CN103194885A

CN103194885A - 一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法

Info

Publication number: CN103194885A
Application number: CN2013101368783A
Authority: CN
Inventors: 李酽; 安冬敏; 邹云玲; 李国柱
Original assignee: Civil Aviation University of China
Current assignee: Civil Aviation University of China
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明公开了一种微波合成纳米氧化锌组装棉纤的方法，具体涉及一种制备具有优良抗菌、抗紫外线及其耐水洗性能的纳米ZnO、TiO₂、Ag或上述几种粒子的复合物组装棉纤的方法。主要原料硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)与NaOH反应生成氢氧化锌沉淀，氢氧化锌沉淀在氨水溶液中溶解形成锌氨溶液，吸附了锌氨溶液的棉纤在微波的加热条件下，进行组装，在棉纤维中腔和棉纤维的网络结构中形成了纳米氧化锌小粒子。ZnO、TiO₂、Ag无机纳米粉体的使用赋予了纯棉纤所不具有的抗菌杀菌，抗紫外线特性，极大的扩宽了棉纤的应用领域。

Description

一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法，特别涉及一种制备具有优良抗菌、抗紫外线及其良好的抗水洗性能的纳米ZnO组装棉纤维的方法。

背景技术

棉花，作为一种非常重要的天然纤维，由于它的可再生性、可生物降解、柔软、舒适和吸湿等性质，广泛应用于服装行业。但由于自然棉纤维的抗紫外线性能及抗菌能力比较差，限制了棉纤维更为广泛的应用。目前，研究、开发抗紫外及其抗菌棉纤维成为一个很活跃的领域。在纤维上附着上一些无机纳米粉体，如ZnO、TiO₂或Ag粒子等能使棉纤维具有良好的抗紫外、杀菌的目的。纳米ZnO粒子抗紫外线性能好，对紫外线屏蔽的波段范围大，并有抗菌、防霉和消臭的功能，性价比高，是理想的紫外线屏蔽剂。相对涤纶、羊毛等而言，棉织物是紫外线最易透过的面料，而棉织物又是经常用的夏季面料，所以在纯棉织物上进行抗紫外后整理很有必要。

为了使施加到纺织品上的超细粉体集中在纤维的表面，日本的Yamaguchi等人提出利用ZnO纳米粉体悬浮液处理纺织品，实验中不使用粘合剂可以将ZnO沉积在纤维的表面，且具有一定的耐久性。德国科学家Mahltig提出利用金属氧化物的溶胶-凝胶技术对纺织品直接进行处理，赋予纺织品特殊的功能性，该方法简单易行，但由于纺织材料不耐高温，不能对无机氧化物溶胶处理后的纺织品进行高温处理，因此不易在纤维表面获得具有一定晶型结构的无机氧化物晶体，而无机氧化物的晶体结构对其性能有很大的影响。东华大学毛志平等利用在位生长法，在纤维表面形成分布均匀的纳米氧化锌晶体，赋予织物特殊的功能，提高产品附加值。在位生长法是利用溶液中锌盐与碱剂在一定温度下的化学反应，生成氧化锌的前聚体，进而在织物表面分解形成纳米氧化锌晶体。张永文等用纳米ZnO粉体和Na₂SiO₃、KH-570、OP-10、SDS、PEG-600、自制聚丙烯酸酯等制备出分散性稳定的纳米ZnO的整理液，再对织物进行处理，获得具有抗紫外性能的织物。以上方法有的需要预先制备ZnO纳米粉体，或是需要高温处理棉纤才能得到ZnO组装的棉纤维，并且均是在棉纤维表面附着一层ZnO粉体。专利CN101824745A发明了一种原位制备抗紫外织物的方法，此法是将表面活性剂，氨水，强氧化剂依次加入Ce(NO₃)₃溶液中，搅拌均匀，将织物放入溶液中，浸渍10-120分钟，取出织物，80-180度烘干1-5分钟，即可得到耐水洗抗紫外织物。但由于Ce(NO₃)₃有毒，对眼睛、皮肤粘膜和上呼吸道有刺激作用，并且成本比较高，因此不适宜大量使用。

本专利利用微波加热法合成纳米ZnO组装的棉纤维，ZnO粒子生长于棉纤维的中腔和纤维间的网络结构中，制备过程简单，节约成本，ZnO附着力高，耐水洗性强，具有很高的理论研究价值和市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于采用微波加热处理棉纤维的方法，在棉纤维上组装上ZnO、TiO₂或Ag等无机粒子，制备出一种具有良好抗紫外、抗菌及其耐水洗性的棉纤维，扩宽棉纤维的应用领域。

本发明包括以下三个步骤：

(1)锌氨溶液的配制

取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液，将NaOH溶液缓慢加入到硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液中，不断搅拌，得到沉淀，经抽滤，清洗后得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25％的氨水，至沉淀全部溶解，溶液变澄清，得到锌氨溶液，将锌氨溶液物质的量浓度调至约为0.05～0.25mol/l；

(2)微波合成样品

取(1)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，先超声分散至棉纤维透明分散；将棉纤捞出挤干，微波下处理5～30分钟；

(3)清洗和干燥样品

将(2)中得到的自然棉用水清洗，用偏光显微镜观察，直至自然棉表面无ZnO小颗粒为止，挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置40～80℃，干燥2～12h，即得一系列纳米氧化锌组装棉纤样品。

本发明先进性在于：

ZnO、TiO₂或Ag等纳米粒子的使用赋予了纯棉纤维所不具有的抗菌杀菌，抗紫外线及其耐水洗等特性，极大的拓宽了棉纤维的应用领域。

附图说明：

附图1中，abc分别为实施例一、实施例二和实施例三所得的ZnO组装棉纤维的扫描电镜图片(a：0.05mol/L，b：0.1mol/L，c：0.15mol/L)，图中显示当浓度小于0.1mol/L时，氧化锌主要在棉纤维的微孔结构中合成，棉纤维的中腔未看到氧化锌纳米颗粒。当锌氨溶液的浓度为0.15mol/L时，组装后的棉纤维如图c所示，看到棉纤维的外表面，微孔结构以及中腔内部都有大量的氧化锌纳米晶。

附图2为实施例二ZnO组装棉纤的EDS图，其中C元素来自于纤维本身，Au元素来源于喷涂的薄膜。Zn原子和O原子的存在，证实了氧化锌纳米晶存在于棉纤维的细胞壁结构中，这与FESEM显示的内部结构结果一致。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

(1)锌氨溶液的配制

取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25％的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为0.05mol/l。

(2)微波合成样品

取(1)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为：2.8∶0.05∶0.5∶4。

(3)清洗和干燥样品

将(2)中自然棉用水清洗，用偏光显微镜观察，直至自然棉表面无ZnO为止，挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置50℃，干燥12h，即得纳米氧化锌组装棉纤样品。

实施例二：

(1)锌氨溶液的配制

取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25％的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为0.10mol/l。

(2)微波合成样品

取(1)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为：5.6∶0.1∶0.5∶4。

(3)清洗和干燥样品

实施例三：

(1)锌氨溶液的配制

取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25％的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为0.15mol/l。

(2)微波合成样品

取(1)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为：8.5∶0.15∶0.5∶4。

(3)清洗和干燥样品

Claims

1.一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)锌氨溶液的配制

(2)微波合成样品

(3)清洗和干燥样品

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉纤的质量比为：2.8～15∶0.05～0.15∶0.5∶4。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：微波处理功率为136～960w。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：棉纤组装的纳米ZnO也可以为TiO₂或Ag或是ZnO/TiO₂、ZnO/Ag和TiO₂/Ag等复合物。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所用的棉纤也可以为表面经过处理的棉织物、蚕丝及其蚕丝织物。