光触媒纤维与棉混纺织物服用及除臭性能研究

陈 伟，李艳清，金肖克，祝成炎，张红霞

(浙江理工大学 材料与纺织学院，杭州 310018)

光触媒纤维与棉混纺织物服用及除臭性能研究

陈 伟，李艳清，金肖克，祝成炎，张红霞

(浙江理工大学 材料与纺织学院，杭州 310018)

探讨蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量对织物性能尤其是除臭性能的影响。采用不同比例的蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺纱为原料，试织成机织物，并对其服用性能及除臭性能进行了测试。研究表明：蜂窝状微孔结构光触媒织物的断裂强力及磨损质量损失率与织物中蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量成反比关系，而蜂窝状微孔结构光触媒织物对氨气的降解率与织物中蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量成正比关系。

光触媒纤维；服用性能；除臭性能

21世纪，纺织品的发展趋势将体现高科技与时代经济、文化发展的紧密结合，并进一步融入日常生活，舒适型和健康功能型纺织品成为了发展的主体和时尚[1]。蜂窝状微孔结构光触媒纤维及其织物的研究与开发，正迎合了这一时代发展的趋势[2]。蜂窝状微孔结构光触媒纤维采用现代复合技术将纳米二氧化钛与高分子材料完美结合，再与具有蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片通过熔融纺丝而成[3]。该纤维将纳米二氧化钛完美地置于纤维之中，并且是超细均匀分布的，真正实现了光触媒技术在纤维和纺织品领域的应用。蜂窝状微孔结构光触媒纤维在阳光、日光及可见光的作用下，能对苯、二甲苯、氨气、甲醛、烟臭等有害气体进行吸收，并自动分解成二氧化碳和水[4]。蜂窝状微孔结构光触媒纤维与棉混纺所形成的织物，不仅具备了棉型织物所具有的舒适性，还附加了除臭等特殊功能，在室内装饰用品、日常服用、汽车内饰等领域有着广阔的市场前景。

本研究采用不同比例的蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺纱为原料，试织成机织物，并对其服用性能及除臭性能进行了测试，以探讨蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量对织物性能尤其是除臭性能的影响。

1 纤维选择、纱线设计及织物试制

1.1 纤维选择

选用浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司研发的蜂窝状微孔结构光触媒纤维及棉纤维，2种纤维的各项性能指标如表1所示。

蜂窝状微孔结构光触媒纤维是以蜂窝状微孔结构趋势的聚酯改性切片为原料，通过特殊的纺丝工艺(即闪爆技术)制成了内外贯穿的蜂窝状微孔结构聚酯改性短纤维。因为纤维呈内外贯穿的蜂窝状微孔结构，所以吸湿效果极佳，蜂窝状微孔结构光触媒纤维的实际回潮率达到了10.43 %。

表1 蜂窝状微孔结构光触媒纤维及棉纤维的各项性能指标Tab.1 Property of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber and the cotton

1.2 纱线设计

为了更好地体现光触媒纤维含量对混纺纱性能的影响，结合各纺纱工序，在同一条件下纺制成纤度为18.2 tex的不同混纺纱，纱线设计如表2所示。

表2 纱线设计Tab.2 Design of the yarn

1.3 织物试制

用实验室的ASL2000-B自动织样机织出5种织物小样。为使试验结果具有可比性，5种织物采用相同的经纬纱纤度、密度和组织，只改变蜂窝状微孔结构光触媒纤维和棉纤维的混纺比。机织物设计如表3所示。

表3 机织物设计Tab.3 Design of the woven fabric

2 织物服用、除臭性能测试结果及分析

2.1 织物服用、除臭性能测试方法

2.1.1 织物的拉伸性能测试

测试标准参照国家标准GB/T 3923.1－1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》执行。试样在标准大气环境下预调湿24 h后进行测试。

试验仪器：YG065电子织物强力机；试验条件：试样规格为60 mm×200 mm，每种织物剪裁试样5块。表征指标：断裂强力。

2.1.2 织物的耐磨性能测试

测试标准参照国家标准GB/T 21196－2007《纺织品 马丁代尔法 织物耐磨性的测定》。试样在标准大气环境下预调湿24 h后进行测试。

试验仪器：Y522型圆盘式织物耐磨仪。试验条件：直径为120 mm的圆形试样，加压重锤为250 g，每种织物各测试样5块，磨200转。表征指标：试样磨200转后的平均质量损失率。

2.1.3 织物的除臭性能测试

测试在环境温度为200 ℃、环境湿度65 %的条件下，12 h内氨气的浓度降解率为表征指标。

试验仪器：测试仪器选用青岛路博伟业环保科技有限公司生产的LB-3J分光六合一室内空气检测仪、60L的密闭容器及日光灯1只；试验原料：前面所制得A、B、C、D、E 5种机织布，每块小样20 cm×20 cm，500 mL氨水，适量的氢氧化钠，普通光源的台灯等；试验条件：环境温度20 ℃，环境湿度65 %。

试验方法：第一步：量取15 mL氨水，放入实验用容器，立即放进密闭容器，迅速加入适量的氢氧化钠，然后立即封箱(整个过程要求速度快，尽量减少氨气在空气中的挥发)。静置，1 h后测量箱内氨气的浓度。此过程进行3次。第二步：在第一步前提下(保证同样的初始浓度)，将试样放入密闭容器中，静置12 h，让其充分作用。12 h后测量密闭容器内氨气浓度。

2.2 测试结果与分析

2.2.1 织物的拉伸性能测试结果与分析

织物断裂强力与蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量之间的关系如图2所示。所得到的拟合方程为：

Y＝951.100 69－5.932 41X，R＝－0.989 07

图2 织物断裂强力与蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量之间的关系Fig.2 Relationship between the fabric breaking strength and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

从图2及拟合方程可以看出，蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉混纺机织物的断裂强力随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加而减少。主要是由于棉纤维的断裂强度要高于蜂窝状微孔结构光触媒纤维，所以，随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，断裂强力逐渐减小。

2.2.2 织物的耐磨性能测试结果与分析

织物质量损失率与蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量之间的关系如图3所示。所得到的拟合方程为：

图3 织物质量损失率与蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量之间的关系Fig.3 Relationship between the weight wear rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi ber

由图3及拟合方程可以看出，蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉混纺机织物的质量损失率随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加而减小。因为与棉纤维相比，蜂窝状微孔结构光触媒纤维的初始模量较低，变形能力强，有利于缓解摩擦力，而且试验织物所用混纺纱中蜂窝状微孔结构光触媒纤维的长度比棉纤维要长，在纱线内产生相对移动较为困难，难于从纱线中抽出，这有利于织物耐磨性的提高。不过，总体来说蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉混纺针织物的耐磨性能一般。

2.2.3 织物的除臭性能测试结果与分析

蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量与氨气降解率的关系如图4所示。所得到的拟合方程为：

由图4及拟合方程可以看出，氨气的降解率随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加而增大，当蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量为100 %时，氨气的降解率为52.7 %，当蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量为0时，氨气的降解率为0。原因是当光线照射到光触媒上，就会使一个电子e-从价带激发到导带，留下一个空穴h+在价带中，形成负电子(e-)和空穴(h+)两种载流体，负电子能将表面吸附的空气中水分子(H20)转变成极具氧化性的羟基自由基(OH一)，最后生成游离羟基(·OH)，就是该羟基与氨气发生还原反应，将它们分解成CO2和H20[5]。随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，光触媒的含量相应的增加，使其在光照下激发的电子空穴增加，对氨气的氧化还原能力增加。因此，随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，氨气的降解率呈现增大的趋势。

图4 蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量与氨气降解率的关系曲线Fig.4 Relationship between the ammonia degradation rate and the content of the photocatalyst of honeycomb-like porous structure fi berr

3 结 语

通过对不同混纺比例的蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺机织物的性能测试和分析，获得如下结果：

1)蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺机织物的断裂强力与织物中蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量成反比关系，说明随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，织物的断裂强力下降。

2)蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺机织物的质量磨损率与织物中蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量成反比关系，说明随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，织物的耐磨性能增强。

3)蜂窝状微孔结构光触媒纤维/棉纤维混纺机织物的氨气降解率与织物中蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量成正比关系，即随着蜂窝状微孔结构光触媒纤维含量的增加，织物的除臭性能增强。

[1] 雷大鹏，陈衍夏，施亦东，等.光触媒抗菌除纺织品的研究进展及前景[J].印染，2006(13)：45-48.

[2] 田坤，沈勇，王黎明，等.纳米光触媒二氧化钛在纺织品上的应用性能[J].上海工程技术学院学报，2009，23(2)：142-146.

[3] 赵家祥.日本光触媒织物的发展[J].产业用纺织品，2002(2)：1-4.

[4] 周宏湘.光催化在纤维上的应用[J].丝绸，1999(2)：52-52.

[5] 肖红艳，陈衍夏，施亦东，等.光触媒TiO2在纺织领域的应用研究现状与进展[J].丝绸，2007(8)：58-61.

Wearing and deodorant property study of the fabric blended with photocatalyst fi ber and cotton

CHEN Wei, LI Yan-qing, JIN Xiao-ke, ZHU Cheng-yan, ZHANG Hong-xia
(College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

In this paper, the blended yarn with honeycomb-like porous structure photocatalyst fiber and cotton in different proportion was used as raw material and was weaved into woven fabric. Its wearing property and deodorant property were tested to discuss fabric performance. The result showed that: the effect of the fabric breaking strength and the weight wear rate was inversely proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure; however, the effect of the deodorant property was directly proportion to the content of photocatalyst fiber with honeycomb-like porous structure.

Potocatalyst fiber; Ring property; Odorant property

TS101.923

A

1001-7003(2011)10-0021-03

2011-07-11；

2011-09-04

陈伟(1987－ )，男，硕士研究生，研究方向为纺织工程。通讯作者：祝成炎，教授，cyzhu@zstu.edu.cn。