光触媒纺织品自清洁性能测试方法的研究

张清山,王宜满

(福建省纤维检验局，福建 福州 350026)

1 引言

纳米自清洁技术，即具有光催化效应的纳米材料，利用自然光催化分解污染物和细菌等。它具有高催化活性，良好的化学稳定性和热稳定性，无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景的绿色环保技术之一[1]。

亲水（光催化）整理是基于光活性物质的光催化性能[2]，其可与纤维表面的污渍产生光催化净化反应。当纺织品的表面覆盖一层光触媒的时候，在光照的条件下反应所形成的空穴/电子对与表面和空气中有机物结合而发生氧化还原反应，可彻底将其氧化成水等无害物质；另一方面，空穴/电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[O]和氢氧自由基[OH]等活性物质。这些活性物质具有极强的氧化作用，不仅能氧化破坏微生物，也可将有机化学污染物完全氧化破坏，从而起到去污、除臭等自清洁作用[2]。其中常用的光触媒包括纳米二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等[3]。

关于光触媒纺织品，目前评价其相关性能的主要有去除甲醛程度能力、消除臭味程度能力等，但仍无系统评价其自清洁性能的标准，文中通过自建测试标准体系对这一问题进行研究。

2 试验

2.1 试验材料

试剂：纳米TiO2分散液、分散剂六偏磷酸钠、氯化钠等。

试样：20cm×20cm白色纯棉布数块。

2.2 试验仪器

FOM71CLS型欧标缩水率试验机、DHG9148A型电热恒温鼓风干燥箱、PL303型电子天平、GT-7035-UB型耐黄变试验箱、超声波分散仪、D413A型DigiEye数码测色系统等。

2.3 整理液配置流程

将纳米TiO2分散液加入至规定体积的三级水中→超声振荡15min→加入分散剂机械搅拌20min→超声振荡10min→加入其他助剂充分搅拌。

2.4 工艺流程

按GB/T 8629-2001中5A程序对试样洗涤1次→用蒸馏水清洗、烘箱烘干→将织物浸渍于整理液中（浴比1:15，室温，浸泡30min）→二浸二轧（带液率100%）→烘干（80℃预烘10min，150℃焙烘3min）。

2.5 自建测试标准体系

为了能够更好地量化光触媒自清洁纺织品的自清洁能力，经参考相关纺织品测试标准[4]，该论文自建测试标准体系如下：

2.5.1 紫外光源

仪器：GT-7035-UB型耐黄变试验箱、紫外波长：280nm～400nm、功率：30w。

2.5.2 标准污物

取0.05g亚甲基兰，加入30mL三级水中搅拌，搅拌均匀后加入20mL14#机油，1000r/min～2000r/min机械搅拌30min，得深蓝色粘稠油污。

2.5.3 评级方式：GB/T 251-2008 评定沾色用灰色样卡或仪器评级[5]

2.5.4 试验步骤

（1）用移液管移取0.2mL标准污物滴在试样中央，加盖一块聚乙烯薄膜，在薄膜上，用直径64mm，重2.25kg的圆柱形重锤（不锈钢或其它物质）压1min后取下薄膜，静置20min后用灰色样卡或仪器对沾污程度进行评级，然后进行照射测试。

（2）使用培养皿为容器，将一定尺寸大小的负载光触媒织物试样置于其中，盖上培养皿盖，置于光源下照射一定时间，照射结束后再用灰色样卡或仪器对沾污程度进行评级。

2.5.5 自清洁等级

自清洁等级为将照射前的沾色等级减去照射后织物上沾色等级，其中差值越大，则表明试样的光催化自清洁能力越强[6]。

3 结果与讨论

按照自建标准测试方法，分别对光触媒整理试样及空白试样进行紫外线照射及自然光照射测试，仪器评级记录自清洁等级，观察光催化自清洁效果。

3.1 紫外光源下不同照射距离对织物自清洁性能的影响

通过8h的紫外灯照射，可发现试样的自清洁等级与照射距离具有一定的关系，试验结果如图1所示。

图1 紫外光源下不同照射距离与自清洁等级的关系

从图1中数据可以发现，光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级随着照射距离的增加而逐渐下降，这主要由于光照能量与照射距离成反比，随着照射距离的增加光照能量逐渐降低，其中在照射距离为20cm时均出现下降。同时通过对比光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级，可以知道光触媒整理试样的自清洁等级均高于空白试样，表明光触媒整理试样具有一定的自清洁效果，但由于其自清洁等级均不高，表明整理试样的光催化自清洁能力不高，这可能与光触媒整理工艺有关，促使部分纳米二氧化钛聚集失效。

3.2 紫外光源下不同照射时间对织物自清洁性能的影响

通过照射距离20cm的紫外灯照射，可发现试样的自清洁等级与照射时间具有一定的关系，试验结果如图2所示。

图2 紫外光源下不同照射时间与自清洁等级的关系

从图2中数据可以发现，光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级随着照射时间的增加而逐渐增加，这主要由于光照能量与照射时间成正比，随着照射时间的增加光照能量逐渐提高，其中在照射时间为12h时出现提高，且参考HG/T 3689-2001鞋类耐黄变试验方法中试验时间后可得试验时间为12h比较适合。同时通过对比光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级，可以知道光触媒整理试样的自清洁等级均高于空白试样，表明光触媒整理试样具有一定的自清洁效果，但由于其自清洁等级均不高，表明整理试样的光催化自清洁能力不高，这可能与光触媒整理工艺有关，促使部分纳米二氧化钛聚集失效。

3.3 自然光下不同照射时间对织物自清洁性能的影响

由于自然光中紫外线较少，仅占总光能4%左右，单纯使用紫外线作为光源进行测试，虽然可以加速自清洁速度，但是不能反映出在自然光线下的自清洁能力和速度，因此，自然光下的自清洁能力探讨也是必不可少的。选择实验时间为福州地区2012年10月9: 00～17: 00, 一天之中自然光的照射强度均会处于不断变化之中,通过自然光下的照射，可发现试样的自清洁等级与照射时间具有一定的关系，试验结果如图3所示。

图3 自然光下不同照射时间与自清洁等级的关系

从图3中数据可以发现，光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级随着照射时间的增加而逐渐增加，这主要由于光照能量与照射时间成正比，随着照射时间的增加光照能量逐渐提高,这与实验室中紫外光源下不同照射时间对织物自清洁性能的影响趋势是一致的。同时通过对比光触媒整理试样与空白试样的自清洁等级，可以知道光触媒整理试样的自清洁等级均高于空白试样，表明光触媒整理试样具有一定的自清洁效果，但由于其自清洁等级均不高，表明整理试样的光催化自清洁能力不高，这可能与光触媒整理工艺有关，促使部分纳米二氧化钛聚集失效[7]。

3.4 耐洗性测试

针对光触媒整理试样与空白试样进行耐洗性测试，其中洗涤程序为GB/T 8629-2001 5A程序[8]、干燥程序为悬挂晾干，分别连续洗涤5次、10次、20次，水洗后样品分别进行紫外光及自然光下照射测试，测试结果如表1所示。

表1 不同洗涤次数后试样的自清洁等级

由表1中数据可知：光触媒整理试样的自清洁等级随着洗涤次数的增加而逐渐降低，这主要由于样品经过光触媒整理加工，随着洗涤次数的增加，样品上的光触媒整理剂逐渐减少，导致其功能整理效果逐渐降低。而空白试样由于未经过功能整理，因此洗涤前后的自清洁等级基本一致。

从表中数据还可发现，光触媒整理试样经过5次洗涤后其自清洁等级已出现较大幅度的降低，已基本接近于空白试样的自清洁等级，表明其自清洁效果已基本失去，这主要由于光触媒整理工艺不够完善。同时，由以上数据分析可发现通过自建测试标准体系进行的自清洁等级测试同样能够较好地区分不同洗涤次数后各种样品的自清洁性能，为相关产品的科研生产、统一质量评价方法提供依据。

4 结论

（1）光触媒整理试样的自清洁等级随着照射距离的增加而逐渐下降，通过以上数据及参考HG/T 3689-2001鞋类耐黄变试验方法确定照射距离为20cm。

（2）光触媒整理试样的自清洁等级随着照射时间的增加而逐渐提高，通过以上分析确定照射时间为12h。

（3）经过光触媒后整理的织物，其自清洁等级随着洗涤次数的增加而逐渐降低。

（4）针对目前光触媒纺织品自清洁标准的缺失状况，利用亚甲基兰，设计了一套自建测试标准体系，经过实际测试检验，可以恰当地、直观地表征光触媒纺织品的自清洁能力，为相关产品的科研生产、统一质量评价方法提供依据。

[1]A.Bozzi，T.Yuran ova，I.Guasaquillo，D.Laub and J.Kiwi.Self-cleaning of modified cotton textiles by TiO2at low temperatures under daylight irradiation[J].Temperature, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2005, (25) :156-164.

[2]胡海霞，孟家光，郝凤鸣.纳米自清洁羊绒针织品的研究与开发[J].针织工业，2009（6）：54～56.

[3]A.Bozzi，T.Yuran ova，J.Kiwi.Selfcleaning of wool、polyamide and polyester textiles by TiO2rutile modification under daylight irradiation at ambient[J].Temperature, Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, 2005, (172) : 27-34.

[4]HG/T 3689-2001.鞋类耐黄变试验方法[S].

[5]GB/T 251-2008.纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡[S].

[6]张路遥，张健飞，杜袆伟.纳米光触媒自清洁纺织品及其标准化评价[J].山东纺织科技，2007（5）：47-49.

[7]郭旭侠，宋明凯，丑修建，陈庆华.纳米TiO2光催化材料的研究现状及展望[J].沈阳航空工业学院学报，2004，21（1）：43-46.

[8]GB/T 8629-2001.纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序[S].