專利名稱：提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法
技術領域：
本發(fā)明屬于功能紡織材料技術領域，涉及一種棉纖維表面的改性方法，具體涉及一種提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法。
背景技術：
納米二氧化鈦具有高的光催化活性，良好的耐熱性和耐化學腐蝕性，可以用作催化劑及其載體、納米敏感材料和納米陶瓷功能材料等。納米二氧化鈦顆粒極易產(chǎn)生團聚，導致光催化活性大幅度地降低。因此合成單分散、高質(zhì)量的納米二氧化鈦成為人們研究的重點。目前制備納米二氧化鈦的方法主要有溶膠凝膠法、均勻沉淀法、微乳法和水熱法等，其中水熱技術表現(xiàn)出了較為寬廣的發(fā)展前景，這是因為反應發(fā)生在密閉的系統(tǒng)中，沒有其它雜質(zhì)的引入，制備時溫度低、時間短，得到的納米二氧化鈦顆粒純度高、分散性好、顆粒均勻、晶粒發(fā)育完整、形狀可控，而且能夠得到理想的化學計量組成材料。棉纖維以其優(yōu)良的 透氣和舒適性能備受人們喜愛，但是不具有抵抗紫外線能力，也沒有抗菌性能，因此使用受到很大程度的限制。目前采用水熱法使用硫酸鈦、尿素、殼聚糖和分散劑對棉纖維進行納米二氧化鈦改性，再使用偶聯(lián)劑對包覆的納米二氧化鈦顆粒進行偶聯(lián)增強的相關技術還沒有。納米材料在紡織工業(yè)中的應用主要是通過共混紡絲和后整理兩種方法實現(xiàn)的。共混法的缺點是納米顆粒的制備過程較為復雜，顆粒容易團聚，包埋在纖維內(nèi)部的納米顆粒不能與氧氣和水分接觸，功能不能很好的發(fā)揮出來。使用粘合劑后整理雖然比較簡單，但是粘合劑對納米顆粒也會形成包裹，影響了織物手感等服用性能。使用硫酸鈦和尿素對棉纖維進行改性，雖然能夠在棉纖維表面包覆一層納米二氧化鈦顆粒薄膜，但是在染色過程中納米二氧化鈦薄膜會阻礙染料分子與棉纖維的結(jié)合，使得棉纖維上染百分率和染色深度都不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，解決了納米二氧化鈦包覆棉纖維染色性能不好、納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢度不高的問題，還賦予棉纖維抗紫外線、抗菌的性能。本發(fā)明所采用的技術方案是，提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦的棉纖維改性方法，具體按照以下步驟實施步驟I、對棉纖維進行預處理；步驟2、配置改性溶液，并采用水熱法對棉纖維進行改性處理；步驟3、對改性后的棉纖維進行后處理。本發(fā)明的特點還在于，步驟I具體按照以下步驟實施稱取棉纖維，并將稱取的棉纖維依次浸泡在體積濃度為809Γ90%的丙酮、無水乙醇和去離子水中，于50°C 70°C條件下分別超聲振蕩清洗IOmin 20min，撈取出清洗干凈的棉纖維后于70°C 90°C條件下烘干，得到預處理的棉纖維。步驟I中采用的超聲波頻率為28KHz，功率為100W。步驟2具體按照以下步驟實施I)按照步驟I得到的預處理后的棉纖維質(zhì)量稱取硫酸鈦，預處理后的棉纖維與硫酸鈦的質(zhì)量比為3 :4 8 ;2)按照I)中稱取的硫酸鈦稱取尿素,硫酸鈦和尿素的質(zhì)量比為2 6 :1 5 ;3)稱取去離子水，將I)中稱取的硫酸鈦溶解于去離子水中，硫酸鈦和去離子水的質(zhì)量比為I :20 40，配置成硫酸鈦溶液，再將2)中稱取的尿素加入到硫酸鈦溶液中，劇烈攪拌，得到混合溶液；
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4)按照I)中棉纖維質(zhì)量的5% 10%稱取殼聚糖，按照I)中棉纖維質(zhì)量的4% 8%稱取十六烷基三甲基溴化銨，將稱取的殼聚糖加入3)中配置好的混合溶液中，待殼聚糖溶解后加入稱取的十六烷基三甲基溴化銨，形成改性溶液；5)將步驟I中清洗干凈的棉纖維浸潰在4)中配置好的改性溶液中，浸潰15min 30min ；6)將經(jīng)5)浸潰過改性溶液的棉纖維放入高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的60% 80%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在120°C 150°C條件下恒溫處理2h 4h ;7)待反應結(jié)束后取出棉纖維，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡IOmin 20min，最后于70°C 90°C條件下烘干，得到改性后負載納米二氧化鈦的棉纖維。步驟2中采用的殼聚糖是脫乙酰度為86%、分子量小于2000的殼聚糖。步驟3具體按照以下步驟實施I)按照體積比I :4 8分別量取無水乙醇和去離子水，將無水乙醇倒入去離子水中配置成乙醇溶液，稱取乙醇溶液的質(zhì)量；2)按I)中乙醇溶液質(zhì)量的1% 3%稱取Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，將稱取的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到I)中配置的乙醇溶液中并不斷的攪拌，得到偶聯(lián)劑溶液；3)取步驟2改性后的改性棉纖維加入2)中配置好的偶聯(lián)劑溶液，于不大于40°C的條件下用偶聯(lián)劑溶液對棉纖維進行偶聯(lián)，偶聯(lián)時間為3h 6h ;4)將3)偶聯(lián)完成的棉纖維擠去多余水分后，先置于80°C 100°C烘箱中預烘20min 40min,再放入110°C 130°C的烘箱中焙烘3min 5min,之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各IOmin 30min，最后將漂洗好的棉纖維于80°C 100°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。本發(fā)明的有益效果是，使用硫酸鈦、尿素、殼聚糖和分散劑在水熱環(huán)境中，直接在棉纖維表面包覆納米二氧化鈦顆粒薄膜，再使用偶聯(lián)劑對包覆納米二氧化鈦的棉纖維進行偶聯(lián)增強處理，賦予棉纖維防紫外線、抗菌和自清潔的功能，改善納米二氧化鈦在棉纖維表面包覆不均勻，與棉纖維結(jié)合不牢固，以及改性后棉纖維上染百分率和染色深度不高的問題。通過調(diào)節(jié)硫酸鈦、尿素、殼聚糖和分散劑的用量，控制反應溫度和時間，優(yōu)化出棉纖維最佳改性工藝和配方，本方法節(jié)省原材料，操作簡便。


圖I是棉纖維改性前的掃描電鏡照片；圖2是采用本發(fā)明方法對棉纖維改性后的掃描電鏡照片；圖3是采用本發(fā)明方法對棉纖維改性后表面包覆的納米二氧化鈦顆粒的電子衍射圖；圖4是棉纖維改性前、后的紫外線可見光漫反射光譜曲線。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，具體按照以下步驟實施步驟I、對棉纖維進行預處理；稱取棉纖維，并將稱取的棉纖維依次浸泡在體積濃度為809Γ90%的丙酮、無水乙醇和去離子水中，于50°C 70°C條件下分別超聲振蕩清洗IOmin 20min，撈取出清洗干凈的棉纖維后于70°C 90°C條件下烘干，得到預處理的棉纖維。步驟I中采用的超聲波頻率為28KHz，功率為100W。步驟2、配置改性溶液，并采用水熱法對棉纖維進行改性處理；I)按照步驟I得到的預處理后的棉纖維質(zhì)量稱取硫酸鈦，預處理后的棉纖維與硫酸鈦的質(zhì)量比為3 :4 8 ;2)按照I)中稱取的硫酸鈦稱取尿素,硫酸鈦和尿素的質(zhì)量比為2 6 :1 5 ;3)稱取去離子水，將I)中稱取的硫酸鈦溶解于去離子水中，硫酸鈦和去離子水的質(zhì)量比為I :20 40，配置成硫酸鈦溶液，再將2)中稱取的尿素加入到硫酸鈦溶液中，劇烈攪拌，得到混合溶液；4)按照I)中棉纖維質(zhì)量的5% 10%稱取殼聚糖，按照I)中棉纖維質(zhì)量的4% 8%稱取十六烷基三甲基溴化銨，將稱取的殼聚糖加入3)中配置好的混合溶液中，待殼聚糖溶解后加入稱取的十六烷基三甲基溴化銨，形成改性溶液；5)將步驟I中清洗干凈的棉纖維浸潰在4)中配置好的改性溶液中，浸潰15min 30min ；6)將經(jīng)5)浸潰過改性溶液的棉纖維放入高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的60% 80%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在120°C 150°C條件下恒溫處理2h 4h ;7)待反應結(jié)束后取出棉纖維，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡IOmin 20min，最后于70°C 90°C條件下烘干，得到改性后負載納米二氧化鈦的棉纖維。步驟2中采用的殼聚糖是脫乙酰度為86%、分子量小于2000的殼聚糖。步驟3、對改性后的棉纖維進行后處理；I)按照體積比I :4 8分別量取無水乙醇和去離子水，將無水乙醇倒入去離子水中配置成乙醇溶液，稱取乙醇溶液的質(zhì)量；2)按I)中乙醇溶液質(zhì)量的1% 3%稱取Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，將稱取的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到I)中配置的乙醇溶液中并不斷的攪拌，得到偶聯(lián)劑溶液；3)取步驟2改性后的改性棉纖維加入2)中配置好的偶聯(lián)劑溶液，于不大于40°C的條件下用偶聯(lián)劑溶液對棉纖維進行偶聯(lián)，偶聯(lián)時間為3h 6h ;4)將3)偶聯(lián)完成的棉纖維擠去多余水分后，先置于80°C 100°C烘箱中預烘20min 40min,再放入110°C 130°C的烘箱中焙烘3min 5min,之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各IOmin 30min，最后將漂洗好的棉纖維于80°C 100°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。圖I是棉纖維改性前的掃描電鏡照片?？梢钥闯?，未改性的棉纖維表面比較干凈， 沒有其他附著物。圖2是先使用硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理棉纖維，再使用Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性后的棉纖維的掃描電鏡照片。可以看出，改性后的棉纖維表面包覆了一層薄膜狀物質(zhì)，高倍電鏡照片顯示，該薄膜是由納米級顆粒構(gòu)成。圖3是棉纖維表面包覆的納米二氧化鈦顆粒的電子衍射環(huán)?？梢钥闯?，納米二氧化鈦電子衍射環(huán)分別對應著銳鈦礦相二氧化鈦的(101 )、(004)、(200)、( 105)、(211)和(204)晶面。圖4是棉纖維改性前、后的紫外線可見光漫反射光譜曲線?？梢钥闯?，棉纖維經(jīng)過硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理，以及Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性之后，不僅對紫外線吸收顯著增強，而且對可見光也有所增加。使用活性艷藍R染料對棉纖維進行染色，以評價改性前、后對棉纖維染色性能。染料配方染料用量為2%，浴比為I :50，食鹽為40g/L，碳酸鈉為10g/L，滲透劑JFC為2%。染色工藝50°C入染，15min后加入食鹽，續(xù)染15min后，以2V /min速率升溫至80°C，添加碳酸鈉，染色30min后取出試樣。用2g/L的皂液和2g/L的碳酸鈉溶液，在95°C下皂煮lOmin，浴比為I :30，接著冷水洗滌，自然晾干。根據(jù)GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》用YG571型色牢度測試儀測定棉纖維的摩擦色牢度，根據(jù)標準灰卡樣卡進行評級。用SF300型測色配色儀測定棉纖維在最大吸收波長590mm處的染色深度Κ/S值，選用D65光源，10°視場。根據(jù)國家標準GB/T8629-2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》對硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理，以及Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性后的棉纖維進行洗滌和干燥(選用A型洗衣機，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國家標準GB/T18830-2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定棉纖維的防紫外線性能。通過比較未洗滌的棉纖維和經(jīng)過30次標準洗滌之后的棉纖維的紫外線防護性能，來評價納米二氧化鈦與棉纖維的結(jié)合牢度。從原理方面說明本發(fā)明的有益效果所在(I)棉纖維、硫酸鈦和尿素的用量比例影響著反應生成納米二氧化鈦的多少和棉纖維表面包覆的效果。當棉纖維與硫酸鈦質(zhì)量比為3 :4 8時，可以在棉纖維表面包覆一定厚度的納米二氧化鈦薄膜，同時溶液中不會沉積過多的納米顆粒；當小于3 4時,硫酸鈦用量過大，大部分納米二氧化鈦沉積在溶液底部，易造成浪費；當大于3 :8時，溶液中雖然幾乎沒有納米二氧化鈦沉積，但棉纖維表面附著的納米顆粒太少。當硫酸鈦和尿素的摩爾比為O. I O. 5 :1時，反應比較徹底，生成二氧化鈦為銳鈦礦相；當小于O. I 1時,尿素用量相對較大，溶液過飽和度增加，形核速度加快，產(chǎn)生的晶核數(shù)量增多，在競爭機制影響下，晶粒生長緩慢，晶粒度就會越小，但溶液PH值增大，對棉纖維損傷嚴重；當大于O. 5 :1時，硫酸鈦用量相對較多，溶液過飽和度偏低，前驅(qū)物硫酸鈦水解加劇，晶粒生長加快，晶粒度增大，容易產(chǎn)生團聚現(xiàn)象。(2)使用十六烷基三甲基溴化銨可以控制納米二氧化鈦的晶化程度、形貌以及粒子尺寸。因為納米二氧化鈦的活性隨著晶粒尺度的增大而減弱，晶粒尺寸減小到納米尺度可使禁帶寬度增大，從而使光在空穴h+和電子e_中具有更強的氧化性和還原性，納米顆粒尺度小于載流子的平均自由程，降低了遷移過程中電子和空穴的復合。十六烷基三甲基溴化銨用量為棉纖維質(zhì)量的4 8%時，可以保證生成的納米二氧化鈦晶粒呈納米級，包覆棉纖維比較均勻、致密；當十六烷基三甲基溴化銨用量小于棉纖維質(zhì)量的4%時，納米顆粒易發(fā)生團聚；當十六烷基三甲基溴化銨用量大于棉纖維質(zhì)量的8%時，影響納米二氧化鈦晶體生長。添加殼聚糖是為了提高改性后棉纖維的染色性能。當殼聚糖用量為棉纖維質(zhì)量的5 10%時，不僅在棉纖維表面均勻包覆一層殼聚糖薄膜，而且有助于納米二氧化鈦的附 著；當殼聚糖用量小于棉纖維質(zhì)量的5%時，殼聚糖包覆不完全；當殼聚糖用量大于棉纖維質(zhì)量的10%時，殼聚糖濃度偏高，影響納米二氧化鈦的生長，顆粒易團聚。(3)當反應釜溫度為120 150°C時，棉纖維機械性能損傷較小，能夠生成銳鈦礦相納米二氧化鈦；當反應溫度低于120°C時，納米二氧化鈦晶型發(fā)育不好；當反應溫度高于150°C時，二氧化鈦晶體生長速率加快，因為成核過程是一個放熱過程，溫度的升高不利于水解反應向成核方向進行，使體系中晶核數(shù)量相對較少，而且溫度的升高還會導致能穩(wěn)定存在的臨界晶核尺寸增大。當反應時間為2 4h時,二氧化鈦晶粒尺寸??；當反應時間小于2h時，納米二氧化鈦晶型不好；當反應時間大于4h時，二氧化鈦晶核生長時間延長，晶體逐漸長大，比表面積則隨之降低，晶粒尺寸明顯增大，與棉纖維結(jié)合牢度變差。(4)使用無水乙醇與去離子水的混合溶液，可以緩解Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基的水解速度。當無水乙醇與去離子水體積比為I :4 8時，能夠很好控制偶聯(lián)劑的水解速度；當小于I :4時，偶聯(lián)劑水解緩慢，偶聯(lián)時間延長；當大于I :8時，偶聯(lián)劑水解加快，偶聯(lián)效果變差。使用Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性包覆納米二氧化鈦的棉纖維，能夠增強納米二氧化鈦與棉纖維的附著牢度。當Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基用量為溶液質(zhì)量的I 3%時，納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢固；當小于1%時，偶聯(lián)劑偏少，改性效果變差；當大于3%時，偶聯(lián)劑太多，影響染色和光催化活性。當反應溫度低于40°C，反應時間3 6時，可以提高納米二氧化鈦的附著牢度；當反應溫度高于40°C時，偶聯(lián)劑水解加快。當反應時間小于3h時，偶聯(lián)效果不好；當反應時間大于6h時，浪費時間。偶聯(lián)后的棉纖維在90°C預烘20 40min，110 130°C焙烘3 5min，在納米二氧化鈦與棉纖維之間形成橋接化學反應。實施例I將O. 72g的棉纖維分別浸泡在體積濃度80%丙酮、無水乙醇和去離子水中，于50°C條件下超聲振蕩清洗IOmin后于70°C條件下烘干；將O. 96g的硫酸鈦溶解在19. 2g的去離子水中配制成硫酸鈦溶液，再向硫酸鈦溶液中添加2. 4g的尿素并劇烈攪拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入O. 036g脫乙酰度86%、分子量小于2000的殼聚糖，O. 028g十六烷基三甲基溴化銨，配置稱改性溶液；將清洗干凈的棉纖維浸潰在改性溶液中15min，將浸潰過改性溶液的棉纖維放入體積為IOOmL的高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的60%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在120°C條件下恒溫處理2h，待反應結(jié)束后取出棉纖維 ，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡lOmin，最后于70°C條件下烘干；按體積比I :4，配制200mL無水乙醇與去離子水的乙醇溶液，按乙醇溶液質(zhì)量的1%向混合溶液中滴加Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，并不斷地攪拌，形成偶聯(lián)劑溶液，取改性后的負載納米二氧化鈦的棉纖維放入偶聯(lián)劑溶液，于20°C反應3h，擠去多余水分，先置于100°C烘箱中預烘20min，再放入130°C的烘箱中焙烘3min，之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各lOmin，最后將漂洗好的棉纖維于100°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。使用2%(o. w. f)的活性艷藍R染料對棉纖維進行染色，其中未改性的棉纖維K/S值為3. 5，沒有添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值為I. 6，而添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值增加至2. 9。根據(jù)國家標準GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度測試儀測定棉纖維的摩擦色牢度，未改性和納米二氧化鈦改性的棉纖維摩擦色牢度均為5級。根據(jù)國家標準GB/T8629-2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》，對硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性后的棉纖維進行30次洗滌和干燥(選用A型洗衣機，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國家標準GB/T18830-2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定棉纖維的防紫外線性能，未洗滌的納米二氧化鈦改性棉纖維紫外線防護系數(shù)為68，經(jīng)過30次標準洗滌之后，紫外線防護系數(shù)為65，表明納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢固。實施例2將O. 72g的棉纖維分別浸泡在體積濃度90%丙酮、無水乙醇和去離子水中，于70°C條件下超聲振蕩清洗20min后于90°C條件下烘干；將I. 92g的硫酸鈦溶解在2. 56g的去離子水中配制成硫酸鈦溶液，再向硫酸鈦溶液中添加O. 96g的尿素并劇烈攪拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入O. 07g脫乙酰度86%、分子量小于2000的殼聚糖，O. 057g十六烷基三甲基溴化銨，配置稱改性溶液；將清洗干凈的棉纖維浸潰在改性溶液中30min，將浸潰過改性溶液的棉纖維放入體積為IOOmL的高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的80%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在150°C條件下恒溫處理4h，待反應結(jié)束后取出棉纖維，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡20min，最后于90°C條件下烘干；按體積比I :8，配制200mL無水乙醇與去離子水的乙醇溶液，按乙醇溶液質(zhì)量的3%向混合溶液中滴加Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，并不斷地攪拌，形成偶聯(lián)劑溶液，取改性后的負載納米二氧化鈦的棉纖維放入偶聯(lián)劑溶液，于30°C反應6h，擠去多余水分，先置于80°C烘箱中預烘40min，再放入110°C的烘箱中焙烘5min，之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各30min，最后將漂洗好的棉纖維于80°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。使用2%(o. w. f)的活性艷藍R染料對棉纖維進行染色，其中未改性的棉纖維K/S值為3. 5，沒有添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值為I. 6，而添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值增加至3. 2。根據(jù)國家標準GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度測試儀測定棉纖維的摩擦色牢度，未改性和納米二氧化鈦改性的棉纖維摩擦色牢度均為5級。根據(jù)國家標準GB/T8629-2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》，對硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性后的棉纖維進行30次洗滌和干燥(選用A型洗衣機，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國家標準GB/T18830-2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定棉纖維的防紫外線性能，未洗滌的納米二氧化鈦改性棉纖維紫外線防護系數(shù)為94，經(jīng)過30次標準洗滌之后，紫外線防護系數(shù)為89，表明納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢固。實施例3將O. 72g的棉纖維分別浸泡在體積濃度85%丙酮、無水乙醇和去離子水中，于60°C條件下超聲振蕩清洗15min后于80°C條件下烘干；將I. 44g的硫酸鈦溶解在7. 2g的去離 子水中配制成硫酸鈦溶液，再向硫酸鈦溶液中添加I. 2g的尿素并劇烈攪拌，得到混合溶液，然后向得到混合溶液中加入O. 057g脫乙酰度86%、分子量小于2000的殼聚糖，O. 043g十六烷基三甲基溴化銨，配置稱改性溶液；將清洗干凈的棉纖維浸潰在改性溶液中20min，將浸潰過改性溶液的棉纖維放入體積為IOOmL的高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的70%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在130°C條件下恒溫處理3h，待反應結(jié)束后取出棉纖維，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡15min，最后于80°C條件下烘干；按體積比I :6，配制200mL無水乙醇與去離子水的乙醇溶液，按乙醇溶液質(zhì)量的2%向混合溶液中滴加Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，并不斷地攪拌，形成偶聯(lián)劑溶液，取改性后的負載納米二氧化鈦的棉纖維放入偶聯(lián)劑溶液，于40°C反應4h，擠去多余水分，先置于90°C烘箱中預烘30min，再放入120°C的烘箱中焙烘4min，之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各20min，最后將漂洗好的棉纖維于90°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。使用2%(o. w. f)的活性艷藍R染料對棉纖維進行染色，其中未改性的棉纖維K/S值為3. 5，沒有添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值為I. 6，而添加殼聚糖納米二氧化鈦改性棉纖維Κ/S值增加至3. O。根據(jù)國家標準GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》，用YG571型色牢度測試儀測定棉纖維的摩擦色牢度，未改性和納米二氧化鈦改性的棉纖維摩擦色牢度均為5級。根據(jù)國家標準GB/T8629-2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》，對硫酸鈦、尿素、殼聚糖和十六烷基三甲基溴化銨水熱處理，Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)改性后的棉纖維進行30次洗滌和干燥(選用A型洗衣機，4A洗滌程序，A型干燥程序)，并根據(jù)國家標準GB/T18830-2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定棉纖維的防紫外線性能，未洗滌的納米二氧化鈦改性棉纖維紫外線防護系數(shù)為72，經(jīng)過30次標準洗滌之后，紫外線防護系數(shù)為69，表明納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢固。
權(quán)利要求
1.提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施 步驟I、對棉纖維進行預處理； 步驟2、配置改性溶液，并采用水熱法對棉纖維進行改性處理； 步驟3、對改性后的棉纖維進行后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，所述步驟I具體按照以下步驟實施 稱取棉纖維，并將稱取的棉纖維依次浸泡在體積濃度為809Γ90%的丙酮、無水乙醇和去離子水中，于50°C 70°C條件下分別超聲振蕩清洗IOmin 20min，撈取出清洗干凈的棉纖維后于70°C 90°C條件下烘干，得到預處理的棉纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，所述步驟I中采用的超聲波頻率為28KHz，功率為100W。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，所述步驟2具體按照以下步驟實施 1)按照步驟I得到的預處理后的棉纖維質(zhì)量稱取硫酸鈦，預處理后的棉纖維與硫酸鈦的質(zhì)量比為3 :4 8 ; 2)按照I)中稱取的硫酸鈦稱取尿素,硫酸鈦和尿素的質(zhì)量比為2 6:1 5 ; 3)稱取去離子水，將I)中稱取的硫酸鈦溶解于去離子水中，硫酸鈦和去離子水的質(zhì)量比為I :20 40，配置成硫酸鈦溶液，再將2)中稱取的尿素加入到硫酸鈦溶液中，劇烈攪拌，得到混合溶液； 4)按照I)中棉纖維質(zhì)量的5% 10%稱取殼聚糖，按照I)中棉纖維質(zhì)量的4% 8%稱取十六烷基三甲基溴化銨，將稱取的殼聚糖加入3)中配置好的混合溶液中，待殼聚糖溶解后加入稱取的十六烷基三甲基溴化銨，形成改性溶液； 5)將步驟I中清洗干凈的棉纖維浸潰在4)中配置好的改性溶液中，浸潰15min 30min ； 6)將經(jīng)5)浸潰過改性溶液的棉纖維放入高溫高壓反應釜中，并向高溫高壓反應釜中倒入改性溶液，用去離子水填充使改性溶液的體積為高溫高壓反應釜體積的60% 80%，密封高溫高壓反應釜后，將高溫高壓反應釜放置于均相反應器中，在120°C 150°C條件下恒溫處理2h 4h ; 7)待反應結(jié)束后取出棉纖維，將改性后的棉纖維分別用無水乙醇和去離子水各浸泡IOmin 20min，最后于70°C 90°C條件下烘干，得到改性后負載納米二氧化鈦的棉纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，所述步驟2中采用的殼聚糖是脫乙酰度為86%、分子量小于2000的殼聚糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，其特征在于，所述步驟3具體按照以下步驟實施 1)按照體積比I:4 8分別量取無水乙醇和去離子水，將無水乙醇倒入去離子水中配置成乙醇溶液，稱取乙醇溶液的質(zhì)量； 2)按I)中乙醇溶液質(zhì)量的1% 3%稱取Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)齊U，將稱取的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑緩慢滴加到I)中配置的乙醇溶液中并不斷的攪拌，得到偶聯(lián)劑溶液； .3)取步驟2改性后的改性棉纖維加入2)中配置好的偶聯(lián)劑溶液，于不大于40°C的條件下用偶聯(lián)劑溶液對棉纖維進行偶聯(lián)，偶聯(lián)時間為3h 6h ; .4)將3)偶聯(lián)完成的棉纖維擠去多余水分后，先置于80°C 100°C烘箱中預烘20min 40min，再放入110°C 130°C的烘箱中焙烘3min 5min，之后分別用無水乙醇和去離子水漂洗焙烘干的棉纖維各IOmin 30min，最后將漂洗好的棉纖維于80°C 100°C烘干，即得到包覆納米二氧化鈦的棉纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開的提高染色性能和附著牢度的納米二氧化鈦棉纖維改性方法，具體按照以下步驟實施步驟1、對棉纖維進行預處理；步驟2、配置改性溶液，并采用水熱法對棉纖維進行改性處理；步驟3、對改性后的棉纖維進行后處理。本發(fā)明方法解決了納米二氧化鈦包覆棉纖維染色性能不好、納米二氧化鈦與棉纖維結(jié)合牢度不高的問題，還賦予棉纖維抗紫外線、抗菌的性能。
文檔編號D06M13/513GK102899884SQ20121039867
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者張輝, 朱林林 申請人:西安工程大學