CN104726833A - 一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，属于纺织加工领域。本发明是通过磁控溅射技术分别将纳米银、纳米氧化锌和纳米二氧化钛颗粒先后溅射到织物基材上，形成均匀的纳米复合薄膜，最终得到抗紫外线面料。本发明的新型抗紫外线纺织面料，制备方法简单易操作、成本低、无污染，具有较高的化学稳定性和热稳定性，且无味、无毒、无刺激性，使用安全，尤其是其吸收紫外线能力强，对UV-A区和UV-B区紫外线都有屏蔽作用，紫外线吸收或反射率达到90％以上。另外，此面料对紫外线辐射不仅具有反射作用，而且还有特殊的选择、吸收性能，可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式，因此具有防暑、隔热、触感凉爽的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，属于纺织加工领域。
背景技术
紫外线是波长在200～400nm范围内的电磁波，波长400～320nm区域称UV-A；波长320～280nm区域称UV-B；波长280～200nm的区域称UV-C。UV-C波长较短，在空气中已被吸收，不能到达地球表面。紫外线在日光中约占6％，其中UV-A比例较大，UV-B比例较小。UV-A会透过表皮组织，使肌肉失去弹性，皮肤粗糙，形成皱纹。UV-B则和致癌物质有联系。
过强的太阳光紫外线照射对人体健康危害很大，除了涂抹防晒霜等护肤品外，目前开发有效屏蔽紫外线的功能性织物面料，已成为国际纺织业的热点。传统的抗紫外纺织品主要通过添加有机抗紫外添加剂共混熔融纺丝处理或进行表面整理得到，常用的抗紫外添加剂多为有机酚类化合物，它们长期使用后有分解失效可能，且容易产生化学性过敏，不同程度地存在毒性及刺激性等问题。
目前，国内外大多采用溶胶凝胶法和化学镀层法在纺织品表面制备抗紫外薄膜。前者制备方法简便易行，但薄膜不够致密均匀、附着力较弱、易脱落；后者在化学反应液中进行，会产生工业废水，造成环境污染。而磁控溅射法属于物理加工方法，不会产生污染，用该方法制备的薄膜均匀致密、性能优良，薄膜与基材附着牢靠，较前两种加工方法有明显的优势。
发明内容
针对现有技术的不足与缺点，本发明的目的是提供一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，要求其具有优良的抗紫外线性能，同时该制备方法简单易操作，便于工业化生产，能够满足生产和生活的需求。
本发明的技术方案是通过磁控溅射技术分别将纳米银、纳米氧化锌和纳米二氧化钛颗粒先后溅射到织物基材上，形成均匀的纳米复合薄膜，最终得到抗紫外线面料。具体步骤如下：
一、预处理
将织物基材放入丙酮溶液中，超声洗涤30～60min，去除织物表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入40～45℃的烘箱中烘干。
二、溅射
将预处理后的织物基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为40～100mm；为控制沉积基材的温度，避免由于高温而发生的基材变形，采用水冷装置冷却基材；为避免杂质颗粒落到基材表面，采用基材在上、靶材在下的结构，即由下向上的溅射方式；为保证溅射纳米薄膜的纯度，实验过程中先将反应室抽至本底真空，然后冲入高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：
(1)分别采用银靶、ZnO靶和TiO2靶作为靶材，采用间隔溅射制备复合薄膜，所述的靶材纯度为99.99％；
(2)溅射工艺条件为：首先溅射银靶时，溅射功率为20～80W，溅射时间为10～30min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；最后溅射TiO2靶时，溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，溅射气压为0.5～3Pa，气体流量为5～30mL／min。
所述的基材采用涤纶、丙纶、纯棉、涤棉混纺等织物面料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
(1)本发明的新型抗紫外线纺织面料，制备方法简单易操作、成本低、无污染，薄膜与基材结合牢度高，膜层分布均匀致密，附着力强，便于实现工业化生产。
(2)本发明的新型抗紫外线纺织面料，具有较高的化学稳定性和热稳定性，且无味、无毒、无刺激性，使用安全，尤其是其吸收紫外线能力强，对UV-A区和UV-B区紫外线都有屏蔽作用，紫外线吸收或反射率达到90％以上。另外，采用磁控溅射沉积薄膜所制成的抗紫外面料，对紫外线辐射不仅具有反射作用，而且还有特殊的选择、吸收性能，可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式，因此具有防暑、隔热、触感凉爽的性能。
附图说明
图1为本发明中制备的新型抗紫外线纺织面料的视频显微镜图。
具体实施方式
实施例1
(1)清洗：选用丙纶织物，将其放入丙酮溶液中，超声波洗涤40min，去除表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入45℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为60mm；采用水冷装置冷却基材；将反应室抽至本底真空，然后冲入体积分数为99.999％高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：首先溅射银靶，溅射功率为40W，溅射气压为2.8Pa，溅射时间为20min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为120W，溅射气压为0.5Pa，溅射时间为60min；最后溅射TiO2靶，溅射功率为60W，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为30min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，气体流量都为20mL／min。为使溅射出的粒子能均匀附着在基材上，样品架要以20r／min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪监测控制，溅射前预设薄膜厚度，到达设定厚度后机器报警，关机，取出样品，最后，得到具有抗紫外线性能的纳米复合薄膜结构的面料。
实施例2
(1)清洗：选用纯棉织物，将其放入丙酮溶液中，超声波洗涤35min，去除表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入45℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为70mm；采用水冷装置冷却基材；将反应室抽至本底真空，然后冲入体积分数为99.999％高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：首先溅射银靶，溅射功率为60W，溅射气压为1.5Pa，溅射时间为10min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为100W，溅射气压为1Pa，溅射时间为30min；最后溅射TiO2靶，溅射功率为80W，溅射气压为1Pa，溅射时间为30min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，气体流量都为20mL／min。为使溅射出的粒子能均匀附着在基材上，样品架要以20r／min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪监测控制，溅射前预设薄膜厚度，到达设定厚度后机器报警，关机，取出样品，最后，得到具有抗紫外线性能的纳米复合薄膜结构的面料。
实施例3
(1)清洗：选用涤纶织物，将其放入丙酮溶液中，超声波洗涤30min，去除表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入50℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为100mm；采用水冷装置冷却基材；将反应室抽至本底真空，然后冲入体积分数为99.999％高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：首先溅射银靶，溅射功率为80W，溅射气压为1.2Pa，溅射时间为20min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为100W，溅射气压为1.2Pa，溅射时间为20min；最后溅射TiO2靶，溅射功率为120W，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为40min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，气体流量都为25mL／min。为使溅射出的粒子能均匀附着在基材上，样品架要以20r／min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪监测控制，溅射前预设薄膜厚度，到达设定厚度后机器报警，关机，取出样品，最后，得到具有抗紫外线性能的纳米复合薄膜结构的面料。
实施例4
(1)清洗：选用纯棉织物，将其放入丙酮溶液中，超声波洗涤40min，去除表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入50℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为80mm；采用水冷装置冷却基材；将反应室抽至本底真空，然后冲入体积分数为99.999％高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：首先溅射银靶，溅射功率为80W，溅射气压为2Pa，溅射时间为30min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为120W，溅射气压为0.5Pa，溅射时间为30min；最后溅射TiO2靶，溅射功率为60W，溅射气压为0.5Pa，溅射时间为60min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，气体流量都为20mL／min。为使溅射出的粒子能均匀附着在基材上，样品架要以20r／min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪监测控制，溅射前预设薄膜厚度，到达设定厚度后机器报警，关机，取出样品，最后，得到具有抗紫外线性能的纳米复合薄膜结构的面料。
实施例5
(1)清洗：选用涤棉混纺织物，将其放入丙酮溶液中，超声波洗涤30min，去除表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入50℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为60mm；采用水冷装置冷却基材；将反应室抽至本底真空，然后冲入体积分数为99.999％高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：首先溅射银靶，溅射功率为80W，溅射气压为3Pa，溅射时间为30min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为100W，溅射气压为2Pa，溅射时间为30min；最后溅射TiO2靶，溅射功率为150W，溅射气压为2.8Pa，溅射时间为30min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，气体流量都为30mL／min。为使溅射出的粒子能均匀附着在基材上，样品架要以20r／min的速度旋转。薄膜厚度由膜厚仪监测控制，溅射前预设薄膜厚度，到达设定厚度后机器报警，关机，取出样品，最后，得到具有抗紫外线性能的纳米复合薄膜结构的面料。
Claims (4)
1.一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，其特征在于通过如下具体步骤制得：
(1)预处理：将织物基材放入丙酮溶液中，超声洗涤30～60min，去除织物表面的有机溶剂、灰尘等杂质，然后用去离子水反复冲洗后放入40～45℃的烘箱中烘干。
(2)溅射：将预处理后的织物基材放入溅射腔内的样品架上，靶材与织物基材的间距为40～100mm；为控制沉积基材的温度，避免由于高温而发生的基材变形，采用水冷装置冷却基材；为避免杂质颗粒落到基材表面，采用基材在上、靶材在下的结构，即由下向上的溅射方式；为保证溅射纳米薄膜的纯度，实验过程中先将反应室抽至本底真空，然后冲入高纯氩气作为溅射气体；具体溅射工艺参数如下：
1)分别采用银靶、ZnO靶和TiO2靶作为靶材，采用间隔溅射制备复合薄膜，所述的靶材纯度为99.99％；
2)溅射工艺条件为：首先溅射银靶时，溅射功率为20～80W，溅射时间为10～30min；接着溅射ZnO靶时，溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；最后溅射TiO2靶时，溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；溅射银靶、ZnO靶和TiO2靶时，溅射气压为0.5～3Pa，气体流量为5～30mL／min。
所述的基材采用涤纶、丙纶、纯棉、涤棉混纺等织物面料。
2.根据权利要求1所述的一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的靶材为银靶、ZnO靶与TiO2靶。
3.根据权利要求1所述的一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的银靶溅射功率为20～80W，溅射时间为10～30min；ZnO靶溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；TiO2靶溅射功率为60～150W，溅射时间为30～60min；溅射银靶、铜靶和TiO2靶时，溅射气压为0.5～3Pa，气体流量为5～30mL／min。
4.根据权利要求1所述的一种新型抗紫外线纺织面料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的基材采用涤纶、丙纶、纯棉、涤棉混纺等织物面料。
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