CN103806262A - 一种自清洁羊毛面料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：将钛酸四异丙酯、二乙醇胺和无水乙醇混合，加入酒精，搅拌，形成TiO₂溶胶；将浓氨水、乙醇和去离子水混合，加入正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液，室温下反应1-3小时形成SiO₂溶胶将TiO₂溶胶和SiO₂溶胶混合，得到TiO₂／SiO₂混合溶胶；将羊毛面料去杂质，用非离子洗涤剂清洗，然后预氧化，再用Savinase蛋白酶处理；将处理后的羊毛面料浸渍在TiO₂／SiO₂混合溶胶中，采用二浸二轧工艺，干燥，固化；使用长链烷基硅烷配制有机硅烷改性溶液，将羊毛面料浸渍在有机硅烷改性溶液中，自然晾干，得到自清洁羊毛面料。本发明制备方法，所得自清洁羊毛面料，自清洁效果好，效果持久。制备方法可适用于工业化生产。

Description

一种自清洁羊毛面料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种自清洁羊毛面料的制备方法，属于纺织面料后整理领域。

背景技术

在日常生活中，衣服难免会沾油、咖啡、灰尘等污渍。这些污渍即影响衣服的正常使用，也为微生物提供了繁殖的环境。所以随着生活节奏的加快，以及追求高质量生活的要求，具有自清洁能力的纺织品应运而生。

目前，根据不同机理，开发自清洁纺织品的途径主要有两种：一是超疏水表面整理，二是光催化整理。

超疏水整理系模拟荷叶效应，以获得不被浸湿的纤维表面，水珠在纤维表面滚动，将其灰尘和污垢卷走，属于仿生整理。主要原理是在织物表面构造纳米级的突起和表面修饰低表面能物质。构造纳米级突起主要使用SiO₂微球，低表面能物质主要包括含氟化合物、长链烷基硅烷和长链羧酸分子。但是含氟整理剂对环境和人体产生的危害是不容忽视的。

光催化是指在有光参与的情况下，发生在催化剂及表面吸附物多相之间的一种光化学反应，是光和催化剂同时作用下进行的化学反应。反应中的催化剂常称为光触媒，是一种在光的照射下，自身不起变化却可促进化学反应的物质，是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量来产生催化作用，使周围的氧气及水分子激发成具有极强氧化力的自由基，在常温、常压下可把许多对人体和环境有害的且难以降解的有机物彻底氧化为对环境无害的小分子。目前研究过的用于光催化的催化剂有TiO₂、ZnO、CdS、ZnS、Fe₂O₃、SnO₂等，由于TiO₂催化活性高、化学性质稳定、价格低廉且使用安全无毒，因而被广泛使用。TiO₂溶胶整理的织物，需要极其苛刻的光线强度才能触发光催化反应，但是过强的光线又会损伤皮肤。因此，可以将TiO₂和SiO₂混合整理织物，使织物在弱光下表现超疏水，强光下表现光催化，使织物具有更加突出的自清洁效果。

由于羊毛的低化学(羊毛表面官能团比棉纤维少50％)和热力阻碍，给羊毛与纳米颗粒的结合带来了困难。通过蛋白酶处理，既可以增加纤维表面的官能团的数量，提高与纳米颗粒的结合增加自清洁效果，又是一种具有产业化可行性的方法。

因此，有必要改善目前研发自清洁羊毛面料的方法，既要有效的提高自清洁效果，又要保证绿色环保，对人体无害。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高自清洁效果且绿色环保的羊毛面料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将质量分数为70％-99％的钛酸四异丙酯、二乙醇胺和无水乙醇混合，室温下搅拌0.5-1.5小时，然后再以2～3滴／秒的速度加入体积分数为60-90％的酒精，室温下搅拌0.5-1.5小时，形成TiO₂溶胶；

第二步：将质量分数为10％-40％的浓氨水、乙醇和去离子水混合，室温下搅拌0.5-1.5小时，然后加入正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液，0.5-1.5分钟后，将搅拌速度降低，室温下继续反应1-3小时形成SiO₂溶胶；

第三步：将TiO₂溶胶和SiO₂溶胶，按照Ti／Si摩尔比为3∶7～1∶1混合，搅拌0.5-1.5小时，得到TiO₂／SiO₂混合溶胶；

第四步：将羊毛面料去杂质，用非离子洗涤剂清洗，然后用质量分数为20-40％的双氧水在50-70℃预氧化20-40分钟，再用1％-8％(owf)Savinase蛋白酶在50-70℃下处理0.5-1.5小时；

第五步：将第四步处理后的羊毛面料浸渍在第三步得到的TiO₂／SiO₂混合溶胶中，采用二浸二轧工艺，然后在70-90℃下干燥3-8分钟后，在100-150℃下固化1-5分钟；

第六步：使用长链烷基硅烷配制质量分数为4％～10％的有机硅烷改性溶液，将第五步处理后的羊毛面料浸渍在有机硅烷改性溶液处理1-15个小时，然后取出在室温下自然晾干，得到自清洁羊毛面料。

优选地，所述第一步中的质量分数为70％-99％的钛酸四异丙酯、二乙醇胺和无水乙醇的体积比为1∶0.2～0.8∶3～5。

优选地，所述第二步中将质量分数为10％-40％的浓氨水、乙醇和去离子水以体积比为1∶1.5～8.0∶0.5～3.0混合。

优选地，所述第二步中的正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液中，正硅酸乙酯和乙醇的体积比例为1∶5～15。

优选地，所述第二步中所用的质量分数为10％-40％的浓氨水与正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液的体积比为1∶5～10。

优选地，所述第四步中的非离子洗涤剂为3％(owf)Sandoclean PC或KieralonOL，所述的清洗在超声波作用下进行，清洗时间为1小时。

优选地，所述第五步中的中轧机的压力为3～5kg／cm²，转速为4～6rpm。

优选地，所述第六步中的长链烷基硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷；所述的有机硅烷改性溶液的配制方法为：将十二烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷加入乙醇中，然后加入冰醋酸和去离子水，在室温下搅拌0.5-1.5小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用酶处理增加纤维表面的官能团，增强纳米颗粒与纤维的结合牢度，提高面料的自清洁效率和自清洁持久性。

2、使用TiO₂／SiO₂混合溶胶的协同作用，同时利用超疏水机理和光催化机理，显著提高不同光照条件下羊毛面料的自清洁效率。

3、在保持羊毛优异品质的同时，提高羊毛及其混纺产品的附加值，同时该方法具有产业化可行性。

附图说明

图1为本发明配制混合溶胶整理羊毛织物的工艺示意图；

图2为本发明在混合溶胶整理后接枝十二烷基三甲氧基硅烷的工艺示意图；

图3为本发明实施例1中自清洁羊毛面料在强光下不同时间分解咖啡渍的情况；

图4为本发明实施例2中自清洁羊毛面料在强光下不同时间分解咖啡渍的情况；

图5为本发明实施例1中自清洁羊毛面料与水的接触角；

图6为本发明实施例2中自清洁羊毛面料与水的接触角。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种自清洁羊毛面料的制备方法，具体步骤为：

(1)制备TiO₂／SiO₂混合溶胶：

如图1所示，将8ml质量分数为97％的钛酸四异丙酯、4ml二乙醇胺和24ml无水乙醇混合，室温下以800rmp的搅拌速度搅拌1小时，然后再以2滴／秒的速度加入14ml的体积分数为75％酒精，室温下搅拌1小时形成稳定透明的TiO₂溶胶；其具体反应如下：

1)水解反应

Ti{OCH(C₂H₃)₂}₄+nH₂O→Ti{OCH(C₂H₃)₂}_4-n(OH)_n+n(C₂H₃)₂CHOH(n=1，2，3，4)

2)聚合反应

{(C₂H₃)₂CHO}₃Ti-OH+HO-Ti{OCH(C₂H₃)₂}₃→H₂O+

{(C₂H₃)₂CHO}₃Ti-O-Ti{OCH(C₂H₃)₂}₃

{(C₂H₃)₂CHO}₃Ti-OCH(C₂H₃)₂+HO-Ti{OCH(C₂H₃)₂}₃→

{(C₂H₃)₂CHO}₃Ti-O-Ti{OCH(C₂H₃)₂}₃+(C₂H₃)₂CHOH

3)溶胶过程的后期，生成的TiO₂溶胶分子间进一步缩聚，并脱去H₂O分子

或醇分子，便构造成网络状态的凝胶。

将4.5ml质量分数为28％的浓氨水、8ml乙醇、13.5ml去离子水混合室温下以1100rmp的搅拌速度搅拌1小时，然后快速加入2ml正硅酸乙酯和20ml乙醇的混合溶液，1分钟后，将搅拌速度降低到400rmp，室温下继续反应2小时形成SiO₂溶胶；其反应方程式如下：

1)水解反应

Si(OC₂H₅)₄+4H₂O→Si(OH)₄+4C₂H₅OH

2)聚合反应

3)反应过程中前两步同时进行，前两步所形成的低聚合物进行聚合形成硅三维网络结构。

将上述步骤得到的TiO₂溶胶和SiO₂溶胶，按照Ti／Si摩尔比为1∶1混合，搅拌1小时，得到TiO₂／SiO₂混合溶胶。

(2)羊毛预处理

将5×5cm，克重为200g／cm²的纯羊毛面料去杂质，用非离子洗涤剂3％(owf)Sandoclean PC在40℃下清洗30分钟，然后用质量分数为30％的双氧水在60℃预氧化30分钟，再用5％(owf)Savinase蛋白酶在60℃下处理1小时。

(3)溶胶整理

酶处理后的羊毛面料浸渍在TiO₂／SiO₂混合溶胶中，采用二浸二轧工艺，轧机的压力为3kg/cm²，转速为6rpm，然后在80℃烘箱干燥5分钟后，在烘箱120℃固化3分钟。

(4)改性溶液处理

如图2所示，将2ml十二烷基三甲氧基硅烷加入到20ml乙醇中，然后加入2ml冰醋酸和2ml去离子水，在室温下搅拌1小时，得到质量分数为9％的机硅烷改性溶液。将处理后的羊毛面料浸渍在有机硅烷改性溶液处理1小时，然后取出在室温下自然晾干，得到自清洁羊毛面料。得到的自清洁羊毛面料在强光下0小时，5小时，10小时，15小时后分解咖啡渍的情况如图3所示。得到的自清洁羊毛面料的水接触角在152°，如图5所示。

实施例2

(1)制备TiO₂／SiO₂混合溶胶

将8ml质量分数为95％的钛酸四异丙酯、1.6ml二乙醇胺和36ml无水乙醇混合室温下以800rmp的搅拌速度搅拌一个小时，然后再以3滴／秒的速度加入体积分数为14ml的75％酒精，室温下搅拌1小时形成稳定透明的TiO₂溶胶；将4ml质量分数为28％的浓氨水、25ml乙醇、1.5ml去离子水混合室温下以1100rmp的搅拌速度搅拌一个小时，然后快速加入2.25ml正硅酸乙酯和25ml乙醇的混合溶液，1分钟后，将搅拌速度降低到400rmp，室温下继续反应2小时形成SiO₂溶胶；将上述步骤得到的TiO₂溶胶和SiO₂溶胶，按照Ti／Si摩尔比为3∶7，混合搅拌1小时，得到TiO₂／SiO₂混合溶胶。

(2)羊毛预处理

将5×5cm，克重为200g／cm²的纯羊毛面料去杂质，用非离子洗涤剂3％(owf)Kieralon OL在40℃下在超声波作用下进行清洗30分钟，然后用质量分数为30％的双氧水在60℃预氧化30分钟，再用5％(owf)Savinase蛋白酶在60℃下处理1小时。

(3)溶胶整理

酶处理后的羊毛面料浸渍在TiO₂／SiO₂混合溶胶，采用二浸二轧工艺，轧机的压力为5kg/cm²，转速为4rpm，然后在80℃下干燥5分钟后，在120℃下固化3分钟。

(4)改性溶液处理

将1.5ml十六烷基三甲氧基硅烷加入到20ml乙醇中，然后加入2ml冰醋酸和2ml去离子水，在室温下搅拌1小时，得到质量分数为9％的机硅烷改性溶液。处理后的羊毛面料浸渍在有机硅烷改性溶液处理1小时，然后取出在室温下自然晾干，得到自清洁羊毛面料。得到的自清洁羊毛面料在强光下0小时，5小时，10小时，15小时后分解咖啡渍的情况如图4所示。所制得的自清洁羊毛面料的水接触角为156°，如图6所示。

Claims (8)

1.一种自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将质量分数为70％-99％的钛酸四异丙酯、二乙醇胺和无水乙醇混合，室温下搅拌0.5-1.5小时，然后再以2～3滴／秒的速度加入体积分数为60-90％的酒精，室温下搅拌0.5-1.5小时，形成TiO₂溶胶；

第二步：将质量分数为10％-40％的浓氨水、乙醇和去离子水混合，室温下搅拌0.5-1.5小时，然后加入正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液，0.5-1.5分钟后，将搅拌速度降低，室温下继续反应1-3小时形成SiO₂溶胶；

第三步：将TiO₂溶胶和SiO₂溶胶，按照Ti／Si摩尔比为3∶7～1∶1混合，搅拌0.5-1.5小时，得到TiO₂／SiO₂混合溶胶；

第四步：将羊毛面料去杂质，用非离子洗涤剂清洗，然后用质量分数为20-40％的双氧水在50-70℃预氧化20-40分钟，再用1％-8％(owf)Savinase蛋白酶在50-70℃下处理0.5-1.5小时；

第五步：将第四步处理后的羊毛面料浸渍在第三步得到的TiO₂／SiO₂混合溶胶中，采用二浸二轧工艺，然后在70-90℃下干燥3-8分钟后，在100-150℃下固化1-5分钟；

第六步：使用长链烷基硅烷配制质量分数为4％～10％的有机硅烷改性溶液，将第五步处理后的羊毛面料浸渍在有机硅烷改性溶液处理1-15个小时，然后取出在室温下自然晾干，得到自清洁羊毛面料。

2.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第一步中的质量分数为70％-99％的钛酸四异丙酯、二乙醇胺和无水乙醇的体积比为1∶0.2～0.8∶3～5。

3.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第二步中将质量分数为10％-40％的浓氨水、乙醇和去离子水以体积比为1∶1.5～8.0∶0.5～3.0混合。

4.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第二步中的正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液中，正硅酸乙酯和乙醇的体积比例为1∶5～15。

5.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第二步中所用的质量分数为10％-40％的浓氨水与正硅酸乙酯和乙醇的混合溶液的体积比为1∶5～10。

6.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第四步中的非离子洗涤剂为3％Sandoclean PC或Kieralon OL，所述的清洗在超声波作用下进行，清洗时间为1小时。

7.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第五步中的中轧机的压力为3～5kg／cm²，转速为4～6rpm。

8.如权利要求1所述的自清洁羊毛面料的制备方法，其特征在于，所述第六步中的长链烷基硅烷为十二烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷；所述的有机硅烷改性溶液的配制方法为：将十二烷基三甲氧基硅烷或十六烷基三甲氧基硅烷加入乙醇中，然后加入冰醋酸和去离子水，在室温下搅拌0.5-1.5小时。

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