專利名稱：一種采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種棉織物的改性方法，具體涉及一種 采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法。
背景技術(shù)：
棉織物具有優(yōu)良的透氣和舒適性能，但是抗紫外線、抗菌性能較差，因此有必要對(duì) 其進(jìn)行功能性整理。銳鈦礦相納米二氧化鈦粉體具有優(yōu)良的抗紫外線和抗菌性能，將納米 二氧化鈦粉體與棉織物相結(jié)合，可以保護(hù)人們身體免受紫外線侵害、減少疾病傳播和抗菌 的效果，開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景巨大。水熱法制備納米二氧化鈦具有環(huán)境友好，純度高，顆粒均勻，分 散性好，不用高溫灼燒，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品等諸多優(yōu)點(diǎn)。采用水熱法使用鈦酸丁 酯直接在棉織物纖維表面負(fù)載納米二氧化鈦薄膜，通過(guò)優(yōu)化篩選出了最佳整理工藝，改性 后的棉織物具有優(yōu)異的抗紫外線、抗菌效果，而且耐洗滌性能良好。目前有關(guān)使用鈦酸丁酯 對(duì)棉織物負(fù)載納米二氧化鈦薄膜的產(chǎn)品還沒(méi)有。目前納米材料在紡織行業(yè)中的應(yīng)用主要是通過(guò)共混紡絲和后整理兩種方法實(shí)現(xiàn) 的。共混法的缺點(diǎn)是納米粉體的制備過(guò)程比較復(fù)雜，顆粒極易團(tuán)聚，而且包裹在纖維內(nèi)部 不能與氧氣、水分充分接觸，功能不能完全發(fā)揮出來(lái)；使用樹(shù)脂粘合劑的后整理方法比較簡(jiǎn) 單，但粘合劑對(duì)納米顆粒也形成包裹，影響功能的發(fā)揮，而且織物手感等物理機(jī)械性能明顯 下降。有學(xué)者先在棉纖維表面形成氧化鋅晶種，再采用二次生長(zhǎng)法，通過(guò)水熱反應(yīng)促進(jìn)晶體 的生長(zhǎng)，在棉纖維表面得到一定大小的氧化鋅納米棒；或采用二氧化硅溶膠對(duì)棉織物進(jìn)行 預(yù)處理，在低溫水熱條件下，通過(guò)硝酸鋅和六亞甲基四胺反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了納米氧化鋅在棉纖維 表面的一步法在位生長(zhǎng)；或先將納米顆粒均勻分散在整理液中，再對(duì)棉織物進(jìn)行浸漬(軋)、 預(yù)烘和焙烘等處理；或先制備納米二氧化鈦溶膠再對(duì)棉織物進(jìn)行整理；或采用射頻磁控濺 射方法，在棉織物表面沉積二氧化鈦功能納米結(jié)構(gòu)層。上述方法要么不能很好地解決負(fù)載 層不夠均勻、致密，納米顆粒分散性差，與纖維結(jié)合牢度不高等問(wèn)題，要么儀器設(shè)備昂貴，加 工成本較高，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，解決了現(xiàn)有采 用后整理方法處理后的棉織物納米顆粒容易產(chǎn)生團(tuán)聚，納米顆粒與纖維結(jié)合牢度較差，織 物不耐洗滌、透氣性差和手感不好的問(wèn)題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，具體 按照以下步驟實(shí)施
步驟1 將待改性的棉織物在溫度為60 90°C條件下分別用去離子水和濃度為95%的 無(wú)水乙醇反復(fù)超聲振蕩清洗，烘干備用；
步驟2 按照質(zhì)量比為2 4 :1稱取步驟1得到的處理后的棉織物和鈦酸丁酯，以1 10 100的體積比將稱取的鈦酸丁酯溶于去離子水，得到鈦酸丁酯溶液，然后將稱取的處 理后的棉織物浸漬在鈦酸丁酯溶液中處理10 30min，隨后將浸漬有棉織物的鈦酸丁酯溶 液添加到高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體積的60 80%，密封，將密封好 的反應(yīng)釜在80 130°C條件下恒溫處理3 6h，待反應(yīng)結(jié)束后取出棉織物；
步驟3 將上步得到的反應(yīng)后的棉織物，以1 :30 50的浴比，在70 90°C條件下用洗 滌液洗滌10 20min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌，烘干或自然晾干，得到改性后的棉織物。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
其中步驟3中的洗滌液，由2g/L的固體皂片、2g/L的純堿溶于水組成。本發(fā)明的有益效果是，采用水熱技術(shù)使用鈦酸丁酯直接在棉織物纖維表面負(fù)載納 米二氧化鈦薄膜，賦予棉織物抗紫外線、抗菌性能，通過(guò)控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，棉織物和鈦 酸丁酯的用量等工藝參數(shù)，優(yōu)化了整理工藝，該方法節(jié)省原材料，操作簡(jiǎn)便，耐洗滌性能良 好。測(cè)試結(jié)果表明，改性后的棉織物在經(jīng)過(guò)30次洗滌之后，仍然具有優(yōu)異的抗紫外線和抗 菌能力。


圖1是棉織物鈦酸丁酯水熱改性前的掃描電鏡照片；
圖2是采用本發(fā)明方法對(duì)棉織物鈦酸丁酯水熱改性后的掃描電鏡照片； 圖3是采用本發(fā)明方法對(duì)棉織物鈦酸丁酯水熱改性后的X射線衍射譜圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1對(duì)棉織物鈦酸丁酯水熱改性前、后紫外線反射光譜曲線； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例2對(duì)棉織物鈦酸丁酯水熱改性前、后紫外線反射光譜曲線； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3對(duì)棉織物鈦酸丁酯水熱改性前、后紫外線反射光譜曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 將待改性的棉織物在溫度為60 90°C條件下分別用去離子水和濃度為95%的 無(wú)水乙醇反復(fù)超聲振蕩清洗，然后烘干備用；
步驟2 按照質(zhì)量比為2 4 :1稱取步驟1得到的處理后的棉織物和鈦酸丁酯，以1 10 100的體積比將稱取的鈦酸丁酯溶于去離子水，得到鈦酸丁酯溶液，然后將稱取的處 理后的棉織物浸漬在鈦酸丁酯溶液中處理10 30min，隨后將浸漬有棉織物的鈦酸丁酯溶 液添加到高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體積的60 80%，密封，將密封好 的反應(yīng)釜在80 130°C條件下恒溫處理3 6h，待反應(yīng)結(jié)束后取出棉織物；
步驟3 將上步得到的反應(yīng)后的棉織物，以1 :30 50的浴比，在70 90°C條件下用 洗滌液洗滌10 20min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌，烘干或自然晾干，得到改性后的棉織物。 其中的洗滌液，是由2g/L的固體皂片、2g/L的純堿溶于水組成的。圖1和圖2分別是棉織物鈦酸丁酯水熱改性前、后的掃描電鏡照片?？梢钥闯?，棉 織物經(jīng)過(guò)鈦酸丁酯水熱改性之后，纖維表面包覆了一層納米二氧化鈦薄膜。圖3是鈦酸丁 酯水熱改性后的棉織物X射線衍射譜圖。可以看出該納米二氧化鈦薄膜為銳鈦礦型。銳鈦 礦型納米二氧化鈦的晶型結(jié)構(gòu)禁帶寬度大于金紅石礦型的晶型結(jié)構(gòu)，從而使銳鈦礦晶型所產(chǎn)生的空穴電子對(duì)具有更正和更負(fù)的電位，因此對(duì)于大多數(shù)光催化反應(yīng)體系而言，銳鈦礦 型的納米二氧化鈦薄膜具有較高的催化活性。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8629-2001《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》對(duì)鈦酸丁酯改 性后的棉織物進(jìn)行洗滌和干燥(選用A型洗衣機(jī)，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2009《紡織品防紫外線性能的評(píng)定》測(cè)定鈦酸丁酯改性后的棉織物防紫外 線性能。經(jīng)過(guò)30次標(biāo)準(zhǔn)洗滌之后，改性后的棉織物在UVB和UVA波段的光譜透射比T<4. 0%， 紫外線防護(hù)系數(shù)UPF>50，可以用作防紫外線產(chǎn)品。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944. 2-2007《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第2部分吸收法》測(cè) 定鈦酸丁酯改性后的棉織物抗菌效果。鈦酸丁酯水熱改性后的棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌 (ATCC6538)和大腸桿菌(8099)的抑菌率均在95%以上，鈦酸丁酯改性后的棉織物具有抗菌效果。通過(guò)控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，棉織物和鈦酸丁酯的用量等工藝參數(shù)，優(yōu)化出最佳整 理工藝。棉織物、鈦酸丁酯和去離子水的用量比例，填充量，水熱反應(yīng)溫度和時(shí)間等都影響 著產(chǎn)物的晶相、晶化程度、形貌以及粒子尺寸。棉織物與鈦酸丁酯質(zhì)量比為2 4 :1時(shí)，纖 維表面能夠包覆一定厚度的薄膜，納米顆粒與棉纖維結(jié)合牢固，不會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，溶液中 也不會(huì)沉積過(guò)多的二氧化鈦顆粒；當(dāng)小于2 :1時(shí)，鈦酸丁酯用量太大，易造成浪費(fèi)，纖維表 面包覆的薄膜過(guò)厚，不利于納米顆粒的形成，影響織物手感和服用性能；當(dāng)大于4 :1時(shí)，鈦 酸丁酯用量太少，纖維表面沒(méi)有形成連續(xù)的薄膜，防紫外線和抗菌性能受到影響。鈦酸丁酯 和去離子水用量比例控制在1 :10 100時(shí)，纖維表面包覆一定厚度的納米二氧化鈦薄膜， 顆粒不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)溶液中不會(huì)沉積太多的納米顆粒，而且與纖維結(jié)合牢固；當(dāng)小 于1 :10時(shí)，鈦酸丁酯用量太大易造成浪費(fèi)，纖維表面粘附的二氧化鈦太厚，附著牢度不好， 使用過(guò)程中納米顆粒容易脫落；當(dāng)大于1 :100時(shí)，纖維表面粘附的二氧化鈦太少，沒(méi)有形成 連續(xù)的薄膜，影響防紫外線和抗菌性能。溶液填充量在60 80%時(shí)，能夠生成銳鈦礦型納米 二氧化鈦顆粒；當(dāng)小于60%時(shí)，反應(yīng)釜內(nèi)壓力偏低，會(huì)影響納米二氧化鈦的生成；當(dāng)大于80% 時(shí)同樣不利于納米二氧化鈦的生成，反應(yīng)釜安全性也會(huì)受到影響。反應(yīng)溫度和時(shí)間主要影 響產(chǎn)物的晶化程度和晶體的形貌、尺寸，對(duì)生成的晶相也有一些影響。水熱反應(yīng)溫度控制在 80 130°C之間，可以生成銳鈦礦型納米二氧化鈦顆粒；當(dāng)?shù)陀?0°C時(shí)，會(huì)影響納米二氧化 鈦的晶體結(jié)構(gòu)，達(dá)不到防紫外線、抗菌目的；當(dāng)高于130°C時(shí)，棉織物強(qiáng)度損傷較大，喪失了 使用性能。水熱反應(yīng)時(shí)間控制在3 6h之間，可以在纖維表面生成銳鈦礦型納米二氧化鈦 薄膜；當(dāng)?shù)陀?h時(shí)，會(huì)影響納米二氧化鈦的晶化程度，防紫外線性能不好；當(dāng)高于6h時(shí)，生 成的二氧化鈦顆粒會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，粒度明顯增大，表面粗糙度增加易造成脫落。實(shí)施例1
分別稱取10g的棉織物和5g的鈦酸丁酯。棉織物用溫度80°C體積比為1 :1的去離子水 和無(wú)水乙醇溶液在50KHz功率100W條件下超聲振蕩洗滌30min，6(TC烘干，鈦酸丁酯按1 10的比例用去離子水進(jìn)行稀釋；然后將棉織物浸漬在鈦酸丁酯水溶液中l(wèi)Omin，將棉織物 連同鈦酸丁酯溶液一起添加到200ml高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體積 的60%，將密封好的反應(yīng)釜放入80°C烘箱中恒溫處理3h ；待反應(yīng)結(jié)束后，用2g/L皂片，2g/L 純堿溶液，以1 :30浴比在90°C條件下洗滌15min，接著用90°C熱水、冷水反復(fù)洗滌，60°C烘 干。圖4是棉織物采用上述工藝改性前、后的紫外線反射光譜曲線?？梢钥闯觯蘅椢锝?jīng)過(guò)鈦酸丁酯水熱改性之后(30次洗滌后)，對(duì)UVB波段(280 315nm)紫外線的平均吸收能力 提高了 17. 1%，對(duì)UVA波段(315 400nm)紫外線平均吸收能力提高了 7. 4%。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8629-2001對(duì)鈦酸丁酯水熱改性后的棉織物進(jìn)行洗滌和干燥 (選用A型洗衣機(jī)，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2009測(cè)定鈦酸 丁酯水熱改性后的棉織物防紫外線性能。經(jīng)過(guò)30次洗滌之后，改性后的棉織物在UVB和 UVA波段的光譜透射比T=3. 9%，紫外線防護(hù)系數(shù)UPF=51。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944. 2-2007 測(cè)定鈦酸丁酯水熱改性后的棉織物抗菌效果。改性后的棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率 為95. 4%，對(duì)大腸桿菌的抑菌率為96. 9%，具有抗菌效果。實(shí)施例2
分別稱取20g的棉織物和5g的鈦酸丁酯。棉織物用溫度80°C體積比為1 :1的去離子 水和無(wú)水乙醇溶液在50KHz功率100W條件下超聲振蕩洗滌30min，6(TC烘干；鈦酸丁酯按 1 100的比例用去離子水進(jìn)行稀釋；然后將棉織物浸漬在鈦酸丁酯水溶液中30min，將棉織 物連同鈦酸丁酯溶液一起添加到200ml高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體 積的80%，將密封好的反應(yīng)釜放入130°C烘箱中處理6h ；待反應(yīng)結(jié)束后，用2g/L皂片，2g/L 純堿溶液，以1 :30浴比在90°C條件下洗滌15min，接著用90°C熱水、冷水反復(fù)洗滌，60°C烘 干。圖5是棉織物采用上述工藝改性前、后的紫外線反射光譜曲線。可以看出，棉織物經(jīng)過(guò) 鈦酸丁酯水熱改性之后(洗滌30次后)，對(duì)UVB波段(280 315nm)紫外線的平均吸收能力 提高了 24. 6%，對(duì)UVA波段(315 400nm)紫外線平均吸收能力提高了 12. 5%。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8629-2001對(duì)鈦酸丁酯改性后的棉織物進(jìn)行洗滌和干燥(選用 A型洗衣機(jī)，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2009測(cè)定鈦酸丁酯 改性后的棉織物防紫外線性能。經(jīng)過(guò)30次洗滌之后，改性后的棉織物在UVB和UVA波段的 光譜透射比T=3. 6%，紫外線防護(hù)系數(shù)UPF=54。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944. 2-2007測(cè)定鈦酸 丁酯改性后的棉織物抗菌效果。改性后的棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為96. 1%，對(duì)大 腸桿菌的抑菌率為97. 2%，具有抗菌效果。實(shí)施例3
分別稱取15g的棉織物和5g的鈦酸丁酯。棉織物用溫度80°C體積比為1 :1的去離子 水和無(wú)水乙醇溶液在50KHz功率100W條件下超聲振蕩洗滌30min，6(TC烘干；鈦酸丁酯按 1 80的比例用去離子水進(jìn)行稀釋；然后將棉織物浸漬在鈦酸丁酯水溶液中15min，將棉織 物連同鈦酸丁酯溶液一起添加到200ml高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體 積的70%，將密封好的反應(yīng)釜放入120°C烘箱中處理5h ；待反應(yīng)結(jié)束后，用2g/L皂片，2g/L 純堿溶液，以1 :30浴比在90°C條件下洗滌15min，接著用90°C熱水、冷水反復(fù)洗滌，60°C烘 干。圖6是棉織物采用上述工藝改性前、后的紫外線反射光譜曲線。可以看出，棉織物經(jīng)過(guò) 鈦酸丁酯水熱改性之后(洗滌30次后)，對(duì)UVB波段(280 315nm)紫外線的平均吸收能力 提高了 28. 4%，對(duì)UVA波段(315 400nm)紫外線平均吸收能力提高了 19. 0%。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8629-2001對(duì)鈦酸丁酯水熱改性后的棉織物進(jìn)行洗滌和干燥 (選用A型洗衣機(jī)，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830-2009測(cè)定鈦酸 丁酯水熱改性后的棉織物防紫外線性能。經(jīng)過(guò)30次洗滌之后，改性后的棉織物在UVB和 UVA波段的光譜透射比T=3. 5%，紫外線防護(hù)系數(shù)UPF=55。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944. 2-2007 測(cè)定鈦酸丁酯水熱改性后的棉織物抗菌效果。改性后的棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率
6為97. 3%，對(duì)大腸桿菌的抑菌率為98. 6%，具有抗菌效果。 本發(fā)明方法，采用鈦酸丁酯在水熱條件下直接在棉織物纖維表面負(fù)載納米二氧化 鈦薄膜，研究了棉織物、鈦酸丁酯與去離子水用量，反應(yīng)溫度和時(shí)間等因素對(duì)納米二氧化鈦 負(fù)載效果的影響，優(yōu)化出了最佳處理工藝。測(cè)試結(jié)果表明，改性后的棉織物具有良好的抗紫 外線和抗菌性能，而且耐洗滌。該處理工藝安全無(wú)污染，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省原材 料，對(duì)棉織物手感沒(méi)有明顯影響。
權(quán)利要求
一種采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1將待改性的棉織物在溫度為60～90℃條件下分別用去離子水和濃度為95%的無(wú)水乙醇反復(fù)超聲振蕩清洗，烘干備用；步驟2按照質(zhì)量比為2～41稱取步驟1得到的處理后的棉織物和鈦酸丁酯，以110～100的體積比將稱取的鈦酸丁酯溶于去離子水，得到鈦酸丁酯溶液，然后將稱取的處理后的棉織物浸漬在鈦酸丁酯溶液中處理10～30min，隨后將浸漬有棉織物的鈦酸丁酯溶液添加到高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體積的60～80%，密封，將密封好的反應(yīng)釜在80～130℃條件下恒溫處理3～6h，待反應(yīng)結(jié)束后取出棉織物；步驟3將上步得到的反應(yīng)后的棉織物，以130～50的浴比，在70～90℃條件下用洗滌液洗滌10～20min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌，烘干或自然晾干，得到改性后的棉織物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，其特征在于，所述 步驟3中的洗滌液，由2g/L的固體皂片、2g/L的純堿溶于水組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的一種采用鈦酸丁酯對(duì)棉織物進(jìn)行改性的方法，將棉織物在溫度為60～90℃條件下超聲振蕩清洗，烘干，按照質(zhì)量比為2～41稱取棉織物和鈦酸丁酯，以110～100的體積比將鈦酸丁酯溶于去離子水，然后將棉織物浸漬在鈦酸丁酯溶液中處理10～30min，隨后添加到高溫高壓反應(yīng)釜中，并用去離子水填充至反應(yīng)釜體積的60～80%，密封，在80～130℃條件下恒溫處理3～6h，待反應(yīng)結(jié)束后取出棉織物，以130～50的浴比，在70～90℃條件下用洗滌液洗滌10～20min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌，烘干或自然晾干，得到改性后的棉織物。本發(fā)明方法安全無(wú)污染，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)便，節(jié)省原材料，改性后的棉織物具有良好的抗紫外線和抗菌性能，而且耐洗滌。
文檔編號(hào)D06M101/06GK101876144SQ20101021815
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者張輝, 楊璐 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)