CN107503109A - 一种防紫外线棉布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防紫外线棉布及其制备方法，解决了目前的棉布紫外遮蔽能力不强且防晒涂层附着力差的技术问题，属于功能纺织材料技术领域。本发明的防紫外线棉布，依次由棉布、氧化锌涂层和二氧化钛涂层组成，其制备方法为：首先在棉布表面修饰一层氧化锌涂层，再将修饰后的棉布浸泡在乙酰丙酮双氧钛溶液中，经紫外光照射，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，在氧化锌涂层表面形成二氧化钛涂层，得到具有双涂层的防紫外线棉布。本发明利用室温紫外光固化方法制备防紫外线棉布，可以有效提高棉布的紫外线遮蔽能力，二氧化钛涂覆在氧化锌粒子的表面，可以增强氧化锌粒子在棉布表面的附着力，防止氧化锌被水分带走，延长防紫外线棉布在阴雨天的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于功能纺织材料技术领域，具体涉及一种防紫外线棉布及其制备方法。
背景技术
随着地球工业化进程的不断推进，大气层的臭氧层受到了一定破坏，开始出现臭氧空洞，臭氧层的减少导致了太阳光中的紫外线(ultravioletrays，简称UV))更多地照射到地球表面。紫外线分为长波紫外线(UV-A，波长320～400nm)、中波紫外线(UV-B，波长280～320nm)和短波紫外线(UV-C，波长200～280nm)。紫外线在日光中约占6％，其中UV-A的比例较大，UV-B比例较小，UV-B的作用是UV-A的1000倍。
日常生活中，紫外线容易伤害到人的皮肤，造成皮肤晒红、晒黑甚至是晒伤，人们通常会选择穿着舒适的棉纺织物，但棉布由于其本身质地的问题，并不能有效地阻挡紫外线，防晒能力有待加强。目前，能有效遮蔽紫外线的防晒涂层具有重要的应用价值，其中，有机类的防紫外线涂层通常会有一定的毒性，而且耐热性差，大大限制了涂层的应用范围；无机类防紫外线涂层不仅能够吸收紫外线，带隙宽，而且生物毒性小，耐热性好，分散均匀，因此在市场上的防晒用品中被广泛采用。
无机类防紫外线涂层通常使用氧化锌、二氧化钛等金属氧化物，但目前的二氧化钛浆料多采用高温合成的方法制得，再重新分散在溶剂中进行使用，方法复杂，耗费能量。此外，氧化锌纳米粒子也存在稳定性的问题，在长时间的紫外光照射下，氧化锌粒子容易不稳定，会逐渐从织物上脱落下来；同时考虑到洗涤也会减少衣物的寿命，尤其是防晒的效果，因此防晒涂层在织物上了附着力也是需要考虑的因素。
发明内容
本发明针对目前的棉布紫外遮蔽能力不强且防晒涂层附着力差的技术问题，提供了一种防紫外线棉布及其制备方法，采用该方法制备的棉布紫外遮蔽能力明显增强，而且提高了防晒涂层的附着力。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种防紫外线棉布，由下至上依次由棉布、氧化锌涂层和二氧化钛涂层组成，所述二氧化钛涂层是由乙酰丙酮双氧钛通过紫外光固化方法制得。
进一步地，所述二氧化钛涂层是由以下方法制得：将表面附着氧化锌涂层的棉布浸泡在0.05摩尔/每升～0.1摩尔/每升的乙酰丙酮双氧钛溶液5～15分钟，取出，采用波长365纳米的紫外线光照15分钟，所述紫外线的光照强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，并在氧化锌涂层表面形成二氧化钛涂层。
进一步地，上述二氧化钛涂层的厚度为80nm～150nm。
进一步地，上述表面附着氧化锌涂层的棉布的制备方法为：将清洁后的棉布浸泡在氧化锌溶胶中3～15分钟，取出20℃烘干，反复浸泡、烘干1～5次，使氧化锌纳米颗粒附着在棉布的表面，形成氧化锌涂层。
进一步地，上述氧化锌涂层的厚度为200nm～300nm。
进一步地，上述氧化锌溶胶的制备方法为：将5毫摩尔二水醋酸锌粉末溶解在50毫升乙醇中，80℃加热回流30分钟，得到澄清的醋酸锌的乙醇溶液，然后放出溶液24毫升，待溶液冷却，补加24毫升乙醇；再向溶液中加入7毫摩尔一水氢氧化锂粉末，在冰水浴条件下超声溶解，待粉末全部溶解后，将溶液过滤，得到氧化锌纳米颗粒，再将溶液80℃煮沸，冷却后得到澄清的氧化锌溶胶。
进一步地，所述棉布的清洁方法为：将棉布分别经过洗洁精超声清洗10分钟、超纯水超声清洗10分钟后，冲洗干净，用烘箱60℃烘干。
进一步地，上述棉布的厚度为0.3mm～0.6mm。
上述防紫外线棉布的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将棉布洗净并浸泡在氧化锌溶胶中3～15分钟，取出20℃烘干，反复浸泡、烘干1～5次，得到具有氧化锌涂层的棉布；
步骤2：将步骤1制得的具有氧化锌涂层的棉布置于0.05摩尔/每升～0.1摩尔/每升的乙酰丙酮双氧钛溶液中浸泡5～15分钟，取出，采用波长365纳米的紫外线光照15分钟，紫外线光照强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛并覆盖在氧化锌涂层表面，得到具有二氧化钛涂层和氧化锌涂层的双涂层的防紫外线棉布。
进一步地，步骤1中的氧化锌溶胶的制备方法为：将5毫摩尔二水醋酸锌粉末溶解在50毫升乙醇中，80℃加热回流30分钟，得到澄清的醋酸锌的乙醇溶液，然后放出溶液24毫升，待溶液冷却，补加24毫升乙醇；再向溶液中加入7毫摩尔一水氢氧化锂粉末，在冰水浴条件下超声溶解，待粉末全部溶解后，将溶液过滤，得到氧化锌纳米颗粒，再将溶液80℃煮沸，冷却后得到澄清的氧化锌溶胶。
与现有技术相比，本发明的技术效果为：
本发明首先在经过清洁处理的棉布表面修饰氧化锌纳米颗粒层，再将修饰后的棉布浸泡在乙酰丙酮双氧钛溶液中，利用紫外光固化的方法，乙酰丙酮双氧钛在室温紫外光的照射下分解成二氧化钛，二氧化钛包覆在氧化锌表面形成二氧化钛涂层，最终得到具有二氧化钛涂层和氧化锌涂层的双涂层的防紫外线棉布。在棉布表面修饰了能够吸收紫外线的无机金属氧化物(氧化锌和二氧化钛)，使棉布的紫外遮蔽能力明显增强。而且在氧化锌纳米颗粒表面添加了二氧化钛保护层之后，可以增强氧化锌粒子在棉布表面的附着力，防止氧化锌被水分带走，防晒棉布经过浸泡之后吸收紫外线效果依然良好，延长了防紫外线棉布在阴雨天的使用寿命。
与传统方法相比，本发明所制备二氧化钛保护层采用了利用室温紫外线光固化的方法，这样既可以避免高温加热的制备过程，又可以使二氧化钛紧密保护在氧化锌颗粒的表面，可以延长氧化锌涂层的使用寿命，提高耐磨度，该制备方法工艺简单，反应条件温和，适合低温制备防晒织物，具有实际应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为防紫外线棉布的结构示意图；
图2为防紫外线棉布的制备流程图；
图3为乙酰丙酮双氧钛紫外分解的红外图谱；
图4为乙酰丙酮双氧钛紫外光照后的电子能谱图；
图5为防紫外线棉布的紫外透过率图；
图6为防紫外线棉布水浸泡后在紫外线200～400纳米波段的透过率图。
附图标记说明：
1、棉布；2、氧化锌涂层；3、二氧化钛涂层；4、乙酰丙酮双氧钛样品A的红外吸收谱；5、乙酰丙酮双氧钛样品B的红外吸收谱；6、棉布的紫外透过率；7、具有氧化锌涂层的棉布的紫外透过率；8、具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布的紫外透过率；9、具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布在水中浸泡十分钟后的紫外透过率；10、具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布的紫外透过率。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例作进一步详细说明。
如图1所示，一种防紫外线棉布，依次由棉布1、氧化锌涂层2和二氧化钛涂层3组成，所述氧化锌涂层2的上表面涂覆二氧化钛涂层3，氧化锌涂层2的下表面粘附在棉布1表面。
如图2所示，上述防紫外线棉布的制备方法为：
首先在经过清洁处理的棉布1表面修饰氧化锌涂层2，再将修饰后的棉布浸泡乙酰丙酮双氧钛溶液中，并进行紫外光照射，乙酰丙酮双氧钛在紫外光的照射下分解成二氧化钛，二氧化钛包覆在氧化锌涂层表面形成二氧化钛涂层3，最终得到具备二氧化钛涂层和氧化锌涂层的双涂层的防紫外线棉布。
实施例1防紫外线棉布的制备
步骤1：氧化锌溶胶的制备：将1.1g二水醋酸锌粉末(阿拉丁公司订购，纯度99.99％)溶解在50毫升乙醇(阿拉丁公司订购，优级纯)中，用油浴加热锅80℃加热回流30分钟，得到澄清的醋酸锌的乙醇溶液，然后放出溶液24毫升，待溶液冷却，补加24毫升乙醇；再向溶液中加入0.294g一水氢氧化锂粉末(阿拉丁公司订购，纯度99.99％)，在0℃冰水浴条件下用超声清洗器隔水进行加速超声溶解，待粉末全部溶解后，将溶液用0.1微米滤头过滤，再滴加5滴水，将溶液80℃煮沸，冷却后得到澄清的氧化锌溶胶，氧化锌纳米颗粒大小为7纳米。
步骤2：选用日常使用的四十支数的普通棉布，棉布1的厚度为0.5mm，将棉布1分别经过洗洁精超声清洗10分钟、超纯水超声清洗10分钟后，冲洗干净，用烘箱60℃烘干备用。
步骤3：将步骤2的棉布浸泡在氧化锌溶胶中5分钟，取出20℃烘干，反复浸泡、烘干3次，在棉布表面形成氧化锌涂层2，得到的即为氧化锌纳米粒子修饰的棉布，氧化锌涂层2的厚度为250纳米。
步骤4：乙酰丙酮双氧钛溶液(西格玛-阿尔德里奇公司订购，质量分数75％)稀释到0.05摩尔/每升，将步骤3制得的棉布在0.05摩尔/每升乙酰丙酮双氧钛溶液中浸泡15分钟，取出，在波长365纳米的紫外光下光照15分钟，紫外线强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，二氧化钛包覆在氧化锌层表面形成二氧化钛涂层3，最终得到具备双涂层的防紫外线棉布，二氧化钛涂层3厚度为120纳米。
实施例2防紫外线棉布的制备
步骤1：氧化锌溶胶的制备方法如实施例1。
步骤2：选用日常使用的四十支数的普通棉布，棉布1的厚度为0.3mm，棉布清洗方法如实施例1。
步骤3：将步骤2的棉布浸泡在氧化锌溶胶中15分钟，取出20℃烘干，在棉布表面形成氧化锌涂层2，得到的即为氧化锌纳米粒子修饰的棉布，氧化锌涂层2的厚度为200纳米。
步骤4：乙酰丙酮双氧钛溶液(西格玛-阿尔德里奇公司订购，质量分数75％)稀释到0.1摩尔/每升，将步骤3制得的棉布在0.1摩尔/每升乙酰丙酮双氧钛溶液中浸泡5分钟，取出，在波长365纳米的紫外光下光照15分钟，紫外线强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，二氧化钛包覆在氧化锌层表面形成二氧化钛涂层3，最终得到具备双涂层的防紫外线棉布，二氧化钛涂层3厚度为150纳米。
实施例3防紫外线棉布的制备
步骤1：氧化锌溶胶的制备方法如实施例1。
步骤2：选用日常使用的四十支数的普通棉布，棉布1的厚度为0.6mm，棉布的清洗方法如实施例1。
步骤3：将步骤2的棉布浸泡在氧化锌溶胶中3分钟，取出20℃烘干，重复浸泡、烘干5次，在棉布表面形成氧化锌涂层2，得到的即为氧化锌纳米粒子修饰的棉布，氧化锌涂层2的厚度为300纳米。
步骤4：乙酰丙酮双氧钛溶液(西格玛-阿尔德里奇公司订购，质量分数75％)稀释到0.05摩尔/每升，将步骤3制得的棉布在0.05摩尔/每升乙酰丙酮双氧钛溶液中浸泡5分钟，取出，在波长365纳米的紫外光下光照15分钟，紫外线强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，二氧化钛包覆在氧化锌层表面形成二氧化钛涂层3，最终得到具备双涂层的防紫外线棉布，二氧化钛涂层3厚度为80纳米。
实施例4乙酰丙酮双氧钛在紫外光照前后的红外吸收测试
测试方法：将乙酰丙酮双氧钛溶液(西格玛-阿尔德里奇公司订购，质量分数75％)稀释到0.05摩尔/每升，将氟化钙衬底清洗干净，取50微升0.05摩尔/每升的乙酰丙酮双氧钛溶液滴加在衬底上，使用旋涂机，选择转速3000转/分钟，时间20秒，旋涂法制备两个薄膜样品A和B。然后将样品A放在波长365纳米的紫外光(紫外线强度18毫瓦/每平方厘米)下光照15分钟，样品B不光照。用红外吸收光谱仪对两个样品进行透过光谱测试。
测试结果如图3所示，乙酰丙酮双氧钛样品B的红外吸收谱5，在波长1000纳米～2000纳米之间具有明显的红外吸收峰，乙酰丙酮双氧钛样品A的红外吸收谱4，在波长1000纳米～2000纳米之间的主要的吸收峰消失，说明乙酰丙酮双氧钛在紫外光照下有机物发生了分解。
实施例5乙酰丙酮双氧钛紫外光照后的电子能量测试
测试方法：用红外吸收光谱仪对实施例4的样品A进行X射线光电子能谱测试。
测试结果如图4所示，乙酰丙酮双氧钛样品A在紫外光照后，只有四价钛的峰位，没有出现其他价态的峰位，证明乙酰丙酮双氧钛紫外光照只有在458.7eV处出现了峰位，属于四价钛。而二价钛所在的455.1eV、三价钛的457.8eV峰位均没有出现，证明乙酰丙酮双氧钛紫外光照后分解只形成四价钛，即分解产物只有二氧化钛，没有其他价态的氧化物。
实施例6防紫外线棉布紫外线透过率测试
测试方法：取实施例2制备的防紫外线棉布，进行紫外-可见吸收光谱测试。
测试结果如图5所示，在紫外线200纳米～400纳米波段，棉布的紫外透过率6高达60％，具有氧化锌涂层的棉布的紫外透过率7降低到20％以下，具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布的紫外透过率8降低到5％以下，平均透过率只有3.9％，说明二氧化钛涂层和氧化锌涂层同时作为防紫外涂层，可以有效提高棉布的紫外遮蔽能力。
实施例7防紫外线棉布紫外线透过率测试
测试方法：取实施例3制备的防紫外线棉布，浸泡在水中十分钟，取出烘干，进行紫外-可见吸收光谱测试。
测试结果如图6所示，在紫外线200～400纳米波段，具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布在水中浸泡十分钟后的紫外透过率9仍然只有6％，与浸泡前的具有氧化锌涂层和二氧化钛涂层的棉布的紫外透过率10相比，紫外透过率并没有明显升高，说明二氧化钛涂层3的包覆能够增强氧化锌涂层2在棉布1表面的附着力，防止氧化锌被水分带走，可以延长防紫外线棉布在阴雨天的使用寿命。
显然，上述实施方式仅仅是为了清楚的说明所作的举例，在上述说明的基础上还可以做出其他形式的变动或变化。因此，由此所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防紫外线棉布，其特征在于，由下至上依次由棉布、氧化锌涂层和二氧化钛涂层组成，所述二氧化钛涂层是由乙酰丙酮双氧钛通过紫外光固化方法制得。
2.根据权利要求1所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述二氧化钛涂层是由以下方法制得：将表面附着氧化锌涂层的棉布浸泡在0.05摩尔/每升～0.1摩尔/每升的乙酰丙酮双氧钛溶液5～15分钟，取出，采用波长365纳米的紫外线光照15分钟，所述紫外线的光照强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛，并在氧化锌涂层表面形成二氧化钛涂层。
3.根据权利要求1或2所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述二氧化钛涂层的厚度为80nm～150nm。
4.根据权利要求2所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述表面附着氧化锌涂层的棉布的制备方法为：将清洁后的棉布浸泡在氧化锌溶胶中3～15分钟，取出20℃烘干，反复浸泡、烘干1～5次，使氧化锌纳米颗粒附着在棉布的表面，形成氧化锌涂层。
5.根据权利要求1或4所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述氧化锌涂层的厚度为200nm～300nm。
6.根据权利要求4所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述氧化锌溶胶的制备方法为：将5毫摩尔二水醋酸锌粉末溶解在50毫升乙醇中，80℃加热回流30分钟，得到澄清的醋酸锌的乙醇溶液，然后放出溶液24毫升，待溶液冷却，补加24毫升乙醇；再向溶液中加入7毫摩尔一水氢氧化锂粉末，在冰水浴条件下超声溶解，待粉末全部溶解后，将溶液过滤，得到氧化锌纳米颗粒，再将溶液80℃煮沸，冷却后得到澄清的氧化锌溶胶。
7.根据权利要求4所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述棉布的清洁方法为：将棉布分别经过洗洁精超声清洗10分钟、超纯水超声清洗10分钟后，冲洗干净，用烘箱60℃烘干。
8.根据权利要求1、2、4或7所述的防紫外线棉布，其特征在于，所述棉布的厚度为0.3mm～0.6mm。
9.防紫外线棉布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将棉布洗净并浸泡在氧化锌溶胶中3～15分钟，取出20℃烘干，反复浸泡、烘干1～5次，得到具有氧化锌涂层的棉布；
步骤2：将步骤1制得的具有氧化锌涂层的棉布置于0.05摩尔/每升～0.1摩尔/每升的乙酰丙酮双氧钛溶液中浸泡5～15分钟，取出，采用波长365纳米的紫外线光照15分钟，紫外线光照强度为18毫瓦/每平方厘米，乙酰丙酮双氧钛分解成二氧化钛并覆盖在氧化锌涂层表面，得到具有二氧化钛涂层和氧化锌涂层的双涂层的防紫外线棉布。
10.根据权利要求9所述的防紫外线棉布的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的氧化锌溶胶的制备方法为：将5毫摩尔二水醋酸锌粉末溶解在50毫升乙醇中，80℃加热回流30分钟，得到澄清的醋酸锌的乙醇溶液，然后放出溶液24毫升，待溶液冷却，补加24毫升乙醇；再向溶液中加入7毫摩尔一水氢氧化锂粉末，在冰水浴条件下超声溶解，待粉末全部溶解后，将溶液过滤，得到氧化锌纳米颗粒，再将溶液80℃煮沸，冷却后得到澄清的氧化锌溶胶。
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