液，以1：50浴比在50℃条件下洗涤30min，接着用冷水反复洗涤，40℃烘干。图6是羊毛织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的羊毛织物经过30次洗涤之后，UVB和UVA波段对紫外线的吸收能力提高了8.4%。

根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物进行洗涤和干燥（选用A型洗衣机，7A洗涤程序，C型干燥程序），并根据国家标准GB/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的羊毛纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=0.8%，紫外线防护系数UPF=65。根据国家标准GB/T 20944.1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的羊毛织物抗菌效果。改性后的羊毛织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在1.0mm之内，抗菌效果好。根据国家标准GB/T 23320-2009测定酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物吸水量为14.9%。称取10g羊毛织物，用全自动滚筒洗衣机在40℃条件下，用4g/L标准合成洗衣粉和0.5g/L中性皂片对羊毛织物进行洗涤，40℃烘干后测定毡缩率。酞酸丁酯水热改性后的羊毛织物毡缩率为0.6%。

Claims (1)

1. 一种采用钛酸丁酯对羊毛织物进行改性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按照在1L的水里面加入18ml质量浓度为30%的双氧水，同时加入2g的硅酸钠制备成混合溶液，以1：30的浴比，将待改性的羊毛织物在60～80℃、pH值为9的条件下，放入混合溶液中处理1h，然后用去离子水清洗，烘干备用；

步骤2：对步骤1得到的处理后的羊毛织物进行改性反应，具体按照以下步骤实施：按照质量比为2～10：1称取步骤1得到的处理后的羊毛织物和钛酸丁酯，将称取的钛酸丁酯以1：80～120的体积比溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的羊毛织物浸渍在钛酸丁酯溶液中3～12min，随后将浸渍有羊毛织物的钛酸丁酯溶液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60～80%，密封，将密封好的反应釜在90～120℃条件下恒温处理2～4h，待反应结束后取出羊毛织物；

步骤3：将步骤2得到的反应后的羊毛织物，以1：30～50的浴比，在30～50℃条件下用4g/L的固体皂片洗涤15～30min，然后用冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的羊毛织物。

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