CN112323484A - 一种面料抗紫外线改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面料抗紫外线改性方法。抗紫外线改性采用化学沉积法在面料表面修饰了一层镍化合物，抗紫线机理为：表面修饰的NiOOH容易被还原成NiO，得到一个电子，空气中的氧分子从NiOOH的导带上吸附电子，在改性表面形成氧耗尽层(O‑ 2)，紫外光照射下，光会产生激子和空穴对。随后，光的空穴与氧耗尽层(O‑ 2)反应并释放氧分子。不断形成的氧耗尽层(O‑ 2)和空穴对的反应不断进行，有效地阻挡了紫外线。同时镍化合物不规则的生长在面料表面，促进了光的多重散射和反射现象，能够有效过滤紫外线照射。采用本发明抗紫外线改性方法制备得到的抗紫外线面料，紫外线透过率低，紫外防护因子高，具有优良抗紫外效果。
Description
技术领域
本发明属于面料改性技术领域，具体涉及一种面料抗紫外线改性方法。
背景技术
紫外线是大自然中激活生命体进行新陈代谢的一种很重要的因子，适量的紫外线照射对于人体是不可缺少的，有助于预防一些疾病及提高人体免疫力。而过量的紫外线照射则会对人体健康造成损害。过量照射紫外线则会对真皮和皮下组织造成损伤，导致皮肤变黑，加快皮肤老化，甚至可能导致引发皮肤瘤；过量的照射会导致皮肤晒伤，甚至引起基因突变，导致肿瘤的形成。
面料的紫外线防护机理为；当紫外线照射到织物上，一部分紫外线会被反射回入射面，一部分紫外线会被面料吸收，还有一部分紫外线则透过面料，一般来说，反射率+吸收率+透过率＝100％，因此提高面料的紫外线吸收率或反射率，可以使其透过率降低，从而提高其抗紫外性能。面料的抗紫外线整理，就是将具有紫外线屏蔽性能的整理剂，通过一定工艺条件，整理到面料表面，在面料表面形成一层紫外线防护膜，提高面料对紫外线的反射或吸收率，从而提高其抗紫外线性能。或者在纺丝原液中加入抗紫外线整理剂，制得具有抗紫外线功能的纤维，再制成面料，从而达到抗紫外线的效果。
目前制备抗紫外线面料的工艺通常是在面料工艺的基础上多加一道浸渍防紫外线整理剂工序，将面料浸入到防紫外线整理剂中，经过轧车压除多余溶液，即赋予了面料抗紫外线性能。
浸轧液由抗紫外线整理剂、柔软剂、树脂等组成。但是树脂易覆盖织物上的孔隙，对面料的透气性有一定的影响，且现有技术对面料的抗紫外线性能提升效果不佳。
因此，研究出一种简便且有效能够提高面料的抗紫外线性能且对对面料的透气性不大的加工工艺，十分有必要。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题：提供了一种面料抗紫外线改性方法。该面料通过化学沉积法表面修饰了一层含镍化合物。抗紫线机理为：表面修饰的NiOOH容易被还原成NiO，得到一个电子，空气中的氧分子从NiOOH的导带上吸附电子，在改性表面形成氧耗尽层(O- 2)，紫外光照射下，光会产生激子和空穴对。随后，光的空穴与氧耗尽层(O- 2)反应并释放氧分子。不断形成的氧耗尽层(O- 2)和空穴对的反应不断进行，有效地阻挡了紫外线。同时镍化合物不规则的生长在面料表面，促进了光的多重散射和反射现象，能够有效过滤紫外线照射。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种面料抗紫外线改性方法，包括以下步骤：
配制pH 8-9的NaOH水溶液，加热升高温度至80-95℃，再加入六水硫酸镍和结构导向剂，制备成前驱体溶液，将质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将面料按浴比为1：(10-20)加入溶液中，在溶液中浸渍3-5h后，捞出静置80-100h，最后放入70-90℃烘箱中干燥2-3h，即得抗紫外线面料。
优选地，所述质量分数为30％的氢氧化铵水溶液的加入量为每升水中加入1.0-2.0g。
优选地，所述结构导向剂为2,5-二羟基对苯二甲酸和/或过硫酸钾。
优选的，所述结构导向剂由2,5-二羟基对苯二甲酸和过硫酸钾按质量比(1-3)：(1-3)混合组成。
优选地，所述六水硫酸镍的加入量为每升水中加入1.0-2.0g。
优选地，所述结构导向剂的加入量为每升水中加入0.3-0.5g。
所述面料为涤纶、纯棉、丝绸、针织中任意一种。
2,5-二羟基对苯二甲酸作为结构导向剂，带有两个羟基和两个羧基基团。羧基可以与晶格表面的镍层结合，从而可以控制晶体的生长过程；羟基基团之间可以形成氢键，在空间结构上可以有效诱导晶体的生长方向；同时作为一种硬酸，能与镍离子形成配位，具有很强的结构导向作用。
过硫酸钾是一种强氧化剂和结构导向剂，能够让面料表面产生更多的活性位点，将漂白后的面料浸入前驱体溶液中，第一阶段前驱体溶液中的Ni2+离子与OH-离子结合，形成均匀的Ni(OH)2，带负电荷的面料纤维表面增强了与Ni2+离子的结合性质，Ni(OH)2生成的Ni核中心均匀分布在面料表面。第二阶段Ni(OH)2被氧化为NiOOH修饰在面料表面。
第一阶段发生的反应：
Ni2++2OH-→Ni(OH)2
第二阶段发生的反应：
2Ni(OH)2+S2O8 2-→2NiOOH+25O4 2-+2H+
本发明的有益效果：
本发明通过化学沉积法在面料表面修饰了一层含镍化合物，表面修饰的NiOOH容易被还原成NiO，得到一个电子，空气中的氧分子从NiOOH的导带上吸附电子，在改性表面形成氧耗尽层(O- 2)，紫外光照射下，光会产生激子和空穴对。随后，光的空穴与氧耗尽层(O- 2)反应并释放氧分子。不断形成的氧耗尽层(O-2)和空穴对的反应不断进行，有效地阻挡了紫外线。同时镍化合物不规则的生长在面料表面，促进了光的多重散射和反射现象，能够有效过滤紫外线照射。
具体实施方式
实施例中各原料来源：
面料原料，涤纶面料，成分及含量100％涤纶，纱支75D×150D，密度170T，购于绍兴春意居室用品有限公司。
六水硫酸镍，CAS：10101-97-0；购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
2,5-二羟基对苯二甲酸，CAS：610-92-4；购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
过硫酸钾，CAS：7727-21-1，购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1
一种面料抗紫外线改性方法，包括以下步骤：
配制100L、pH 8的NaOH水溶液，加热升高温度至90℃，再加入190g的六水硫酸镍和36g的结构导向剂，制备成前驱体溶液，加入100g的质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将面料按浴比为1：10加入溶液中，面料在溶液中浸渍4h后，捞出静置90h，最后放入80℃烘箱中干燥2h，即得抗紫外线面料。
所述结构导向剂为2,5-二羟基对苯二甲酸。
实施例2
一种面料抗紫外线改性方法，包括以下步骤：
配制100L、pH 8的NaOH水溶液，加热升高温度至90℃，再加入190g的六水硫酸镍和36g的结构导向剂，制备成前驱体溶液，加入100g的质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将面料按浴比为1：10加入溶液中，面料在溶液中浸渍4h后，捞出静置90h，最后放入80℃烘箱中干燥2h，即得抗紫外线面料。
所述结构导向剂为过硫酸钾。
实施例3
一种面料抗紫外线改性方法，包括以下步骤：
配制100L、pH 8的NaOH水溶液，加热升高温度至90℃，再加入190g的六水硫酸镍和36g的结构导向剂，制备成前驱体溶液，加入100g的质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将将面料按浴比为1：10加入溶液中，面料在溶液中浸渍4h后，捞出静置90h，最后放入80℃烘箱中干燥2h，即得抗紫外线面料。
所述结构导向剂由2,5-二羟基对苯二甲酸和过硫酸钾按质量比1：2混合组成。
对比例1
一种面料抗紫外线改性方法，包括以下步骤：
配制100L、pH 8的NaOH水溶液，加热升高温度至90℃，再加入190g的六水硫酸镍制备成前驱体溶液，加入100g的质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将面料按浴比为1：10加入溶液中，面料在溶液中浸渍4h后，捞出静置90h，最后放入80℃烘箱中干燥2h，即得抗紫外线面料。
对比例2
面料原料。
测试例1
抗紫外线性能测试：
抗紫外性能：采用UV-2000F型纺织品抗紫外因子测试仪测试实施例1-3及对比例1-2制备得到的面料的防紫外效果。根据GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》标准，在每个样品不同位置取5个点，测试其对波长为200-400nm的紫外光的透过率(TUVA)和紫外防护因子(UPF)为抗紫外性能的评价标准。
UVA的透过率小于5％时，才能称为“防紫外产品”，UPF值越高，表示防紫外性能越好，通常UPF值大于40时，表示织物具有优异的紫外防护性能。
表1各实施例及对比例的UPF值和紫外透过率：
| 实施/对比例 | UPF值 | 紫外透过率，％ |
| 实施例1 | 56 | 2.1 |
| 实施例2 | 67 | 1.7 |
| 实施例3 | 88 | 1.0 |
| 对比例1 | 45 | 3.8 |
| 对比例2 | 32 | 5.9 |
从表1中可以看出，实施例1-3的面料抗紫外线效果显著优于对比例2，其原因在于，实施例1-3对面料进行了抗紫外改性处理。通过化学沉积法修饰的NiOOH容易被还原成NiO，得到一个电子，空气中的氧分子从NiOOH的导带上吸附电子，在改性面料表面形成氧耗尽层(O- 2)，紫外光照射下，光会产生激子和空穴对。随后，光的空穴与氧耗尽层(O- 2)反应并释放氧分子。不断形成的氧耗尽层(O- 2)和空穴对的反应不断进行，有效地阻挡了紫外线。同时镍化合物不规则的生长在面料表面，促进了光的多重散射和反射现象，能够有效过滤紫外线照射。
实施例3的面料抗紫外线效果最好，其原因在于，抗紫外线改性过程中采用的结构导向剂由5-二羟基对苯二甲酸和过硫酸钾组成。2,5-二羟基对苯二甲酸作为结构导向剂，带有两个羟基和两个羧基基团。羧基可以与晶格表面的镍层结合，从而可以控制晶体的生长过程；羟基基团之间可以形成氢键，在空间结构上可以有效诱导晶体的生长方向；同时作为一种硬酸，能与镍离子形成配位，具有很强的结构导向作用。过硫酸钾是一种强氧化剂和结构导向剂，能够让面料表面产生更多的活性位点，将漂白后的面料浸入前驱体溶液中，第一阶段前驱体溶液中的Ni2+离子与OH-离子结合，形成均匀的Ni(OH)2，带负电荷的面料纤维表面增强了与Ni2+离子的结合性质，Ni(OH)2生成的Ni核中心均匀分布在面料表面。两种结构导向剂协同作用，促进镍化合物更好的在面料表面沉积。
测试例2：
力学性能测试
断裂强力：参考标准GB/T 24218.3-2010第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法。
实验设备：YG065H型电子织物强力仪；实验条件：在温度20±2℃，相对湿度65±3％的标准大气条件下调湿24h以上，测试在标况下进行；试样夹持距离为100mm，试样拉伸速度为100mm/min；试样大小：50mm×210mm；试样预加张力：2N(面密度≤200g/m2)测试环境：温度20±2℃，相对湿度65±3％。
表2各实施例及对比例的纵向断裂强力：
| 实施/对比例 | 纵向断裂强力，N |
| 实施例1 | 47.9 |
| 实施例2 | 48.2 |
| 实施例3 | 48.6 |
| 对比例1 | 48.4 |
| 对比例2 | 48.8 |
通过表2测试数据可以发现，本发明将面料经过抗紫外线改性后，其纵向断裂强力基本没有发生多大变化，面料仍然保持了较好的力学性能。
测试例3
透气性测试
测试方法：在500mL烧杯里加水300mL，加热至沸腾，改用微火，保持水温，然后将面料内层覆盖在杯口并用橡皮筋固定，然后在上方放置一块已知质量的镜子，镜子表面凝结水雾，10min后再次称取镜子质量，记录两次数值，差值越大说明面料的透气性越好。
表3各实施例及对比例的透气性：
| 实施/对比例 | 透气性，g |
| 实施例3 | 054 |
| 对比例2 | 0.56 |
通过表3测试数据可以发现，本发明将面料经过抗紫外线改性后，面料的透气性基本没有下降，面料仍然保持了较好的透气性能。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
配制pH 8-9的NaOH水溶液，加热升高温度至80-95℃，再加入六水硫酸镍和结构导向剂的，制备成前驱体溶液，将质量分数为30％的氢氧化铵水溶液加入制备好的前驱体溶液中，开始搅拌，溶液的颜色由浅绿色变为深蓝色，反应结束，然后将面料按浴比为1：(10-20)加入到溶液中，在溶液中浸渍3-5h后，捞出静置80-100h，最后放入70-90℃烘箱中干燥2-3h，即得抗紫外线面料。
2.根据权利要求1所述的一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，所述质量分数为30％的氢氧化铵水溶液的加入量为每升水中加入1.0-2.0g。
3.根据权利要求1所述的一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，所述结构导向剂为2,5-二羟基对苯二甲酸和/或过硫酸钾。
4.根据权利要求1所述的一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，所述六水硫酸镍的加入量为每升水中加入1.0-2.0g。
5.根据权利要求1所述的一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，所述结构导向剂的加入量为每升水中加入0.3-0.5g。
6.根据权利要求1所述的一种面料抗紫外线改性方法，其特征在于，所述面料为涤纶、纯棉、丝绸、针织中任意一种。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的改性方法制备得到的抗紫外线面料。
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