纳米光触媒应用于纺织品，可赋予光催化功能，进而使其获得降解挥发性有机化合物（VOC）、除异味、抗菌、防污或自清洁等功能。将这类光触媒功能纺织品用于汽车内饰材料和室内装饰家纺用品，可持久地降解VOC，净化车内和室内空气。

　　目前，国内外将纳米光触媒应用于纺织品的方法主要有两种：一种是将纳米光触媒与纺丝原液共混纺丝；另一种是将纳米光触媒涂覆在纤维或织物表面。这两种方法都存在一个如何有效解决光触媒与空气和光线充分接触以产生光催化作用的问题，以及如何控制光触媒本身对纤维性能造成影响的问题。因为织物上的光触媒在发挥光催化功能的同时，也容易使纤维材料劣化。光触媒的强氧化能力会使纤维的大分子链段部分断裂，从而削弱纤维的超分子结构，最终导致纤维宏观机械性能的下降。因此，在应用纳米TiO2光触媒剂处理织物，开发具有光触媒功能纺织品时，应对光触媒造成纤维材料劣化的问题引起足够重视。

　　本项目在自制的改性纳米光触媒水溶胶基础上，引入硅氧基等保护基团，制成具有反应性基团的纳米有机化合物，并进行必要的与纤维基材之间的化学隔离，以提高纳米TiO2 与纤维的反应性和负载纳米光触媒织物的稳定性。同时，采用接枝或交联方法，进一步优化纳米TiO2 在织物上的分散均匀性及其与纤维结合的坚牢度，使纺织品既获得耐久性光催化降解性能，又不会产生明显的劣化现象。

　　1 试验

　　1.1 材料

　　光触媒整理剂 未改性纳米TiO2；自制改性纳米TiO2整理剂Nano PC，Nano PC一1，Nano PC-2和NanoPc-3[其中，Nano PC未加交联剂；,Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC-3分别由Nano PC与一定量的交联剂PU（聚氨酯），CHS（羟基硅油），HS（含氢硅油）和s（丙烯酸）复合而成]。

　　织物：l8.2 tex X 18.2 tex 268根/10 am x268根/10 cm全棉平纹织物（半制品，上海申达二印染整公司）。

　　1.2 整理工艺

　　二浸二二轧（整理剂用量l%，轧液率80%）一预烘（80 ℃X 5 min）一焙烘（130～150℃ ，3～5 min）一水洗一皂洗一烘干

　　1.3 测试方法

　　1.3.1 甲醛降解率

　　静态测试法吸取375 mg/L甲醛溶液100 mL置于表面皿，然后放人玻璃干燥器底部，中间垫上陶瓷透气板。在一半径为12 cm的培养皿里放人100 mL蒸馏水作为吸收液，用橡筋把测试织物扣在培养皿上，随后把培养皿置于玻璃干燥器的陶瓷透气板上，盖上涂过密封胶的玻璃盖，将干燥器放入自制的VOC降解测试箱，用紫外灯照射24 h；取出培养皿，用移液管吸取5 mL甲醛吸收液，加入5 mL乙酰丙酮，与空白试剂（5 mL蒸馏水+5 mL乙酰丙酮）一起在60℃水浴中显色0.5 h，冷却后用724型分光光度仪在414 nm波长下测吸光度，对照标准曲线得到甲醛溶液浓度，按式

　　（1）计算降解率：

　　式中：a—— 光触媒整理前织物对应吸收液的甲醛浓度；

　　b—— 光触媒整理后织物对应吸收液的甲醛浓度。

　　1.3.2 棉纤维聚合度

　　采用铜氨溶液法。

　　1.3.3 织物强力

　　断裂强力参照GB/T 3923.1-1997《纺织品织物拉伸性能第l部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》，在YG（B）026D一250型电子织物强力机上测试。

　　撕破强力参照GB/T 3917.1一l997《纺织品织物撕破性能第一部分：撕破强力的测定冲击摆锤法》，在YG033织物撕裂仪上测试。

　　2 结果与讨论

　　2.1 纳米TiO2的表面改性

　　纳米TiO2 粒子表面富含大量钛羟基（Ti一0H），具有良好的亲水性和反应性，易与硅氧烷等活性基团反应，形成稳定的化学键（如钛硅氧键等）结合。本试验利用自制纳米TiO2 前驱体胶粒（A）表面富含的大量钛羟基.与含有硅氧烷等功能活性基团的改性剂（B），在一定条件下进行反应，生成钛硅氧键，得到表面改性纳米TiO2 粒子。其反应机理见：

　　下述反应在改性纳米TiO2 胶粒表面引入了功能基团R，当R为活性基团（如环氧基、硅氧烷基等）时，可在一定条件下直接与纤维中的某些基团（如羟基、胺基和酰胺基等）发生接枝反应，形成共价键结合；当R为一NH，和一OH等时，则可通过交联剂的作用使改性纳米TiO2 与纤维结合。改性纳米TiO2 表面存在的硅氧烷基等基团，还可以避免纳米TiO2 与纤维直接接触，降低TiO2 对纤维的光氧化作用，从而缓解纤维的劣化。

　　2.2 光触媒整理工艺

　　2.2.1 光触媒整理剂用量对甲醛降解率的影响

　　采用不同用量的光触媒整理剂Nano PC处理织物，测定其降解甲醛的能力，结果见表1。

　　由表l可知，增加光触媒整理剂Nano PC用量，有利于提高织物的光催化性能，但用量超过1%时，其用量的增加对降解甲醛能力的提高已不明显。因此，一般光触媒整理剂Nano PC处理织物时，用量应选择1%左右。

　　2.2.2 交联剂用量对甲醛降解率的影响

　　分别采用不同用量多活性基交联剂与Nano PC复合的光触媒整理剂Nano PC.1处理织物，测定其降解甲醛的能力，结果见表2。

　　由表2可知，在Nano PC中加入交联剂后，整理织物降解甲醛的能力较不加交联剂时有所下降，且随着交联剂用量的增加，整理织物对甲醛的降解率逐步降低。这是因为交联剂为多活性基化合物，在一定条件下活性基问会相互交联，在织物表面形成网状结构的薄膜，一定程度上阻碍了光触媒整理剂与甲醛反应。

　　因此，为了提高光触媒整理剂光催化效果的持久性而加入的交联剂，应选择其适当的加入量，一般以光触媒整理剂与交联剂的质量比为（1：0.5）一（1：1）为宜。同样，在光触媒整理剂Nano PC中加入含其它活性基团的交联剂后，其降解甲醛的能力也与加入交联剂的量有一定的关系。

　　2.2.3 焙烘温度和时间对甲醛降解率的影响

　　改变焙烘温度和时间，分别用纳米光触媒整理剂Nano PC，Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3处理织物，然后测定处理后织物降解甲醛的能力，结果见表3和表4。

　　由表3和表4可知，随着焙烘温度的升高和焙烘时间的延长，各光触媒整理剂处理织物降解甲醛的能力逐步提高；当焙烘温度为130 ℃，焙烘时间为5 min时，降解甲醛的效率已比较理想，若再进一步升高温度或延长焙烘时间，甲醛降解率无明显提高，反而会影响织物手感。因此，焙烘温度应选择130 oC左右，焙烘时间应选择5 min左右。

　　2.3 光触媒处理织物的耐洗性

　　分别采用未改性纳米TiO2，光触媒整理剂NanoPC，Nano PC一1，Nano PC-2和Nano PC一3处理织物；测定织物洗涤5次，lO次和20次后的降解甲醛能力，结果见表5

　　由表5可知，光触媒整理剂Nano PC处理织物经过洗涤后，其降解甲醛的性能有一定程度的下降，且洗涤次数越多，下降幅度越大。而在Nano PC中加人交联剂后，如Nano PC一1，Nano PC一2和Nano PC一3，由于通过交联剂的作用能使光触媒整理剂接枝到纤维上，形成共价键结合，提高了纤维与整理剂的结合牢度，使得织物降解甲醛的耐洗性有较大幅度的提高。其经20次洗涤后，降解甲醛的能力也无明显下降。因此，用含交联剂的光触媒整理剂处理棉织物，能使其获得持久的光催化效果。

　　2.4 光触媒处理织物的机械性能

　　分别采用1% 的未改性纳米TiO2 ，光触媒整理剂Nano PC，Nano PC-1，Nano PC一2和Nano PC-3处理织物，测定未处理和处理后织物经紫外线照射前后的断裂强力和撕破强力，结果见表6。

　　由表6可知，若未经紫外线照射，各类光触媒处理织物的断裂强力和撕破强力与未经整理的织物相比，有些略高，有些略低，但总体变化不大；经紫外线照射一段时间后，各织物的强力出现很大的差异。未改性纳米TiO2处理后的织物经紫外线照射48 h后，其断裂强力和撕破强力较未处理时的降幅超过了20%；而用接枝改性得到的Nano PC系列纳米光触媒整理剂处理织物，经紫外线照射后，其断裂强力和撕破强力较未处理时的降幅均小于10% ，机械性能大大优于未改性纳米TiO2，处理的织物。

　　2.5 光触媒处理棉织物的聚合度

　　分别用1%未改性纳米TiO2 和改性纳米TiO2光触媒整理剂Nano PC处理棉织物，并采用日光和紫外线照射，每隔一段时间测试纤维聚合度，结果见表7

　　在一定的光照作用下，棉纤维大分子结构中的共价键会产生断裂损伤，引起聚合度下降。由表7知，各棉织物的纤维聚合度随着日光或紫外线照射时间延长而逐渐下降，但下降的趋势逐渐变慢。未改性纳米TiO2 处理的棉织物经日光照射35 d后，其纤维聚合度较未处理的参比样下降了7.43% ；而经Nano PC光触媒整理剂处理的棉织物，其纤维聚合度较未处理的参比样仅下降1%左右。未改性纳米TiO2 处理的棉织物经紫外线照射120 h后，纤维聚合度较原样下降了10.60% ；而经Nano PC光触媒整理剂处理的棉织物，其聚合度较原样仅下降4.8%左右。

　　3 结论

　　（1）Nano PC系列光触媒整理剂处理棉织物的优化工艺为：光触媒整理剂用量1% ～1.5% ，焙烘温度130℃，焙烘时间5 min。棉织物按此工艺处理后，对甲醛降解率达90%以上，且具有良好的耐洗性和手感。

　　（2）在Nano PC中加人适量交联剂，使其含有一定量的活性基团，可以提高光触媒剂与纤维的结合牢度，进而改善织物的耐洗性，且对织物降解甲醛的光催化效果不会产生太大影响。

　　（3）改性的纳米TiO2光触媒整理剂能有效缓解棉纤维因纳米TiO2 光催化而产生的过度劣化现象，而使棉织物获得持久的光催化效果。用Nano PC系列光触媒整理剂处理棉织物后，织物的断裂强力、撕破强力和聚合度均无明显变化。

来源: 王黎明，沈 勇，张惠芳，丁 颖，秦伟庭，王晓娟

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