纳米TiO2对棉织物的防紫外线整理

东华大学化学化工与生物工程学院, 上海 201620

纳米粒子是指尺寸为1～100 nm的粒子，又称超细微粒[1]。纳米微粒是由有限数量的原子和分子组成的，它们保持原来物质的化学性质并处于亚稳态的原子团或分子团状态。当物质的线度减小时，其表面原子数的相对比例增大，使单原子的表面能迅速增大[2]。到纳米尺寸时，此种形态的变化反馈到物质结构和性能上就会显示出奇异的效应:小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。用于纺织品的纳米粉体主要有两个作用：(1)在聚合纤维或者纺丝过程中加入纳米粉体，使其渗入到纤维内部，获得一些特殊的效果；(2) 在纺织品后整理时，将纳米粉体加入到浸轧液或者涂层剂中，使纳米粉体进入纤维之间或在织物表面形成薄膜，达到所需效果[3]。纳米TiO2属于一种紫外线屏蔽剂，其防紫外线的原理是，屏蔽剂均匀分布在织物的表面或内部，然后反射或折射照射过来的紫外线，以达到抗紫外线的目的[4]。

1 试验部分

裁剪13块10 g正方形平纹棉织物，其中1块为空白样，12块进行防紫外线整理。12块试样分别对应3种相对分子质量的聚乙二醇(PEG600、PEG800、PEG1000)和4种质量分数的胶体分散液。

(1) 取3 g纳米TiO2和聚乙二醇(PEG600)均匀混合得到质量分数分别为3%、5%、10%、20%的胶体分散液，分别放在4个不同的烧杯中。然后向4个烧杯中分别加入交联剂乙二醛5%(相对织物的质量分数，下同)，有机硅柔软剂1%，非离子表面活性剂曲拉通X-100 1滴(约 0.02 g)，催化剂硫酸铝1%，浴比1∶15。棉织物的质量为10 g，蒸馏水的用量为150 mL，得到不同浓度梯度的防紫外线整理剂，以比较防紫外线性能的差异[5]。

(2) 先将棉织物用水润湿，然后在轧染机上进行二浸二轧，控制轧余率为80%。轧完后进行预烘，条件为85 ℃、60 min，再进行125 ℃、2 min焙烘。然后进行40 ℃流水洗，最后进行干燥[6]，获得防紫外线棉织物。

(3) 取3 g纳米TiO2和聚乙二醇(PEG800)均匀混合得到胶体分散液，方法同(1)；然后对试样进行防紫外线整理，方法同(2)。

(4) 取3 g纳米TiO2和聚乙二醇(PEG1000)进行混合得到胶体分散液，方法同(1)；然后再对试样进行防紫外线整理，方法同(2)。

(5) 测试浸渍法整理的12个棉织物试样及空白样的紫外线防护系数(UPF值)，比较它们之间防紫外线性能的差异[6]。

2 结果与讨论

采用防紫外线透过及防晒保护测试系统进行测试，测得的数据如表1所示。TUVA表示波长为320～420 nm射线的透射率，TUVB表示波长为275～320 nm射线的透射率，TUVR表示日光紫外线的辐射[7]。

表1 测试结果

由表1可知:含不同胶体分散液质量分数的防紫外线整理剂整理的棉织物的防紫外线性能不同，随着胶体分散液质量分数的增大，棉织物的UPF值增大，即防紫外线性能提高；不同相对分子质量的PEG防紫外线整理剂整理的棉织物的防紫外线性能也有一定的差异，利用PEG800配制的胶体分散液在质量分数较小时就能达到比较好的防紫外线效果，而且整体也比较稳定[8]。对于PEG1000，胶体分散液的质量分数为10%时，出现了一个峰值，理论上应该是递增，这个峰值可能是因为在浸轧过程中防紫外线整理剂不均匀导致的。由表1还可知，经过防紫外线整理剂整理后的织物的UPF值都大于空白样，TUVA、TUVB和TUVR都小于空白样，说明整理后的织物都有一定程度的防紫外线效果[9]。并且随着胶体分散液质量分数的增大而逐渐变好，用PEG800作为分散剂时，试样的防紫外线性能已基本达到国家标准，可以被称为防紫外线织物。用PEG1000处理后的织物手感较硬，一般不用于织物的整理。

3 结论

防紫外线整理剂的配方：纳米TiO2和PEG800各3 g，羟基硅油乳液为0.1 g，乙二醛为0.5 g，曲拉通X-100为0.02 g, Al2(SO4)3为0.1 g。

防紫外线整理工艺：棉织物二浸二轧，保证轧余率为80%，轧完后进行预烘，条件为85 ℃、60 min，然后进行125 ℃、2 min焙烘，再进行40 ℃流水洗，最后进行干燥。整理后棉织物的UPF值均提高，棉织物的UPF值基本可提高100%以上，最高可达102.3。