CN1209521C - 去除空气中有害物质的织物的涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除空气中有害物质的织物的涂层制备方法，其工艺步骤是：(1)织物预处理；(2)抗老化整理；(3)初级涂层工艺，得到表面附有活性碳涂层的织物；(4)次级涂层工艺，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/过渡金属离子复合微乳液5%～25%、聚丙烯酸类粘合剂2%～5%、聚丙烯酸类增稠剂1%～3%的次级涂层浆，在80～100℃温度下预烘2～5分钟，再在150～180℃温度下焙烘1～3分钟，得到表面附有纳米TiO2/过渡金属离子复合物涂层的织物。本发明工艺适用于各种纤维的织物，制得的纳米TiO2复合织物能够有效去除室内典型污染物氨、甲醛和挥发性有机物(VOCs)，可以改善织物的抗老化性能。
Description
技术领域
本发明要求保护的技术方案涉及一种用无机化合物涂层处理织物的制备方法，具体地说是一种用纳米二氧化钛分散乳液涂层处理织物的制备方法。
背景技术
目前，关于纳米材料在纺织工业上的应用主要表现在两个方面：其一，将纳米材料与聚合物纺丝液混合，制成纳米复合纤维；其二，将纳米材料制成分散乳液，然后利用浸轧法或涂层法对织物进行抗紫外线整理、抗静电整理、抗菌防臭整理或防皱整理等，得到具有特殊功能如抗菌防臭、防紫外线、抗静电、和免烫性等功能特性的纳米复合织物。
就利用涂层法制备功能特性的纳米复合织物技术而言，其制备工艺和制得的纳米复合织物的功能大致有以下一些报道：CN 1278032A介绍了一种抗静电纤维织物及其制备方法和用途，是通过将织物放入金属蒸汽得到表层有纳米级和亚微米级的金属层的纤维织物，该纤维织物具有抗静电和防紫外线优良性能。CN 1414169A介绍了一种防水透气透湿织物及其制备方法，这种织物由织物本底以及一层具有防水透气透湿薄膜组合而成，该膜是氟碳高分子膜，使用射频磁控反应溅射法用聚四氟乙烯作为溅射靶在织物基底上制备，氟碳高分子膜由卧蚕状纳米粒子和纳米微孔构成的勾联结构组成，具有优越拒水性。Lee HJ，Yeo SY，Jeong SH介绍了在织物纤维上的纳米银胶体溶液的抗菌作用(J MATER SCI 38(10)：2199-2204 MAY 15 2003)。Zhang J，France P，RadomyselskiyA等人介绍了涂有薄层纳米颗粒等离子体膜的憎水棉织物(J APPL POLYM SCI 88(6)：1473-1481 MAY 9 2003)。
就纳米复合织物的功能而言，现有文献中只提及疏水、憎油、防尘、防紫外线、抗老化、高强度和韧性、良好的导电和静电屏蔽效应、抗菌、净化空气等，其中净化空气都是指除臭。(纳米技术在家纺面料中的应用。肖月。中国消费者。2001；纳米材料在织物中的应用。酒金婷。王锐等。新纺织，2001；纳米技术在纺织中的应用。罗敏。化工新型材料。2001；纳米材料在纺织中的应用。施晓晔。北京纺织。2001；浅谈纳米技术在纺织中的应用。缪旭红。产业用纺织品。2001；纺织专用功能纳米材料及其应用。俞行 刘艾平。纺织科学研究。2001)。
就采用TiO2纳米材料制备功能特性的纳米复合织物技术而言，现有文献中只提及制得的TiO2纳米复合织物具有催化活性(YuanGAO WeiYU等。Sol-Gel TemplateSynthesisand Photocatalytic Activity of TiO2 Nanofibrils Loaded on Al2O3 Template，中国化学快报。2002，13(11)。-1115-1118)、抗菌、紫外线吸收、红外线吸收、抗静电(沈国良 宁桂玲。纳米二氧化钛在功能纤维中的应用。辽阳石油化工高等专科学校学报。2001，17(4)。-1-4)、改善纺织品发射远红外线性能(赵大庆 杨锋.纳米TiO2陶瓷粒子对改善纺织品发射远红外线性能的测试.红外技术.2002，24(5)，-55-57)。Katsuzawa.hideo等人介绍了“The photocatalytic activity and practical use of TiO2 coatingcloth.”(Numazukogyokoto senmon Gakko kenkyu Hokoku2001(pub.2002)，36，123-128(japan))文中未提及所用TiO2是纳米颗粒，也未提及由此制得的窗帘或墙布具有去除空气中有害物质的功能。
申请号为03130387.0的中国专利披露了一种用纳米二氧化钛分散乳液浸轧处理织物的制备方法，该方法的局限性在于只使用于植物纤维织物，产品性能也稍差。
总之，现有文献中均未发现有关用涂层方法制备用于去除空气中有害物质的TiO2纳米复合织物的报道，亦未见相关产品在市场上出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种去除空气中有害物质的TiO2纳米复合织物的涂层制备方法。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：本发明去除空气中有害物质的织物的涂层制备方法的工艺步骤如下：
(1)织物预处理
将织物首先在含有非离子表面活性剂0.5～2克/升的60～80℃的水溶液中浸泡10～30分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；
(2)抗老化整理
借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后的织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液或含氟聚合物乳液20～40克/升、可溶性镁盐或可溶性锌盐催化剂10～20克/升、非离子型湿润剂1～2克/升，溶剂是水；
(3)初级涂层工艺
在经过抗老化整理后的负载织物上涂布初级涂层浆，在80～100℃温度下预烘2～5分钟，再在150～180℃温度下焙烘1～3分钟，得到表面附有活性碳涂层的织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳的重量百分比为5％～25％、聚丙烯酸类粘合剂的重量百分比为2％～5％、聚丙烯酸类增稠剂的重量百分比为1％～3％，其余是水；
(4)次级涂层工艺
在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载织物上涂布次级涂层浆，在80～100℃温度下预烘2～5分钟，再在150～180℃温度下焙烘1～3分钟，得到表面附有纳米TiO2/过渡金属离子盐复合物涂层的织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/过渡金属离子盐复合微乳液重量百分比为5％～25％、聚丙烯酸类粘合剂重量百分比为2％～5％、聚丙烯酸类增稠剂重量百分比为1％～3％，其余是水，纳米TiO2/过渡金属离子盐复合微乳液的配方是：纳米TiO2/过渡金属离子盐与乳化剂的重量比为1～5∶5～10，纳米TiO2与过渡金属离子盐的重量比为2～1∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
上述方法中所用的织物是纤维素纤维织物或合成纤维织物或其混纺织物。
上述方法中所用的过渡金属离子是Ag离子、Au离子、V离子、Cd离子、或Pt离子。
上述方法中所用的过渡金属离子的盐是硝酸银、氯铂酸钠、偏钒酸钠、偏钒酸钾、氯金酸钠、硝酸镉。
上述方法中所用的催化剂是氯化镁或硝酸锌。
上述方法中所用的非离子表面活性剂、非离子型湿润剂、聚丙烯酸类粘合剂、聚丙烯酸类增稠剂是通用公知的试剂。
上述方法中所说的浸轧法也是本技术领域中公知的技术，在申请号为03130387.0的中国专利中已有披露。
本发明的有益效果是：利用本工艺制备的纳米TiO2复合织物能够有效去除室内典型污染物氨、甲醛和挥发性有机物(VOCs)这些有害物质。这是因为通过添加过渡金属离子与纳米TiO2相结合的手段，使得负载于织物上的纳米TiO2能够在自然光照射下就产生光生电子和空穴，而且具有氧化-还原性。因而，由采用该工艺制作的纳米TiO2复合织物所制成各种纤维制品就可以借助氧化反应或者还原反应去除室内空气中的典型污染物，如甲醛、氨、苯和VOCs。利用抗老化工作液在热处理条件下能够在纤维织物表面形成惰性薄膜的特性，可以改善织物的抗老化性能，能够降低和控制纤维的老化，延长织物的寿命。本发明方法不仅可以用于植物纤维织物，还可以用于纤维素纤维织物或合成纤维织物或其混纺织物，并且用本发明方法制得的织物产品的断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率性能都优于申请号为03130387.0的中国专利披露的用纳米二氧化钛分散乳液浸轧处理织物的制备方法所制得的同类织物产品。
具体实施方式
实施例1
首先将涤纶机织物进行预处理，即在含有非离子表面活性剂1克/升的80℃的水溶液中，浸泡20分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后的涤纶机织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液30克/升、硝酸锌10克/升、非离子型湿润剂JFC 1克/升，溶剂是水；将经过抗老化整理后的负载涤纶机织物涂布初级涂层浆，在100℃温度下预烘3分钟，再在180℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有活性碳涂层的涤纶机织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳15％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂3％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂2％(重量百分比)，其余是水；最后在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载涤纶机织物上涂布次级涂层浆，在100℃温度下预烘3分钟，再在180℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有纳米TiO2/银离子复合物涂层的涤纶机织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/银离子复合微乳液20％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂4％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂2％(重量百分比)，其余是水。纳米TiO2/银离子复合微乳液的配方：纳米TiO2/硝酸银10克，乳化剂20克，其中纳米TiO2与硝酸银的重量比为2∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
对表面附有纳米TiO2/银离子复合物涂层的涤纶机织物进行性能测试，测试项目主要包括断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率。断裂强力、断裂伸长率分别参照国家标准GB 3923-89中的方法进行测试；室内空气典型污染物氨、甲醛、苯和VOCs参照国家标准GB/T18883-2002中的方法进行测试。
测试结果如下：
断裂强力：806牛顿；
断裂伸长率：9.5％；
在1立方米小型不锈钢环境模拟舱中，将上述制备的20厘米×20厘米涤纶机织物悬挂在温度为25℃，相对湿度为50％的舱中，并密闭环境舱，测试对下列各种气体的去除率，结果是
氨：初始浓度10ppm，去除率：98％；
甲醛：初始浓度5ppm，去除率96％；
VOCs：初始浓度5ppm，去除率96％。
实施例2
首先将丙纶织物进行预处理，即在含有非离子表面活性剂0.5克/升的60℃的水溶液中，浸泡10分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后丙纶织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氟聚合物乳液20克/升、氯化镁15克/升、非离子型湿润剂JFC 1.5克/升，溶剂是水；将经过抗老化整理后的负载丙纶织物涂布初级涂层浆，在80℃温度下预烘2分钟，再在150℃温度下焙烘1分钟，得到表面附有活性碳涂层的织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳5％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂2％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂1％(重量百分比)，其余是水；最后在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载丙纶织物上涂布次级涂层浆，在80℃温度下预烘2分钟，再在150℃温度下焙烘1分钟，得到表面附有纳米TiO2/铂离子复合物涂层的丙纶织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/铂离子复合微乳液5％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂2％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂1％(重量百分比)，其余是水。纳米TiO2/铂离子复合微乳液的配方：纳米TiO2/氯铂酸钠2克，乳化剂10克，纳米TiO2与氯铂酸钠的重量比为1.5∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
对表面附有纳米TiO2/铂离子复合物涂层的丙纶织物进行性能测试，测试项目主要包括断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率。断裂强力、断裂伸长率分别参照国家标准GB 3923-89中的方法进行测试；室内空气典型污染物氨、甲醛、苯和VOCs参照国家标准GB/T18883-2002中的方法进行测试。
测试结果如下：
断裂强力：750牛顿；
断裂伸长率：6.9％；
在1立方米小型不锈钢环境模拟舱中，将上述制备的20厘米×20厘米丙纶织物悬挂在温度为25℃，相对湿度为50％的舱中，并密闭环境舱，测试对下列各种气体的去除率，结果是
氨：初始浓度10ppm，去除率：100％
甲醛：初始浓度5ppm，去除率98％；
VOCs：初始浓度5ppm，去除率98％
实施例3
首先将棉机织物进行预处理，即在含有非离子表面活性剂2克/升的70℃的水溶液中，浸泡30分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后棉机织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液40克/升、硝酸镁20克/升、非离子型湿润剂JFC2克/升，溶剂是水；将经过抗老化整理后的负载棉机织物涂布初级涂层浆，在90℃温度下预烘5分钟，再在160℃温度下焙烘3分钟，得到表面附有活性碳涂层的棉机织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳25％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂5％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂3％(重量百分比)，其余是水；最后在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载棉机织物上涂布次级涂层浆，在90℃温度下预烘5分钟，再在160℃温度下焙烘3分钟，得到表面附有纳米TiO2/钒离子复合物涂层的棉机织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/钒离子复合微乳液25％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂5％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂3％(重量百分比)，其余是水。纳米TiO2/钒离子复合微乳液的配方：纳米TiO2/偏钒酸钠5克，乳化剂15克，纳米TiO2与偏钒酸钠的重量比为2∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
对表面附有纳米TiO2/钒离子复合物涂层的棉机织物进行性能测试，测试项目主要包括断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率。断裂强力、断裂伸长率分别参照国家标准GB 3923-89中的方法进行测试；室内空气典型污染物氨、甲醛、苯和VOCs参照国家标准GB/T18883-2002中的方法进行测试。
测试结果如下：
断裂强力：508牛顿；
断裂伸长率：7.2％；
在1立方米小型不锈钢环境模拟舱中，将上述制备的20厘米×20厘米棉机织物悬挂在温度为25℃，相对湿度为50％的舱中，并密闭环境舱，测试对下列各种气体的去除率，结果是
氨：初始浓度10ppm，去除率100％；
甲醛：初始浓度5ppm，去除率98％；
VOCs：初始浓度5ppm，去除率95％。
实施例4
首先将涤棉机织物进行预处理，即在含有非离子表面活性剂1.5克/升的65℃的水溶液中，浸泡25分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后涤棉机织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液35克/升、氯化锌12克/升、非离子型湿润剂JFC 1.2克/升，溶剂是水；将经过抗老化整理后的负载涤棉机织物涂布初级涂层浆，在95℃温度下预烘4分钟，再在170℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有活性碳涂层的涤棉机织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳20％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂4％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂2.5％(重量百分比)，其余是水；最后在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载涤棉机织物上涂布次级涂层浆，在95℃温度下预烘4分钟，再在170℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有纳米TiO2/镉离子复合物涂层的涤棉机织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/镉离子复合微乳液15％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂3％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂2.5％(重量百分比)，其余是水。纳米TiO2/镉离子复合微乳液的配方：纳米TiO2/硝酸镉2.5克，乳化剂12克，纳米TiO2与硝酸镉的重量比为1∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
对表面附有纳米TiO2/镉离子复合物涂层的涤棉机织物进行性能测试，测试项目主要包括断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率。断裂强力、断裂伸长率分别参照国家标准GB 3923-89中的方法进行测试；室内空气典型污染物氨、甲醛、苯和VOCs参照国家标准GB/T18883-2002中的方法进行测试。
测试结果如下：
断裂强力：658牛顿；
断裂伸长率：8.1％；
在1立方米小型不锈钢环境模拟舱中，将上述制备的20厘米×20厘米涤棉机织物悬挂在温度为25℃，相对湿度为50％的舱中，并密闭环境舱，测试对下列各种气体的去除率，结果是
氨：初始浓度10ppm，去除率：100％
甲醛：初始浓度5ppm，去除率97％；
VOCs：初始浓度5ppm，去除率96％
实施例5
首先将涤纶/粘胶混纺织物进行预处理，即在含有非离子表面活性剂0.6克/升的60℃的水溶液中，浸泡20分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后涤纶/粘胶混纺织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液25克/升、氯化镁18克/升、非离子型湿润剂JFC1.8克/升，溶剂是水；将经过抗老化整理后的负载涤纶/粘胶混纺织物涂布初级涂层浆，在80℃温度下预烘2分钟，再在150℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有活性碳涂层的涤纶/粘胶混纺织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳10％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂2％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂1.5％(重量百分比)，其余是水；最后在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载涤纶/粘胶混纺织物上涂布次级涂层浆，在80℃温度下预烘2分钟，再在150℃温度下焙烘2分钟，得到表面附有纳米TiO2/金离子复合物涂层的涤纶/粘胶混纺织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/金离子复合微乳液10％(重量百分比)、聚丙烯酸类粘合剂2％(重量百分比)、聚丙烯酸类增稠剂1.5％(重量百分比)，其余是水。纳米TiO2/金离子复合微乳液的配方：纳米TiO2/氯金酸钠7克，乳化剂17克，纳米TiO2与氯金酸钠的重量比为1.5∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物。
对表面附有纳米TiO2/金离子复合物涂层的涤纶/粘胶混纺织物进行性能测试，测试项目主要包括断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率。断裂强力、断裂伸长率分别参照国家标准GB 3923-89中的方法进行测试；室内空气典型污染物氨、甲醛、苯和VOCs参照国家标准GB/T18883-2002中的方法进行测试。
测试结果如下：
断裂强力：645牛顿；
断裂伸长率：8.9％；
在1立方米小型不锈钢环境模拟舱中，将上述制备的20厘米×20厘米涤纶/粘胶混纺织物悬挂在温度为25℃，相对湿度为50％的舱中，并密闭环境舱，测试对下列各种气体的去除率，结果是
氨：初始浓度10ppm，去除率100％；
甲醛：初始浓度5ppm，去除率96％；
VOCs：初始浓度5ppm，去除率97％。
实施例6
将本发明涂层方法制得的棉机织物产品与用纳米二氧化钛分散乳液浸轧方法所制得的棉机织物产品的断裂强力、断裂伸长率和室内空气中典型污染物的去除率在同样条件下进行测试比较，结果如下表。
Claims (7)
1.纳米织物的涂层制备方法，其特征在于它的工艺步骤如下：
(1)织物预处理
将织物首先在含有非离子表面活性剂0.5～2克/升的60～80℃的水溶液中，浸泡10～30分钟，然后在冷水中彻底漂洗干净并于室温晾干备用；
(2)抗老化整理
借助浸轧法用抗老化工作液对预处理后的织物进行抗老化整理，抗老化工作液配方是：在每升工作液中含氨基硅油乳液或含氟聚合物乳液20～40克/升、可溶性镁盐或可溶性锌盐催化剂10～20克/升、非离子型湿润剂1～2克/升，溶剂是水；
(3)初级涂层工艺
在经过抗老化整理后的负载织物上涂布初级涂层浆，在80～100℃温度下预烘2～5分钟，再在150～180℃温度下焙烘1～3分钟，得到表面附有活性碳涂层的织物，初级涂层浆配方是：粉末型活性碳的重量百分比为5％～25％、聚丙烯酸类粘合剂的重量百分比为2％～5％、聚丙烯酸类增稠剂的重量百分比为1％～3％，其余是水；
(4)次级涂层工艺
在经过抗老化整理和初级涂层处理后的负载织物上涂布次级涂层浆，在80～100℃温度下预烘2～5分钟，再在150～180℃温度下焙烘1～3分钟，得到表面附有纳米TiO2/过渡金属离子盐复合物涂层的织物，次级涂层浆配方是：纳米TiO2/过渡金属离子盐复合微乳液重量百分比为5％～25％、聚丙烯酸类粘合剂重量百分比为2％～5％、聚丙烯酸类增稠剂重量百分比为1％～3％，其余是水，纳米TiO2/过渡金属离子盐复合微乳液的配方是：纳米TiO2/过渡金属离子盐与乳化剂的重量比为1～5∶5～10，纳米TiO2与过渡金属离子盐的重量比为2～1∶1，乳化剂是TOP-90和T-80的混合物；
上述方法中所用的织物是纤维素纤维织物或合成纤维织物或其混纺织物。
2.根据权利要求1所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：其中所用的过渡金属离子是Ag离子、Au离子、V离子、Cd离子、或Pt离子。
3.根据权利要求1或2所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：所用的过渡金属离子的盐是硝酸银、氯铂酸钠、偏钒酸钠、偏钒酸钾、氯金酸钠、或硝酸镉其中的一种。
4.根据权利要求1所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：其中所用的催化剂是氯化镁或硝酸锌。
5.根据权利要求1所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：其中所用的织物是棉织物。
6.根据权利要求1所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：其中所用的织物是涤纶或丙纶织物。
7.根据权利要求1所述的纳米织物的涂层制备方法，其特征在于：其中所用的织物是涤棉织物或涤纶/粘胶混纺织物。
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