CN115506148B - 一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，所述方法是：首先，进行涤纶织物预处理，在涤纶表面引入乙烯基；其次，借助生物酶催化自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼，制备具有除甲醛功能的涤纶织物；再次，通过在涤纶表面原位还原沉积纳米银，赋予织物抗菌杀菌功能；最后，将涤纶织物进行遮光涂层加工，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。本发明借助生物法在涤纶表面接枝聚合形成具有甲醛去除功效的聚合物，结合纳米银原位沉积和涂层加工后，赋予复合材料除醛、抗菌和遮阳的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，属于功能材料加工技术领域。
背景技术
采用合成纤维为原料加工装饰用纺织品，结合整理后可制得多种型式的遮阳材料。这类复合材料不仅有较好的遮阳效果，同时具有装饰性的色泽或花型，近年来在家装窗帘、墙布、户外帐篷等领域得到广泛应用。采用纤维面料为基底的遮阳材料可采用多种方式加工，包括以合纤长丝为原料，通过双层组织织造；采用粘合剂将合成织物热熔粘合成多层材料；以合纤提花或色布为基材经涂层加工而成等。另一方面，随着人们生活水平提高，家居装修日趋高档化，若室内过度装修或建材（如油漆、板材和胶水等）选择不当，室内环境中产生高浓度甲醛（HCHO）污染物。甲醛是室内污染物中有毒有害物质之一，过高浓度的甲醛会对人体产生极大危害，使人产生呼吸困难等症状。因此，采用高效方法去除家居环境中的残留甲醛成为当务之急。既有的除醛方法中，除采用源头控制、通风换气净化外，结合物理或化学法除醛日益受到重视，成为功能性装饰产品开发及用于空气治理的研究热点。
吸附法是利用吸附介质具有发达孔隙结构的特点进行物理吸附，常用多孔吸附剂有活性炭、沸石和凹凸棒土等。这类吸附剂的原料来源广泛且制备简单，但由于每种吸附剂在使用中都会有自己的吸附极限值，即吸附剂并不能将甲醛分子锁定在孔隙结构上，当甲醛分子挣脱后还会造成室内环境二次污染。光催化氧化法是采用光催化剂在一定波长光的照射下，电子受到能量被激发的特性，使甲醛被氧化生成水和二氧化碳，这类催化剂中以纳米TiO2应用较多，其不足之处在于需要在光源刺激下才能产生甲醛消解效果，且紫外光对纤维有加速老化的不利影响。
基于上述目前现状，亟待开发一种新型除醛遮阳材料制备方法。与传统的物理法和化学法相比，生物法具有反应条件缓和、对纤维性能不利影响较小等优点。在生物酶的催化下，能在包括涤纶在内的纤维表面通过接枝聚合，形成具有牢固结合力的特定功能聚合物。具有除醛功能的聚合物与室内环境甲醛分子反应后，可实现无需紫外光引发下甲醛的去除。与此同时，若该复合材料同时具有抗菌效果，则能进一步提升其使用中的功能性。上述目标若能实现，则为开发和制备具有除醛抗菌的遮阳复合材料制备提供了新方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，旨在实现缓和条件下，借助生物法在涤纶表面接枝聚合形成具有甲醛去除功效的聚合物，结合纳米银原位沉积和涂层加工后，赋予复合材料除醛、抗菌和遮阳的功效。
本发明的第一个目的是提供一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，所述方法是：首先，进行涤纶织物预处理，在涤纶表面引入乙烯基；其次，借助生物酶催化自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼，制备具有除甲醛功能的涤纶织物；再次，通过在涤纶表面原位还原沉积纳米银，赋予织物抗菌杀菌功能；最后，将涤纶织物进行遮光涂层加工，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：
（1）涤纶织物预处理：通过烧碱处理涤纶，使纤维表面酯键水解产生羟基；再与含乙烯基的烷氧基硅烷接枝反应，在涤纶表面引入乙烯基；
（2）接枝聚甲基丙烯酰肼：经步骤（1）处理后的涤纶织物水洗后浸渍在甲基丙烯酰肼溶液中，借助辣根过氧化物酶催化乙烯基自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼；
（3）原位还原沉积纳米银：经步骤（2）处理后的涤纶织物水洗后，浸渍在硝酸银溶液中，借助聚甲基丙烯酰肼进行原位还原，在涤纶表面沉积纳米银；
（4）遮光涂层加工：经步骤（3）处理后的涤纶织物经水洗和干燥后，在涤纶织物背面涂布由聚丙烯酸酯类乳液、纳米二氧化钛乳液制备的涂层浆，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。
在本发明的一种实施方式中，所述烧碱处理的工艺处方及条件：烧碱 0.5~1.5 g/L，十二烷基二甲基苄基氯化铵0.1~0.5 g/L，80~90℃处理15~30 min。
在本发明的一种实施方式中，所述涤纶表面引入乙烯基的工艺处方及条件：含乙烯基的烷氧基硅烷：水：乙醇用量比为1：1：3~5，pH 9~10，25~40℃处理1~2小时。
在本发明的一种实施方式中，所述含乙烯基的烷氧基硅烷包括含乙烯基的三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷。
在本发明的一种实施方式中，所述涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼的处理工艺处方及条件：辣根过氧化物酶 2~10 U/mL，甲基丙烯酰肼3~6 g/L，pH 6~7，30~40℃处理2~4小时。
在本发明的一种实施方式中，所述涤纶表面沉积纳米银的处理工艺处方和条件：硝酸银 5~10 g/L，pH 4.5~7，80~90℃处理2~4小时。
在本发明的一种实施方式中，所述涤纶织物背面涂布所用的涂层浆组成为聚丙烯酸酯浆料体积分数70%~80%、二氧化钛浆料体积分数10~15%、硬脂酸铵乳液体积分数2.5%~5%、增稠剂5~10%；涂布后的焙烘条件：120~150℃，时间3~5 min。
本发明的第二个目的是提供一种应用上述方法制备具有除醛抗菌功能的遮阳材料。
本发明的第三个目的是提供一种上述方法制备的除醛抗菌遮阳材料的应用。
本发明的有益效果：
本发明先在涤纶织物表面引入乙烯基，再借助生物酶法在纤维表面通过接枝聚合，得到具有甲醛去除功能的聚甲基丙烯酰肼，然后再通过聚甲基丙烯酰肼对银离子的还原作用，在涤纶纤维沉积具有抗菌功效的纳米银，结合涂布由聚丙烯酸酯类乳液、纳米二氧化钛乳液制备的复合涂层浆，赋予涤纶基织物遮阳功能。与传统单一涤纶基遮阳材料借助于吸附法、光催化氧化法去除环境中甲醛相比，本发明述及的方法加工有以下优点：
（1）除甲醛效果明显：在涤纶织物表面通过接枝聚合，形成聚甲基丙烯酰肼大分子，其中每个酰肼基团均能与甲醛反应，较吸附法具有更有效的甲醛消解效果，避免了吸附法应用中甲醛易解吸附的不利影响。
（2）抗菌效果显著：涤纶纤维上接枝的聚甲基丙烯酰肼含有较多氨基，对银离子具有还原效果，能有利于在涤纶纤维表面通过原位还原形成纳米银粒子，赋予遮阳材料较好的抗菌杀菌效果。
（3）整理效果持久：与吸附法和光催化氧化法相比，本发明是在涤纶纤维表面、通过接枝聚合方式，形成了具有除甲醛功效聚甲基丙烯酰肼大分子，具有较高结合牢度，经水洗后涤纶遮阳材料仍有较好的甲醛去除效果，且抗菌杀菌效果持久。
（4）低能耗和低强损：本发明述及的方法制备遮阳材料在室温下即可实现甲醛去除和抗菌杀菌，避免了传统借助于紫外光催化氧化法除醛时能耗大、易造成纤维强力损伤等诸多不利的影响。
具体实施方式:
一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，是首先进行涤纶织物预处理，在涤纶表面引入乙烯基；其次，借助生物酶催化接枝聚合，在涤纶表面形成聚甲基丙烯酰肼，制备具有除甲醛功能的涤纶织物；再次，通过在涤纶织物原位还原表面沉积纳米银，赋予织物抗菌杀菌效果；最后，将涤纶织物进行单面遮光涂层加工，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。
经上述整理后，参照QB/T 2761-2006，测定所制备遮阳样品甲醛去除率（%）；参照GB/T 3923.1-2013测定遮阳材料经向的断裂强力，对比未整理织物的断裂强力计算强力变化率（%）；参照GB/T 20944.3-2008，测定试样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率（%），具体实施例如下：
实施例1：
以本发明述及的工艺与方法步骤（1）~（4）进行除醛抗菌遮阳材料制备。
（1）涤纶织物预处理：通过烧碱处理涤纶，使纤维表面酯键水解产生羟基；再与含乙烯基的烷氧基硅烷接枝反应，在涤纶表面引入乙烯基；烧碱处理的工艺处方及条件：烧碱0.5 g/L，十二烷基二甲基苄基氯化铵0.1 g/L，80℃处理15 min；涤纶表面引入乙烯基的工艺处方及条件：含乙烯基的三甲氧基硅烷：水：乙醇用量比为1：1：3，在pH 9和25℃条件下处理1小时；
（2）接枝聚甲基丙烯酰肼：经步骤（1）处理后的涤纶织物水洗后浸渍在甲基丙烯酰肼溶液中，借助辣根过氧化物酶催化乙烯基自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼；处理工艺处方及条件：辣根过氧化物酶 2 U/mL，甲基丙烯酰肼3 g/L，pH 6，30℃处理2小时；
（3）原位还原沉积纳米银：经步骤（2）处理后的涤纶织物水洗后，浸渍在硝酸银溶液中，借助聚甲基丙烯酰肼进行原位还原，在涤纶表面沉积纳米银，处理工艺处方和条件：硝酸银 5 g/L，pH 4.5，在80℃处理2小时。
（4）遮光涂层加工：经步骤（3）处理后的涤纶织物经水洗和干燥后，在涤纶织物背面涂布涂层浆，涂层浆组成为聚丙烯酸酯浆料体积分数70%，二氧化钛浆料体积分数15%，硬脂酸铵乳液体积分数5%，增稠剂10%；涂布后的在120℃焙烘5 min。
实施例2：
以本发明述及的工艺与方法步骤（1）~（4）进行除醛抗菌遮阳材料制备。
（1）涤纶织物预处理：通过烧碱处理涤纶，使纤维表面酯键水解产生羟基；再与含乙烯基的烷氧基硅烷接枝反应，在涤纶表面引入乙烯基；烧碱处理的工艺处方及条件：烧碱1.5 g/L，十二烷基二甲基苄基氯化铵0.5 g/L，90℃处理30 min；涤纶表面引入乙烯基的工艺处方及条件：含乙烯基的三乙氧基硅烷：水：乙醇用量比为1：1：5，在pH 10和40℃处理2小时；
（2）接枝聚甲基丙烯酰肼：经步骤（1）处理后的涤纶织物水洗后浸渍在甲基丙烯酰肼溶液中，借助辣根过氧化物酶催化乙烯基自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼；处理工艺处方及条件：辣根过氧化物酶 10 U/mL，甲基丙烯酰肼6 g/L，在pH 7和40℃处理4小时；
（3）原位还原沉积纳米银：经步骤（2）处理后的涤纶织物水洗后，浸渍在硝酸银溶液中，借助聚甲基丙烯酰肼进行原位还原，在涤纶表面沉积纳米银，处理工艺处方和条件：硝酸银 10 g/L，在pH 7和90℃处理4小时。
（4）遮光涂层加工：经步骤（3）处理后的涤纶织物经水洗和干燥后，在涤纶织物背面涂布涂层浆，涂层浆组成为聚丙烯酸酯浆料体积分数80%，二氧化钛浆料体积分数10%，硬脂酸铵乳液体积分数2.5%，增稠剂7.5%，涂布后的焙烘条件为150℃，时间3 min。
对比例1：
将实施例1中不经过步骤（1）~（3）处理，其他条件或者参数与实施例1一致。
对比例2：
将实施例1中不经过步骤（3）处理，其他条件或者参数与实施例1一致。
对比例3：
将实施例1中不经过步骤（1）~（2）处理，其他条件或者参数与实施例1一致。
对比例4：
将实施例1中不经过步骤（1）处理，其他条件或者参数与实施例1一致。
对比例5：
将实施例2中不经过步骤（1）~（3）处理，其他条件或者参数与实施例2一致。
对比例6：
将实施例2中不经过步骤（3）处理，其他条件或者参数与实施例2一致。
对比例7：
将实施例2中不经过步骤（1）~（2）处理，其他条件或者参数与实施例2一致。
对比例8：
将实施例2中不经过步骤（1）处理，其他条件或者参数与实施例2一致。
对实施例1~2和对比例1~8中试样的甲醛去除率、经向强力变化率、对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率，得到表1数据。
表1
由表1可知：
a.经本发明述及的方法整理的试样（实施例1、实施例2）具有较好的甲醛去除效果，与未整理织物相比，试样强力也有增加，对金黄色葡萄球菌/大肠杆菌有较高的抑菌率，表明在纤维上引入乙烯基，有利于酶催化接枝聚合，形成除醛效果优良的聚甲基丙烯酰肼聚合物，促进了后续原位沉积纳米银沉积。由此可见，以本发明述及的方法进行除醛抗菌遮阳材料制备，取得了较好的整理效果。
b. 不经过步骤（1）~（3）处理的试样（对比例1、对比例5）除醛效果和抗菌效果均较差，表明未经整理的涤纶织物此方面的功能性较差。
c. 不经过步骤（3）处理的试样（对比例2、对比例6）除醛效果较好，但抗菌效果较差，表明涤纶表面仅接枝聚甲基丙烯酰肼，并不能赋予复合材料抗菌效果。
d. 不经过步骤（1）~（2）处理试样（对比例3、对比例7）的除醛效果较差，其原因在于纤维表面未接枝聚甲基丙烯酰肼，试样的抗菌率也较低，表明涤纶表面接枝的聚甲基丙烯酰肼能利于纳米银沉积。
e. 不经过步骤（1）处理的试样（对比例4、对比例8）的除醛效果不理想，其原因涤纶纤维表面未引入乙烯基，不利于酶促涤纶纤维接枝聚合形成聚甲基丙烯酰肼，从而导致除醛效果不理想，随之纤维表面纳米银的沉积效果也较差。
以上对比例1~8与未处理的织物相比，其强力均有所增加，表明涤纶织物表面涂层整理后利于力学性能的改善。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
本发明公开了一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，属于功能材料加工技术领域。旨在通过涤纶织物预处理，在涤纶表面引入乙烯基；借助生物酶催化自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼，制备具有除甲醛功能的涤纶织物；通过在涤纶表面原位还原沉积纳米银，赋予织物抗菌杀菌功能；最后将涤纶织物进行遮光涂层加工，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。具体工艺步骤包括：（1）涤纶织物预处理；（2）接枝聚甲基丙烯酰肼；（3）原位还原沉积纳米银；（4）遮光涂层加工。与传统除醛遮阳产品制备方法相比，本发明制备的遮阳材料具有除醛效果明显、抗菌效果好、整理效果持久的优点。
Claims (6)
1.一种基于生物法制备除醛抗菌遮阳材料的方法，其特征在于，首先，进行涤纶织物预处理，在涤纶表面引入乙烯基；其次，借助生物酶催化自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼，制备具有除甲醛功能的涤纶织物；再次，通过在涤纶表面原位还原沉积纳米银，赋予织物抗菌杀菌功能；最后，将涤纶织物进行遮光涂层加工，经焙烘后得到除醛抗菌功能遮阳材料的方法；所述方法包括以下步骤：
(1)涤纶织物预处理：通过烧碱处理涤纶，使纤维表面酯键水解产生羟基；再与含乙烯基的烷氧基硅烷接枝反应，在涤纶表面引入乙烯基；
(2)接枝聚甲基丙烯酰肼：经步骤(1)处理后的涤纶织物水洗后浸渍在甲基丙烯酰肼溶液中，借助辣根过氧化物酶催化乙烯基自由基聚合，在涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼；
(3)原位还原沉积纳米银：经步骤(2)处理后的涤纶织物水洗后，浸渍在硝酸银溶液中，借助聚甲基丙烯酰肼进行原位还原，在涤纶表面沉积纳米银；
(4)遮光涂层加工：经步骤(3)处理后的涤纶织物经水洗和干燥后，在涤纶织物背面涂布由聚丙烯酸酯类乳液、纳米二氧化钛乳液制备的涂层浆，经焙烘后得到具有除醛抗菌功能的遮阳材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涤纶织物预处理的工艺处方及条件：烧碱0.5～1.5g/L，十二烷基二甲基苄基氯化铵0.1～0.5g/L，80～90℃处理15～30min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涤纶表面引入乙烯基的工艺处方及条件：含乙烯基的烷氧基硅烷：水：乙醇用量比为1：1：3～5，pH 9～10，25～40℃处理1～2小时；含乙烯基的烷氧基硅烷包括含乙烯基的三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涤纶表面接枝聚甲基丙烯酰肼的处理工艺处方及条件：辣根过氧化物酶2～10U/mL，甲基丙烯酰肼3～6g/L，pH 6～7，30～40℃处理2～4小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涤纶表面原位还原沉积纳米银的处理工艺处方和条件：硝酸银5～10g/L，pH 4.5～7，80～90℃处理2～4小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涤纶织物遮光涂层加工的涂层浆组成为聚丙烯酸酯浆料体积分数70％～80％，二氧化钛浆料体积分数10～15％，硬脂酸铵乳液体积分数2.5％～5％，增稠剂5～10％；涂布后的焙烘条件：120～150℃，时间3～5min。
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