CN102899884B - 提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、对棉纤维进行预处理；步骤2、配置改性溶液，并采用水热法对棉纤维进行改性处理；步骤3、对改性后的棉纤维进行后处理。本发明方法解决了纳米二氧化钛包覆棉纤维染色性能不好、纳米二氧化钛与棉纤维结合牢度不高的问题，还赋予棉纤维抗紫外线、抗菌的性能。
Description
技术领域
本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种棉纤维表面的改性方法，具体涉及一种提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法。
背景技术
纳米二氧化钛具有高的光催化活性，良好的耐热性和耐化学腐蚀性，可以用作催化剂及其载体、纳米敏感材料和纳米陶瓷功能材料等。纳米二氧化钛颗粒极易产生团聚，导致光催化活性大幅度地降低。因此合成单分散、高质量的纳米二氧化钛成为人们研究的重点。目前制备纳米二氧化钛的方法主要有溶胶凝胶法、均匀沉淀法、微乳法和水热法等，其中水热技术表现出了较为宽广的发展前景，这是因为反应发生在密闭的系统中，没有其它杂质的引入，制备时温度低、时间短，得到的纳米二氧化钛颗粒纯度高、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。棉纤维以其优良的透气和舒适性能备受人们喜爱，但是不具有抵抗紫外线能力，也没有抗菌性能，因此使用受到很大程度的限制。
目前采用水热法使用硫酸钛、尿素、壳聚糖和分散剂对棉纤维进行纳米二氧化钛改性，再使用偶联剂对包覆的纳米二氧化钛颗粒进行偶联增强的相关技术还没有。纳米材料在纺织工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颗粒的制备过程较为复杂，颗粒容易团聚，包埋在纤维内部的纳米颗粒不能与氧气和水分接触，功能不能很好的发挥出来。使用粘合剂后整理虽然比较简单，但是粘合剂对纳米颗粒也会形成包裹，影响了织物手感等服用性能。使用硫酸钛和尿素对棉纤维进行改性，虽然能够在棉纤维表面包覆一层纳米二氧化钛颗粒薄膜，但是在染色过程中纳米二氧化钛薄膜会阻碍染料分子与棉纤维的结合，使得棉纤维上染百分率和染色深度都不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，解决了纳米二氧化钛包覆棉纤维染色性能不好、纳米二氧化钛与棉纤维结合牢度不高的问题，还赋予棉纤维抗紫外线、抗菌的性能。
本发明所采用的技术方案是，提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛的棉纤维改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对棉纤维进行预处理；
步骤2、配置改性溶液，并采用水热法对棉纤维进行改性处理；
步骤3、对改性后的棉纤维进行后处理。
本发明的特点还在于，
步骤1具体按照以下步骤实施：
称取棉纤维，并将称取的棉纤维依次浸泡在体积浓度为80%~90%的丙酮、无水乙醇和去离子水中，于50℃~70℃条件下分别超声振荡清洗10min～20min，捞取出清洗干净的棉纤维后于70℃~90℃条件下烘干，得到预处理的棉纤维。
步骤1中采用的超声波频率为28KHz，功率为100W。
步骤2具体按照以下步骤实施：
1）按照步骤1得到的预处理后的棉纤维质量称取硫酸钛，预处理后的棉纤维与硫酸钛的质量比为3：4～8；
2）按照1）中称取的硫酸钛称取尿素，硫酸钛和尿素的质量比为2～6：1～5；
3）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛和去离子水的质量比为1：20～40，配置成硫酸钛溶液，再将2）中称取的尿素加入到硫酸钛溶液中，剧烈搅拌，得到混合溶液；
4）按照1）中棉纤维质量的5%～10%称取壳聚糖，按照1）中棉纤维质量的4%～8%称取十六烷基三甲基溴化铵，将称取的壳聚糖加入3）中配置好的混合溶液中，待壳聚糖溶解后加入称取的十六烷基三甲基溴化铵，形成改性溶液；
5）将步骤1中清洗干净的棉纤维浸渍在4）中配置好的改性溶液中，浸渍15min～30min；
6）将经5）浸渍过改性溶液的棉纤维放入高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在120℃～150℃条件下恒温处理2h～4h；
7）待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡10min～20min，最后于70℃~90℃条件下烘干，得到改性后负载纳米二氧化钛的棉纤维。
步骤2中采用的壳聚糖是脱乙酰度为86%、分子量小于2000的壳聚糖。
步骤3具体按照以下步骤实施：
1）按照体积比1：4～8分别量取无水乙醇和去离子水，将无水乙醇倒入去离子水中配置成乙醇溶液，称取乙醇溶液的质量；
2）按1）中乙醇溶液质量的1%～3%称取γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将称取的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂缓慢滴加到1）中配置的乙醇溶液中并不断的搅拌，得到偶联剂溶液；
3）取步骤2改性后的改性棉纤维加入2）中配置好的偶联剂溶液，于不大于40℃的条件下用偶联剂溶液对棉纤维进行偶联，偶联时间为3h～6h；
4）将3）偶联完成的棉纤维挤去多余水分后，先置于80℃~100℃烘箱中预烘20min～40min，再放入110℃～130℃的烘箱中焙烘3min～5min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各10min～30min，最后将漂洗好的棉纤维于80℃~100℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
本发明的有益效果是，
使用硫酸钛、尿素、壳聚糖和分散剂在水热环境中，直接在棉纤维表面包覆纳米二氧化钛颗粒薄膜，再使用偶联剂对包覆纳米二氧化钛的棉纤维进行偶联增强处理，赋予棉纤维防紫外线、抗菌和自清洁的功能，改善纳米二氧化钛在棉纤维表面包覆不均匀，与棉纤维结合不牢固，以及改性后棉纤维上染百分率和染色深度不高的问题。
通过调节硫酸钛、尿素、壳聚糖和分散剂的用量，控制反应温度和时间，优化出棉纤维最佳改性工艺和配方，本方法节省原材料，操作简便。
附图说明
图1是棉纤维改性前的扫描电镜照片；
图2是采用本发明方法对棉纤维改性后的扫描电镜照片；
图3是采用本发明方法对棉纤维改性后表面包覆的纳米二氧化钛颗粒的电子衍射图；
图4是棉纤维改性前、后的紫外线可见光漫反射光谱曲线。
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。
本发明提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对棉纤维进行预处理；
称取棉纤维，并将称取的棉纤维依次浸泡在体积浓度为80%~90%的丙酮、无水乙醇和去离子水中，于50℃~70℃条件下分别超声振荡清洗10min～20min，捞取出清洗干净的棉纤维后于70℃~90℃条件下烘干，得到预处理的棉纤维。
步骤1中采用的超声波频率为28KHz，功率为100W。
步骤2、配置改性溶液，并采用水热法对棉纤维进行改性处理；
1）按照步骤1得到的预处理后的棉纤维质量称取硫酸钛，预处理后的棉纤维与硫酸钛的质量比为3：4～8；
2）按照1）中称取的硫酸钛称取尿素，硫酸钛和尿素的质量比为2～6：1～5；
3）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛和去离子水的质量比为1：20～40，配置成硫酸钛溶液，再将2）中称取的尿素加入到硫酸钛溶液中，剧烈搅拌，得到混合溶液；
4）按照1）中棉纤维质量的5%～10%称取壳聚糖，按照1）中棉纤维质量的4%～8%称取十六烷基三甲基溴化铵，将称取的壳聚糖加入3）中配置好的混合溶液中，待壳聚糖溶解后加入称取的十六烷基三甲基溴化铵，形成改性溶液；
5）将步骤1中清洗干净的棉纤维浸渍在4）中配置好的改性溶液中，浸渍15min～30min；
6）将经5）浸渍过改性溶液的棉纤维放入高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在120℃～150℃条件下恒温处理2h～4h；
7）待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡10min～20min，最后于70℃~90℃条件下烘干，得到改性后负载纳米二氧化钛的棉纤维。
步骤2中采用的壳聚糖是脱乙酰度为86%、分子量小于2000的壳聚糖。
步骤3、对改性后的棉纤维进行后处理；
1）按照体积比1：4～8分别量取无水乙醇和去离子水，将无水乙醇倒入去离子水中配置成乙醇溶液，称取乙醇溶液的质量；
2）按1）中乙醇溶液质量的1%～3%称取γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将称取的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂缓慢滴加到1）中配置的乙醇溶液中并不断的搅拌，得到偶联剂溶液；
3）取步骤2改性后的改性棉纤维加入2）中配置好的偶联剂溶液，于不大于40℃的条件下用偶联剂溶液对棉纤维进行偶联，偶联时间为3h～6h；
4）将3）偶联完成的棉纤维挤去多余水分后，先置于80℃~100℃烘箱中预烘20min～40min，再放入110℃～130℃的烘箱中焙烘3min～5min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各10min～30min，最后将漂洗好的棉纤维于80℃~100℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
图1是棉纤维改性前的扫描电镜照片。可以看出，未改性的棉纤维表面比较干净，没有其他附着物。图2是先使用硫酸钛、尿素、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理棉纤维，再使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性后的棉纤维的扫描电镜照片。可以看出，改性后的棉纤维表面包覆了一层薄膜状物质，高倍电镜照片显示，该薄膜是由纳米级颗粒构成。图3是棉纤维表面包覆的纳米二氧化钛颗粒的电子衍射环。可以看出，纳米二氧化钛电子衍射环分别对应着锐钛矿相二氧化钛的（101）、（004）、（200）、（105）、（211）和（204）晶面。图4是棉纤维改性前、后的紫外线可见光漫反射光谱曲线。可以看出，棉纤维经过硫酸钛、尿素、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理，以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性之后，不仅对紫外线吸收显著增强，而且对可见光也有所增加。
使用活性艳蓝R染料对棉纤维进行染色，以评价改性前、后对棉纤维染色性能。染料配方：染料用量为2%，浴比为1：50，食盐为40g/L，碳酸钠为10g/L，渗透剂JFC为2%。染色工艺：50℃入染，15min后加入食盐，续染15min后，以2℃/min速率升温至80℃，添加碳酸钠，染色30min后取出试样。用2g/L的皂液和2g/L的碳酸钠溶液，在95℃下皂煮10min，浴比为1：30，接着冷水洗涤，自然晾干。根据GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》用YG571型色牢度测试仪测定棉纤维的摩擦色牢度，根据标准灰卡样卡进行评级。用SF300型测色配色仪测定棉纤维在最大吸收波长590mm处的染色深度K/S值，选用D65光源，10°视场。
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、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理，以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性后的棉纤维进行洗涤和干燥（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》测定棉纤维的防紫外线性能。通过比较未洗涤的棉纤维和经过30次标准洗涤之后的棉纤维的紫外线防护性能，来评价纳米二氧化钛与棉纤维的结合牢度。
从原理方面说明本发明的有益效果所在：
（1）棉纤维、硫酸钛和尿素的用量比例影响着反应生成纳米二氧化钛的多少和棉纤维表面包覆的效果。当棉纤维与硫酸钛质量比为3：4～8时，可以在棉纤维表面包覆一定厚度的纳米二氧化钛薄膜，同时溶液中不会沉积过多的纳米颗粒；当小于3：4时，硫酸钛用量过大，大部分纳米二氧化钛沉积在溶液底部，易造成浪费；当大于3：8时，溶液中虽然几乎没有纳米二氧化钛沉积，但棉纤维表面附着的纳米颗粒太少。当硫酸钛和尿素的摩尔比为0.1～0.5：1时，反应比较彻底，生成二氧化钛为锐钛矿相；当小于0.1：1时，尿素用量相对较大，溶液过饱和度增加，形核速度加快，产生的晶核数量增多，在竞争机制影响下，晶粒生长缓慢，晶粒度就会越小，但溶液pH值增大，对棉纤维损伤严重；当大于0.5：1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。
（2）使用十六烷基三甲基溴化铵可以控制纳米二氧化钛的晶化程度、形貌以及粒子尺寸。因为纳米二氧化钛的活性随着晶粒尺度的增大而减弱，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，降低了迁移过程中电子和空穴的复合。十六烷基三甲基溴化铵用量为棉纤维质量的4～8%时，可以保证生成的纳米二氧化钛晶粒呈纳米级，包覆棉纤维比较均匀、致密；当十六烷基三甲基溴化铵用量小于棉纤维质量的4%时，纳米颗粒易发生团聚；当十六烷基三甲基溴化铵用量大于棉纤维质量的8%时，影响纳米二氧化钛晶体生长。添加壳聚糖是为了提高改性后棉纤维的染色性能。当壳聚糖用量为棉纤维质量的5～10%时，不仅在棉纤维表面均匀包覆一层壳聚糖薄膜，而且有助于纳米二氧化钛的附着；当壳聚糖用量小于棉纤维质量的5%时，壳聚糖包覆不完全；当壳聚糖用量大于棉纤维质量的10%时，壳聚糖浓度偏高，影响纳米二氧化钛的生长，颗粒易团聚。
（3）当反应釜温度为120～150℃时，棉纤维机械性能损伤较小，能够生成锐钛矿相纳米二氧化钛；当反应温度低于120℃时，纳米二氧化钛晶型发育不好；当反应温度高于150℃时，二氧化钛晶体生长速率加快，因为成核过程是一个放热过程，温度的升高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。当反应时间为2～4h时，二氧化钛晶粒尺寸小；当反应时间小于2h时，纳米二氧化钛晶型不好；当反应时间大于4h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，与棉纤维结合牢度变差。
（4）使用无水乙醇与去离子水的混合溶液，可以缓解γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基的水解速度。当无水乙醇与去离子水体积比为1：4～8时，能够很好控制偶联剂的水解速度；当小于1：4时，偶联剂水解缓慢，偶联时间延长；当大于1：8时，偶联剂水解加快，偶联效果变差。使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性包覆纳米二氧化钛的棉纤维，能够增强纳米二氧化钛与棉纤维的附着牢度。当γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基用量为溶液质量的1～3%时，纳米二氧化钛与棉纤维结合牢固；当小于1%时，偶联剂偏少，改性效果变差；当大于3%时，偶联剂太多，影响染色和光催化活性。当反应温度低于40℃，反应时间3～6时，可以提高纳米二氧化钛的附着牢度；当反应温度高于40℃时，偶联剂水解加快。当反应时间小于3h时，偶联效果不好；当反应时间大于6h时，浪费时间。偶联后的棉纤维在90℃预烘20～40min，110～130℃焙烘3～5min，在纳米二氧化钛与棉纤维之间形成桥接化学反应。
实施例1
将0.72g的棉纤维分别浸泡在体积浓度80%丙酮、无水乙醇和去离子水中，于50℃条件下超声振荡清洗10min后于70℃条件下烘干；将0.96g的硫酸钛溶解在19.2g的去离子水中配制成硫酸钛溶液，再向硫酸钛溶液中添加2.4g的尿素并剧烈搅拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入0.036g脱乙酰度86%、分子量小于2000的壳聚糖，0.028g十六烷基三甲基溴化铵，配置称改性溶液；将清洗干净的棉纤维浸渍在改性溶液中15min，将浸渍过改性溶液的棉纤维放入体积为100mL的高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的60%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在120℃条件下恒温处理2h，待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡10min，最后于70℃条件下烘干；按体积比1：4，配制200mL无水乙醇与去离子水的乙醇溶液，按乙醇溶液质量的1%向混合溶液中滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，并不断地搅拌，形成偶联剂溶液，取改性后的负载纳米二氧化钛的棉纤维放入偶联剂溶液，于20℃反应3h，挤去多余水分，先置于100℃烘箱中预烘20min，再放入130℃的烘箱中焙烘3min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各10min，最后将漂洗好的棉纤维于100℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
使用2%(o.w.f)的活性艳蓝R染料对棉纤维进行染色，其中未改性的棉纤维K/S值为3.5，没有添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值为1.6，而添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值增加至2.9。根据国家标准GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度测试仪测定棉纤维的摩擦色牢度，未改性和纳米二氧化钛改性的棉纤维摩擦色牢度均为5级。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、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性后的棉纤维进行30次洗涤和干燥（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》测定棉纤维的防紫外线性能，未洗涤的纳米二氧化钛改性棉纤维紫外线防护系数为68，经过30次标准洗涤之后，紫外线防护系数为65，表明纳米二氧化钛与棉纤维结合牢固。
实施例2
将0.72g的棉纤维分别浸泡在体积浓度90%丙酮、无水乙醇和去离子水中，于70℃条件下超声振荡清洗20min后于90℃条件下烘干；将1.92g的硫酸钛溶解在2.56g的去离子水中配制成硫酸钛溶液，再向硫酸钛溶液中添加0.96g的尿素并剧烈搅拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入0.07g脱乙酰度86%、分子量小于2000的壳聚糖，0.057g十六烷基三甲基溴化铵，配置称改性溶液；将清洗干净的棉纤维浸渍在改性溶液中30min，将浸渍过改性溶液的棉纤维放入体积为100mL的高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在150℃条件下恒温处理4h，待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡20min，最后于90℃条件下烘干；按体积比1：8，配制200mL无水乙醇与去离子水的乙醇溶液，按乙醇溶液质量的3%向混合溶液中滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，并不断地搅拌，形成偶联剂溶液，取改性后的负载纳米二氧化钛的棉纤维放入偶联剂溶液，于30℃反应6h，挤去多余水分，先置于80℃烘箱中预烘40min，再放入110℃的烘箱中焙烘5min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各30min，最后将漂洗好的棉纤维于80℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
使用2%(o.w.f)的活性艳蓝R染料对棉纤维进行染色，其中未改性的棉纤维K/S值为3.5，没有添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值为1.6，而添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值增加至3.2。根据国家标准GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度测试仪测定棉纤维的摩擦色牢度，未改性和纳米二氧化钛改性的棉纤维摩擦色牢度均为5级。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、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性后的棉纤维进行30次洗涤和干燥（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》测定棉纤维的防紫外线性能，未洗涤的纳米二氧化钛改性棉纤维紫外线防护系数为94，经过30次标准洗涤之后，紫外线防护系数为89，表明纳米二氧化钛与棉纤维结合牢固。
实施例3
将0.72g的棉纤维分别浸泡在体积浓度85%丙酮、无水乙醇和去离子水中，于60℃条件下超声振荡清洗15min后于80℃条件下烘干；将1.44g的硫酸钛溶解在7.2g的去离子水中配制成硫酸钛溶液，再向硫酸钛溶液中添加1.2g的尿素并剧烈搅拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入0.057g脱乙酰度86%、分子量小于2000的壳聚糖，0.043g十六烷基三甲基溴化铵，配置称改性溶液；将清洗干净的棉纤维浸渍在改性溶液中20min，将浸渍过改性溶液的棉纤维放入体积为100mL的高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的70%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在130℃条件下恒温处理3h，待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡15min，最后于80℃条件下烘干；按体积比1：6，配制200mL无水乙醇与去离子水的乙醇溶液，按乙醇溶液质量的2%向混合溶液中滴加γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，并不断地搅拌，形成偶联剂溶液，取改性后的负载纳米二氧化钛的棉纤维放入偶联剂溶液，于40℃反应4h，挤去多余水分，先置于90℃烘箱中预烘30min，再放入120℃的烘箱中焙烘4min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各20min，最后将漂洗好的棉纤维于90℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
使用2%(o.w.f)的活性艳蓝R染料对棉纤维进行染色，其中未改性的棉纤维K/S值为3.5，没有添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值为1.6，而添加壳聚糖纳米二氧化钛改性棉纤维K/S值增加至3.0。根据国家标准GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度测试仪测定棉纤维的摩擦色牢度，未改性和纳米二氧化钛改性的棉纤维摩擦色牢度均为5级。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、壳聚糖和十六烷基三甲基溴化铵水热处理，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联改性后的棉纤维进行30次洗涤和干燥（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》测定棉纤维的防紫外线性能，未洗涤的纳米二氧化钛改性棉纤维紫外线防护系数为72，经过30次标准洗涤之后，紫外线防护系数为69，表明纳米二氧化钛与棉纤维结合牢固。
Claims (5)
1.提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对棉纤维进行预处理；
步骤2、配置改性溶液，并采用水热法对棉纤维进行改性处理；
步骤3、对改性后的棉纤维进行后处理，具体按照以下步骤实施：
1）按照体积比1：4～8分别量取无水乙醇和去离子水，将无水乙醇倒入去离子水中配置成乙醇溶液，称取乙醇溶液的质量；
2）按1）中乙醇溶液质量的1%～3%称取γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将称取的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂缓慢滴加到1）中配置的乙醇溶液中并不断的搅拌，得到偶联剂溶液；
3）取步骤2改性后的改性棉纤维加入2）中配置好的偶联剂溶液，于不大于40℃的条件下用偶联剂溶液对棉纤维进行偶联，偶联时间为3h～6h；
4）将3）偶联完成的棉纤维挤去多余水分后，先置于80℃～100℃烘箱中预烘20min～40min，再放入110℃～130℃的烘箱中焙烘3min～5min，之后分别用无水乙醇和去离子水漂洗焙烘干的棉纤维各10min～30min，最后将漂洗好的棉纤维于80℃～100℃烘干，即得到包覆纳米二氧化钛的棉纤维。
2.根据权利要求1所述的提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
称取棉纤维，并将称取的棉纤维依次浸泡在体积浓度为80%～90%的丙酮、无水乙醇和去离子水中，于50℃～70℃条件下分别超声振荡清洗10min～20min，捞取出清洗干净的棉纤维后于70℃～90℃条件下烘干，得到预处理的棉纤维。
3.根据权利要求2所述的提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，其特征在于，所述步骤1中采用的超声波频率为28KHz，功率为100W。
4.根据权利要求1所述的提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
1）按照步骤1得到的预处理后的棉纤维质量称取硫酸钛，预处理后的棉纤维与硫酸钛的质量比为3：4～8；
2）按照1）中称取的硫酸钛称取尿素，硫酸钛和尿素的摩尔比为0.1～0.5：1；
3）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛和去离子水的质量比为1：20～40，配置成硫酸钛溶液，再将2）中称取的尿素加入到硫酸钛溶液中，剧烈搅拌，得到混合溶液；
4）按照1）中棉纤维质量的5%～10%称取壳聚糖，按照1）中棉纤维质量的4%～8%称取十六烷基三甲基溴化铵，将称取的壳聚糖加入3）中配置好的混合溶液中，待壳聚糖溶解后加入称取的十六烷基三甲基溴化铵，形成改性溶液；
5）将经步骤1预处理后的棉纤维浸渍在4）中配置好的改性溶液中，浸渍15min～30min；
6）将经5）浸渍过改性溶液的棉纤维放入高温高压反应釜中，并向高温高压反应釜中倒入改性溶液，用去离子水填充使改性溶液的体积为高温高压反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于均相反应器中，在120℃～150℃条件下恒温处理2h～4h；
7）待反应结束后取出棉纤维，将改性后的棉纤维分别用无水乙醇和去离子水各浸泡10min～20min，最后于70℃～90℃条件下烘干，得到改性后负载纳米二氧化钛的棉纤维。
5.根据权利要求4所述的提高染色性能和附着牢度的纳米二氧化钛棉纤维改性方法，其特征在于，所述步骤2中采用的壳聚糖是脱乙酰度为86%、分子量小于2000的壳聚糖。
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Effective date of registration: 20151221 Address after: 362200 Fujian city in Quanzhou Province, Jinjiang city and Huashan Industrial Zone Patentee after: HOSA INDUSTRIAL (FUJIAN) Co.,Ltd. Address before: 710048 Shaanxi province Xi'an Beilin District Jinhua Road No. 19 Patentee before: XI'AN POLYTECHNIC University |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190516 Granted publication date: 20140702 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20220516 Granted publication date: 20140702 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140702 Termination date: 20191018 |