紫外光光催化定型剂的制备及其对牛仔布压皱定型整理的研究

袁子舜，易长海，甘厚磊，田 磊，杨小玲，余 刚



紫外光光催化定型剂的制备及其对牛仔布压皱定型整理的研究

袁子舜1,2，易长海1,2*，甘厚磊1,2，田 磊3，杨小玲1,2，余 刚1,2

(1 武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430073；2 武汉纺织大学 纺织材料与改性教育部重点实验室，湖北 武汉 430073；3 广东省均安牛仔服装研究院，广东 顺德 528329)

采用丁烷四羧酸（BTCA）为压皱定型剂，次亚磷酸钠（SHP）作为催化剂，纳米TiO2作为光催化剂，JFC为渗透剂，制备出一种牛仔服装用无醛紫外光光催化压皱定型整理剂，将其应用于纯棉靛蓝牛仔服装压皱整理，研究经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺整理牛仔布，讨论BTCA浓度，纳米TiO2浓度，紫外光辐照照射时间，电晕处理电压和电晕处理时间对牛仔布折皱回复角的影响。结果表明：BTCA浓度，纳米TiO2浓度，紫外光辐照照射时间和电晕处理时间对牛仔布折皱回复角影响较大，电晕处理电压对牛仔布折皱回复角影响较小，综合考虑，紫外光光催化定型整理剂对牛仔布的较合适的整理工艺条件为：BTCA浓度125g/L，纳米TiO2浓度0.1%，紫外光辐照照射时间30min，电晕处理电压13kV和电晕处理时间3min。

紫外光光催化；牛仔布；压皱定型整理剂；洗水

1 前言

牛仔服装由于其时尚性，耐磨不易脏等性能，越来越受到人们的喜爱，2010年牛仔服装销量比2009年同期增长了66.59%[1]。但在其后整理过程中，排放物污染严重，耗能巨大，所以，对于牛仔服装后整理的研究是很有必要的。

牛仔服装上的折皱处理是一种返旧整理，是有意将裤子的某些部位捏成皱装，已成为目前的一种潮流，深受人们喜爱。目前所用的折皱整理剂主要是由二羟甲基二羟基乙烯基脲树脂（DMDHEU，简称2D树脂）配合而成，该过程是通过高温使2D树脂上的羟甲基和牛仔棉纤维上的羟基发生缩合反应，使纤维之间形成连接，减少之间的相对滑移，从而达到折皱效果[2,3]。但是该过程存在一些问题：如折皱过程需要140℃的高温处理，耗能大；该过程中，整条裤子都需要泡入整理剂中，对于整理剂的浪费较大；2D树脂在该反应中会释放甲醛，对于生产环境污染重大，甲醛还会残留在牛仔服饰中，对于消费者的身体有巨大损害。

最近，对于用于普通棉纤维上的多元羧酸和纳米二氧化钛的光催化抗皱整理体系的研究可以解决这些问题。A.Nazari[4,5]等采用丁烷四羧酸和柠檬酸为压皱整理剂，次亚磷酸钠为催化剂，纳米二氧化钛为光催化剂整理普通白棉布，对比了紫外光固化，高温固化和紫外光-高温固化这三种固化方式，发现在紫外光-高温固化方式下，经处理过的白棉布的折皱回复角最大。Cheng-Chi Chen等[6,7]在紫外光条件下，采用纳米二氧化钛催化琥珀酸对棉织物进行定型整理，并探讨了其反应机理。另外，Cheng-Chi Chen等[8]还将丁烷四羧酸、马来酸、琥珀酸和柠檬酸在催化剂纳米二氧化钛的作用下，通过紫外光照射和电子辐射，发现处理后的织物的定型效果为：丁烷四羧酸>马来酸>柠檬酸>琥珀酸。

然而，目前并没有对于多元羧酸和纳米二氧化钛体系抗皱整理剂应用在牛仔服饰上的研究。全棉牛仔服饰和普通棉织物相比，虽然也是全棉织物，但厚度要大很多且为斜纹织物，并在经纱上染有靛蓝染料。

本文采用BTCA为纯棉靛蓝牛仔布压皱定型剂，SHP作为催化剂，纳米TiO2作为光催化剂，JFC为渗透剂，制备出一种牛仔服装用无醛紫外光光催化压皱定型整理剂，将其应用于纯棉靛蓝牛仔服装压皱整理，研究了经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺整理牛仔布，讨论了BTCA浓度，纳米TiO2浓度，紫外光辐照照射时间，电晕处理电压和电晕处理时间对牛仔布折皱回复角的影响。

2 实验部分

2.1 试剂

纯棉靛蓝牛仔布：广东省均安牛仔服装研究院提供；丁烷四羧酸（BTCA）和次亚磷酸钠（SHP）：国药集团化学试剂有限公司提供；纳米二氧化钛：德国德国Degussa化学公司提供，粒径为21nm；渗透剂JFC及其他试剂：市购。

2.2 实验仪器

烘箱、pH值计、分析天平、数显恒温水浴锅、超声波分散机（JY92-Ⅱ）、折皱弹性仪（YGB541D-2温州大荣纺织仪器有限公司），紫外光光催化设备：自制，功率500W，波长300~400nm，高压无气喷枪ALG-7，日本岩田。

2.3 紫外光光催化压皱定型整理液的制备

称取一定量的BTCA，SHP（BTCA的60%）和JFC溶于水中，加入一定量的纳米二氧化钛（按照浴重算），在超声波条件下分散均匀，制备牛仔服装用紫外光光催化压皱定型整理液，备用。

2.4 牛仔服装压皱定型整理

先将经过退浆处理后的纯棉牛仔布进行电晕辐照处理，再用高压喷枪将紫外光光催化压皱定型整理液均匀喷射到纯棉牛仔布，然后用轧车使布的轧液率约为90%，在65℃烘箱中烘三分钟，除去牛仔布表面的水，在紫外灯下照射定型，最后在经过皂洗（洗涤剂为碳酸钠和非离子表面活性剂OP-10，洗涤温度为30℃）和漂洗。

2.5 整理后牛仔布的折皱回复角的测定

按GB/T 3819-1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》，整理后的牛仔布调湿后，采用温州大荣纺织仪器有限公司生产的YGB541D-2折皱弹性仪测定后整理后牛仔布的折皱回复角。

3 结果与讨论

3.1 BTCA浓度对整理后的牛仔布的折皱回复角的影响

图1为经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺下，不同浓度的BTCA对于纯棉牛仔布折皱回复角的影响。其中电晕电压为13KV，电晕处理时间为1min，纳米TiO2含量0.1%，JFC 1g/L，紫外光光照射时间30min。

图1 BTCA浓度对整理后的牛仔布的折皱回复角的影响

图2 纳米TiO2浓度对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

由图1可知，随着BTCA浓度的增大，全棉牛仔布折皱回复角逐渐增加，当浓度为125g/L时，正面折皱回复角为231.8°，反面折皱回复角为196.2°。较未处理的牛仔布（正面133.9°，反面115.8°）分别提高了97.9°和80.4°。由图可知，牛仔布正面的折皱回复角比反面的大，这是由于BTCA是交联定型剂，随着BTCA浓度的增加，纯棉牛仔布中纤维素与BTCA反应的几率增大，牛仔布的定型效果增加，其折皱回复角增加。

3.2 纳米TiO2浓度对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

图2为经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺下，不同浓度的纳米TiO2对于纯棉牛仔布折皱回复角的影响。其中电晕电压为13KV，电晕处理时间为1min，BTCA浓度75 g/L，JFC 1g/L，紫外光光照射时间30min。

由图2可知，随着纳米TiO2的百分含量的增大，全棉牛仔布正面的折皱回复角是先增大后减小的，其在0.1%时最大，为195.03°；反面折皱回复角也呈这种趋势，当纳米TiO2浓度为0.5%时，其折皱回复角最大，这是由于纳米TiO2为紫外光催化剂，纳米TiO2的加入，引发牛仔布上的纤维素与BTCA的交联反应，使得折皱回复角增加，但纳米TiO2浓度过高时，纳米TiO2在整理剂中发生团聚，影响了其催化性能，导致折皱回复角降低。

3.3 紫外光光照时间对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

图3为经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺下，不同浓度的对于纯棉牛仔布折皱回复角的影响。其中电晕电压为13KV，电晕处理时间为1min，BTCA浓度75 g/L，纳米TiO2浓度0.1%，JFC 1g/L。

紫外光光照时间（min）

图4 电晕处理电压对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

由图3可知，随着紫外光光照时间的增加，全棉牛仔布的正反面折皱回复角也不断增大，正面最大达到了200.5°，反面最大为171.2°。当紫外光光照时间超过30min后，增加的趋势缓慢，这是BTCA与牛仔布中纤维素的反应完全需要一定的时间，随着光照时间的增加，反应程度增加，折皱回复角增加。

3.4 电晕处理电压对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

图4为经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺下，电晕处理电压对于纯棉牛仔布折皱回复角的影响。其中电晕处理时间为1min，BTCA浓度75 g/L，纳米TiO2浓度0.1%，JFC 1g/L，紫外光光照射时间30min。

由图4可知，随着电晕处理电压的增加，牛仔布正反面折皱回复角都在增加，正面最大达到197.1°，反面为170.4°，但增加趋势并不很明显。电晕能产生的高能辐射，随着电晕电压增大，电晕产生的粒子能量增大，电晕在牛仔布纤维上产生自由基等活性种，增加了牛仔布纤维与BTCA反应的几率和反应活性点，使得折皱回复角有所上升，但电晕辐照存在时效性，且电晕处理效果有限，因此折皱回复角增加幅度不大。

3.5 电晕处理时间对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

图5为经电晕辐照处理后再经高压喷射处理工艺下，电晕处理电压对于纯棉牛仔布折皱回复角的影响。其中电晕处理电晕13kV，BTCA浓度75 g/L，纳米TiO2浓度0.1%，JFC 1g/L，紫外光光照射时间30min。

由图5可知，随着电晕时间的增加，牛仔布正、反面的折皱回复角都在增加。正面最大值达到216.2°，而反面最大值为191.0°。这是由于随着电晕处理时间的增加，电晕处理在牛仔布纤维表面产生了大量自由基，而且随着时间的增加，电晕在纤维表面产生的刻蚀作用增强，有利于整理剂向纤维内部渗透，因此折皱回复角增加，但时间过长，电晕的作用会使牛仔布上的靛蓝染料和纤维发生降解，影响牛仔布的风格。

4 结论

采用BTCA为主交联剂，纳米TiO2为紫外光光催化剂，制备了一种无醛的环保型紫外光光催化压皱定型整理剂，并将其应用于牛仔布的压皱定型整理，采用紫外光光催化固化工艺，联合电晕辐照处理和高压喷射处理工艺，制备出压皱定型效果较好的牛仔面料，可替代传统的有醛压皱定型整理剂和热固化定型工艺，实现牛仔面料的清洁化生产。

图5 电晕处理电压对整理后牛仔布的折皱回复角的影响

[1] 中华全国商业信息中心.主要类别服装销量高速增长[J].纺织服装周刊，2010, (16):70.

[2] Mahmoud S. Hassan. Crease recovery properties of cotton fabrics modified by urea resins under the effect of gamma irradiation[J].Radiation Physics and Chemistry, 2009, 78(5):333-337.

[3] 杨栋樑.免烫整理的技术进步与现状(一)[J].印染，2009，（22）:44-47.

[4] A. Nazari, M. Montazer, A. Rashidi.et.al. Nano TiO2 photo-catalyst and sodium hypophosphite for cross-linking cotton with poly carboxylic acids under UV and high temperature[J]. Applied Catalysis A: General, 2009, 371(1-2):10-16.

[5] A. Nazari, M. Montazer, A. Rashidi.et.al.Optimization of Cotton Crosslinking with Polycarboxylic Acids and Nano TiO2 Using Central Composite Design[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 117(5): 2740-2748.

[6] Chyung-Chyung Wang, Cheng-Chi Chen. Physical Properties of Crosslinked Cellulose Catalyzed with Nano Titanium Dioxide[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2005, 97(6): 2450-2456.

[7] Chyung-Chyung Wang, Cheng-Chi Chen. Physical properties of the crosslinked cellulose catalyzed with nanotitanium dioxide under UV irradiation and electronic field[J]. Applied Catalysis A: General, 2005, 293(28): 171-179.

[8] Cheng-Chi Chen， Chyung-Chyung Wang. Crosslinking of cotton cellulose with succinic acid in the presence of titanium dioxide nano-catalyst under UV irradiation[J]. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2006, 40(1): 31-38.

Prepartion Of UV Crumpling Finishing Agent and Study of the Crumpling Treatment on Denim

YUAN Zi-shun1,2, YI Chang-hai1,2*, GAN Hou-lei1,2, TIAN Lei3, YANG Xiao-lin1,2, YU Gang1,2

（1 College of Textile, Wuhan Textile University, Hubei Wuhan 430073, China; 2 Key Laboratory of Green Processing and Functional Textile Materials, Ministry of Education, Wuhan Textile University Wuhan Hubei 430073, China; 3 Guangdong Jun’an Jeans Institute, Shunde Guangdong 528329, China）

In this paper, one kind of nonformaldehyde crumpling finishing agent of UV photocatalysis is prepared by utilizing BTCA as crumpling tackifier, SHP as catalyst, nano-TiO2as photocatalyst and JFC as penetrant, and it is applied to the crumpling process of cotton indigo denim. The crumpling effects of cotton denim in the high-pressure–jet-after-corona process are studied. In addition, what we have discussed is how the factors such as concentration of BTCA, concentration of nanoTiO2, the time of UV radiation, the voltage of corona and the time of corona respectively influence the WRA of denim. These discussion indicate that what influence largely on WRA of denim are concentration of BTCA, concentration of nano TiO2, time of UV radiation and corona, but slightly is voltage of corona. In my study, the most suitable conditions for treating cotton denim are that: the concentration of BTCA is 125g/L；concentration of nano TiO2is 0.1%; the time of UV radiation is 30min; the voltage of corona is 13kV and the time of corona is 3min.

UVPhotocatalysis；Denim; Crumpling Finishing Agent; Wash

TS195.5+9

A

1009－5160(2012)03－0008－04

广东省科技厅资助项目（2010B050900004，2010498B1）.

*通讯作者：易长海（1968-），男，博士，教授，研究方向：牛仔服装清洁化与智能化技术.