光催化自清洁汽车用纺织品技术探讨

王金芳，胡海霞

（浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴 312000）

进入21 世纪以来，中国已成为世界上汽车工业发展最快速的国家，据中国汽车工业协会统计，我国2018 年累计生产汽车2780.92 万辆，销售汽车2808.06万辆，连续十年蝉联全球第一，成为名副其实的世界汽车产销第一大国[1]。汽车工业的发展带动汽车用纺织品行业的发展。按照表1 估算，2018 年我国生产汽车所需要的汽车内饰纺织材料高达3.62×105～4.45×105t，折合为5.72×108～8.31×108m2，汽车用纺织品的国内需求量日益增加，也让汽车内饰纺织品的市场空间越来越广阔。调查表明，当前我国汽车内饰纺织品销量每年正以15%～20%的速度递增[2]。中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒认为，汽车用无纺布目前已经占据国内无纺布生产总量的两成。汽车产业的快速发展带动了汽车用纺织品的应用，在拓宽传统纺织品应用范畴的同时，更将内饰织物的舒适性、经济性和功能性纳入了汽车业的发展之中。

表1 汽车用纤维及纺织材料用料估算表

车内环境特别是车内空气的污染和难降解有机物在环境中持续增长，再加上汽车用纺织品用的非织布在生产过程加入大量的粘合剂，这些粘合剂会产生甲醛、苯和甲苯等有害物质，尤其是汽车在太阳底下暴晒的情况下，车内散发出各种有害气味让人难以忍受，对人们的健康造成很大的危害。此外，堆积在内饰织物上的细菌、尘螨和难降解的有机物（由于汽车用纺织品不能拆洗）等严重影响了驾驶员和乘车人员的心情，威胁着人们的健康。研究显示，长时间在此环境下生活或者工作，驾驶员容易疲惫、心情不佳，从而容易发生交通安全事故，乘车人员也容易出现疲劳、情绪低落等不良症状。1989 年，Hickman 的研究表明，驾驶员和乘车人员接触到的一氧化碳、氮氧化合物等污染比行人和骑自行车的人高10 倍甚至几十倍[3]，故车内污染问题务必引起我们高度重视，开发一种环境友好型的具备光催化功能性汽车用纺织品产品成为行业的焦点。

纳米二氧化钛（TiO2）具有性质稳定、光催化活性高、无毒无害以及光照后不发生光腐蚀等优点，半导体材料中TiO2一直扮演着重要的角色，也是人们研究的热点[4-5]。TiO2纳米光催化反应不仅能杀死细菌，而且能降解由细菌释放的有毒化合物。近年来，将纳米TiO2材料与纺织品复合，开发附加值高、功能性强的纺织品也成为一种趋势和热点[4-5]。本研究主要是针对以上问题制备出一种N 掺杂TiO2稳定的整理助剂，对汽车用纺织品进行功能性后整理（主要指汽车制造时用的车体内饰织物，如地毯、蓬盖布、顶棚、门饰和护壁面料等非织造布），开发出一种具有光催化功能性汽车用纺织品产品。

1 实验部分

实验材料：N 掺杂TiO2（平均粒径80nm）；针刺无纺布（189 m2/g）；聚丙烯酸铵为0.5g+聚乙二醇为1.0g，去离子水。

实验仪器：D40-2F 型电动搅拌机，杭州仪表电机厂产；JY98-3D 型超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技股份有限公司产；2000 型纳米粒度仪，英国马尔文公司产；JEM-3010 型透射电镜，日本电子株式会社产；BS110S 型电子天平，北京赛多利斯天平有限公司产。

实验方法：将1g 的TiO2纳米粉体，0.5g 的聚丙烯酸以及0.5g 聚乙二醇依次加入到100mL 的去离子水中，搅拌30min 成混合液，然后采用细胞粉碎剂超声粉碎5min，得到一种稳定分散的纳米TiO2悬浮液。按照浴比为1:20，将针刺无纺布浸入上述悬浮液中保持3min，取出无纺布放入小轧车在一定的压力条件下滚轧2 次，然后将轧后的针刺无纺布试样在温度为150℃的定型烘干机中先倍烘2min，再放入80℃的鼓风干燥箱中正常烘干，即得到具有光催化自清洁功能的纺织品。

2 结果与讨论

2.1 降解酸性橙的光催化性能测试

研究中以酸性橙Ⅱ作为有机物的目标降解物，酸性橙Ⅱ是一种具有代表性的偶氮类染料，它具有苯环、萘环及发色的共轭体系等一系列难降解的化学结构。首先将酸性橙Ⅱ配制成80mg/L 的水溶液，使用盐酸溶液调节pH=3，量取25mL 上述溶液至Pyrex 试管中；然后将汽车用的针刺无纺布试样（1cm×5cm）放入装有酸性橙Ⅱ溶液的Pyrex 试管中；最后将上述Pyrex试管放置于氙灯光催化反应仪中，其中以500W 的氙灯为模拟光源进行光催化降解反应的光源。

在光催化反应过程中，每间隔40min 即从光催化反应仪中取出Pyrex 试管，用一次性吸管吸取5mL 试管中的酸性橙Ⅱ溶液，然后放入高速离心机进行离心萃取，通过紫外风光光度计对萃取的溶液进行吸光度测试，通过朗勃特-比尔(Lambert-Beer)定律分析酸性橙Ⅱ溶液浓度变化，进而对光催化整理的针刺无纺布降解有机物的催化活性进行评价。图1 为N-TiO2光催化降解酸性橙Ⅱ性能图。

图1 N-TiO2 光催化降解酸性橙Ⅱ性能图

从图1 可见，研发的光催化功能性汽车织物对酸性橙Ⅱ有良好的降解作用，经过5h 的氙灯照射，酸性橙Ⅱ的浓度由原来的80.00mg/L 降解为1.15mg/L，降解率达到98.56%。

2.2 降解甲醛的光催化性能测试

依据GB18401-2010，将未整理针刺无纺布和经过纳米TiO2光催化剂整理的针织无纺布试样采用浓度为65%的甲醛溶液处理后，两者在同样的条件下进行24h 氙灯照射，测试上述试样在光照前后的甲醛含量的变化。其中未经过整理的试样甲醛浓度由原来的15400mg/kg 降为10700mg/kg；而经过光催化整理的试样，经过24h 模拟日照后，试样中甲醛溶液浓度由起初的10700mg/kg 下降至430mg/kg，其降解率达到95.98%。

3 结语

制备出的TiO2稳定的整理助剂，对汽车用纺织品进行功能性后整理，采用针织无纺布作为整理对象做科学试验。结果表明，经过该工艺技术制备的功能性无纺布具有良好的光催化自清洁效果。经过5h 的氙灯照射，酸性橙Ⅱ的浓度由原来的80.00mg/L 降解为1.15mg/L,降解率达到98.56%；经过24h 模拟日照后，织物中甲醛溶液的起初浓度为10700mg/kg，光照后试样中的甲醛浓度为430mg/kg，其降解率达到95.98%。