【棉织物抗皱性和抗紫外线性能探究6000字（论文）】

棉织物抗皱性和抗紫外线性能探究目录目录 31 序言 42 机理 42.1 抗紫外机理 42.2 抗菌机理 43 试验 53.1 材料 53.2 纳米氧化锌整理剂的制备 53.3 整理工艺 63.4 性能测试 64 结果与讨论 64.1 整理剂的XRD表征 64.2 整理织物的性能 74.3 分散剂对纳米分散性的影响 94.4 纳米整理液的tem和纳米粒径分析 95 结论 10参考文献 13序言纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多特殊的性质，呈现出表面效应、体积效应和量子隧道效应，具有非迁移性、荧光性、压电性、光吸收和散射紫外光能力。其可用于制备压敏电阻、变阻器、磁性材料、荧光体、紫外线屏蔽剂、气体传感器、图像记录材料、高效催化剂和光催化剂、抗菌整理剂等。纳米氧化锌粒径小于100mm，远小于紫外线的波长，因而吸收紫外线能力强。其折射率为2．03，对紫外光具有一定的散射能力，可减少照射方向的紫外线强度。此外，还有耐热、无毒、无刺激、安全有效、性能稳定等优点。纳米氧化锌在阳光尤其是在紫外光照射下，能自行分解出自由电子(e-)，同时留下带正电的空穴(h+)。空穴可激活氧，变成活性氧[O]，而[O]能与多种微生物发生氧化反应，起到杀菌作用。本试验采用溶胶一凝胶法制备纳米氧化锌功能整理剂，并测试了整理后织物的抗紫外和抗菌等性能。机理抗紫外机理当纳米ZnO颗粒粒径小于100nm时,其禁带宽度增加到4.5eV(相当于大部分紫外光的能量),使得纳米ZnO吸收紫外线能力强。这是由于纳米ZnO具有量子尺寸效应，对特定波长的光吸收带有蓝移现象,对各种波长光的吸收带有宽化现象。纳米ZnO的紫外线吸收性能就是利用这两个特性,因此纳米ZnO在较宽的紫外范围内有较强的屏蔽作用。抗菌机理传统的ZnO也具有抗菌性能,可用金属离子溶出机理解释，游离出来的锌离子具氧化还原性,并能与有机物(硫代基、羧基、羟基)反应,与细菌细胞膜及膜蛋白结合,破坏其结构使其失去活性,从而达到抗菌的目的。其抗菌能力也与其表面的空穴数量有关,当其表面具有尽可能多的空穴时,就会产生更多的电子,同时空位也可直接参与反应,使其具有更高的杀菌性能。纳米ZnO颗粒由于粒子粒径达到纳米级，除具有传统ZnO的抗菌作用外,可用光催化机理解释。它具有纳米粒子特有的表面界面效应,可增加ZnO与细菌的亲和力,提高抗菌效率。在紫外光照射下,价带中的电子会激发到导带,形成自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+),可以激活水和空气中的氧为活性氧,活性氧具有强化学性,能与细菌中的有机物发生氧化还原反应而杀死细菌,纳米ZnO的抗菌机理为两种机理共同作用结果，其抗菌性能增强。同时,粒径越小,纳米ZnO的抗菌性能越强[2]。试验材料织物纯棉织物29．5texX29．5tex425根／10cmX228根／10cm试剂二水合醋酸锌[Zn(CH2CO0)2•2H20，分析纯]，一水合氢氧化锂(LiOH•H20，分析纯)，无水乙醇(分析纯)，牛肉浸膏(生化试剂)，营养琼脂培养基(生化试剂)等。纳米氧化锌整理剂的制备采用改进的溶胶．凝胶法制备纳米氧化锌溶胶，试验步骤如下：①将一定量的zn(Ac)2•2H20以80℃水浴加热，搅拌溶于适量无水乙醇中；然后在250mL平底烧瓶中回流2h左右，得溶液A。②称取一定量LiOH•H20溶于适量乙醇中，室温超声波处理15min左右(超声频率100Hz)，得溶液B。③在磁力搅拌器强烈搅拌作用下，用滴液漏斗将溶液B逐滴加入到溶液A中，得纳米氧化锌溶胶。将其再与分散剂等助剂按一定比例混合，即制得纳米氧化锌整理剂。整理工艺制备的纳米氧化锌以浸轧法施加到织物上，工艺如下：织物二浸二轧(轧余率为70％-80％)-烘干(80℃X3min)-焙烘焙烘条件100℃X3min，120℃X3min．140℃X3min，160℃X3min和160℃X30s性能测试(1)x-射线粉末衍射自制纳米氧化锌在水浴中低温蒸干，于100℃干燥2h后得到粉末，在RigakuD／max-2500型x-射线粉末衍射仪(日本理学)上测试。(2)抗紫外线性能参照AATCCTestMethod183-2000，其效果用紫外线防护因子(uPF)表示。UPF值越高，则抗紫外线性能越好。(3)抗菌性能参照FZ／T73023-2006及GB／T20944．2O-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》。测试结果以抑菌率表示。(4)耐皂洗牢度参照GB／T3921．3-1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度试验》。(5)白度将样品叠成四层，分别放在WSD-3U型全自动白度仪上测试，取平均值。(6)断裂强力按照GB／T3923．1-l997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测定。(7)透气性采用YC461型织物透气仪，测定织物在一定压力差条件下单位时间内通过的空气量Q(L／m2•S)。按照GB／T5453-1997《纺织品织物透气性的测定》测试。结果与讨论整理剂的XRD表征向上述已经制备出来的溶胶体系中加入约两倍体积的正己烷，生成白色沉淀。待沉淀完全，离心除去清液，并用无水乙醇洗涤干燥得到样品。样品的结构表征采用X-射线衍射仪。最终产物晶型的主要衍射晶面参数与标准卡片PDF:36­­－1451六角纤锌矿型氧化锌的主要晶面参数符合良好。产物状态为半透明至不透明的溶胶状液体，没有沉淀、没有肉眼可见的颗粒状物质存在。制得的ZnO粒度用谢乐公式估算为纳米级。产物主要成分的XRD谱图中的三个主要衍射峰对应的2θ角分别位于标准卡片PDF:36­­－1451六角纤锌矿型氧化锌中三个主要衍射峰对应2θ角附近。晶粒度计算：由谢乐(Scherrer)公式，式中：KScherrer常数，其值为0.89；λX射线的波长(Cu靶)，其值为0.15405nm；β衍射线半高峰强度处因晶粒细化引起的宽化度(FWHM)；θ衍射角。由主要晶面(100)计算实验制备纳米ZnO的粒径为20nm左右。整理织物的性能水洗后织物的UPF值会有一定的上升，160℃,3min和160℃,30s时的浸轧工艺可以高达90.6。这是由于水洗后，织物的厚度会进一步的上升，织物经润湿再干燥后时，但由于纤维和纱线间摩擦阻力关系，织物仍将保持收缩时的状态，其面积往往缩小。所以经过浸湿后自然干燥的织物，厚度增加，其防护系数UPF值也随之增加。织物经纳米ZnO整理前后的UPF值见表2。数据表明，整理前UPF值为7.87，经过纳米ZnO整理后的织物，UPF值随着浸轧温度的升高而提高，在160℃,3min和160℃,30s时UPF值最高，分别为77.6和77.7，UPF等级都为50+，抗紫外性能明显提高。为了测试织物整理效果的耐久性，对其进行皂洗后抗紫外性的测试。皂洗参照国标GB/T3921.3—1997方法，洗涤条件如下：皂液：标准皂片5g/L；无水碳酸钠：2g/L；温度：（60±2）℃；时间：30min；浴比：50∶1。整理前织物的亨特白度为93.19，甘茨白度为78.66。焙烘温度不超过160℃时，甘茨白度和亨特白度的变化都不明显。但当温度从140℃上升至160℃时，织物的甘茨白度从74.85下降到60.39,对比整理后织物在160℃，30s时的亨特白度较好，为92.62。由于在高温焙烘下棉织物本身变黄，导致织物白度急剧下降，严重影响织物的外观和使用价值。对比不同焙烘温度下的整理织物，得出160℃,3min和160℃,30s时的织物的抗紫外性最好，但160℃,3min时断裂强力和白度都有明显下降。因此得出最佳焙烘温度和时间为160℃,30s：测试表明,未经整理剂整理过的织物上菌落数极多,不具备抗菌性能。而经过纳米ZnO整理剂整理过的织物抗菌率可达到99.97%。说明纳米ZnO的抗菌性能很好。试验中还表明了整理后的织物经过洗涤之后，抗菌效果依然较好，说明其抗菌性能具有持久性。随着无机改性剂用量的增加，分散液的吸光度增加，但到一定浓度后，增加缓慢，甚至有下降的趋势。这是由于无机改性剂的na+离子在zn0表面吸附并形成双电层，使粒子之间发生团聚的引力大大降低，可达到快速分散的目的。随着无机改性剂浓度的增加，因为形成双电层的厚度反比于浓度的平方根，所以浓度太大时，使双电层变薄，导致颗粒分散稳定性下降。根据胶体稳定性的divo理论，胶体质点之间存在范德华力吸引作用，而质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定性取决于质点之间吸引与排斥作用的相对大小,当zeta电位大时，颗粒表面双电层之间的斥力大于颗粒之间的引力，这时分散体系有较好的稳定性。有研究表明加入分散剂后纳米体系的zeta电位大大提高，说明体系的稳定性增加。但由于zno是两性的．它在强酸和强碱的条件下均会发生水解．因此一般选择ph值9～10来制备zno分散液，此时zno在水体系中的电位值大，体系稳定且不会发生水解。在纳米氧化锌的水分散液中加入适量的水溶性聚氨酯，其吸光度在250-350nm范围增加显著，这也说明了本研究采用的水溶性聚氨酯，通过高分子化合物对纳米粒子的空间稳定作用,对纳米分散体系具有助分散效果。有机改性剂硅烷偶联剂对纳米分散性的影响硅烷偶联剂在同一个分子中具有2类化学基因，其结构通式为：rnsix(4—n)，其中一x为可水解基团，水解生成的硅羟基与纳米zno表面存在的羟基形成氢键，形成了单分子膜，减小了纳米颗粒的表面能，降低了纳米颗粒间的强吸附作用；一r是一类非水解的、可与高分子聚合物结合的基因，它与高分子聚合物有着强的亲和力或反应能力。所以，硅烷偶联剂既能与无机物中或其表面的羟基作用，又能与有机物中的长分子链相互作用，起到偶联的功效[2]，可以作为无机物和有机物之间连接的“桥梁”。在纳米氧化锌与水溶性聚氨酯混合时加入硅烷偶联剂，高速搅拌或超声振荡一定时间后，观察纳米氧化锌的分散情况。从图3c可知，加入适量的硅烷偶联剂，使纳米氧化锌整理剂在250-450nm波长范围的吸收增加，与只加入水溶性聚氨酯(图3b)相比，表现为在350-450nm范围的吸收增加更明显。这主要与纳米粒子大小和分散情况有关，说明硅烷偶联剂的加入有利于纳米氧化锌的分散。但分散液中过量的偶联剂会形成有机化改性粉体物理缠接点，造成颗粒聚沉。分散剂对纳米分散性的影响选择加入非离子乳化剂与阴离子乳化剂复配物，其对纳米氧化锌的分散效果如图3d所示，纳米整理剂在190nm-450nm范围的吸收增加，特别是300nm-450nm范围增加显著，这也说明本研究所选的非离子乳化剂与阴离子乳化剂有协同作用，可以降低纳米zno的表面能，提高乳化分散的效果。纳米整理液的tem和纳米粒径分析纳米整理剂中,纳米氧化锌粒子的微观形貌呈单核和多核的微囊式结构.而且更多的是两个或多个单元微囊粘连而成的链状或簇状团聚体,囊壁由改性剂和水溶性聚氨酯互穿混合而成。由于囊壁的空间位阻作用即纳米体系囊式结构的保护,能阻止纳米氧化锌粒子相互直接接触,使体系仍能保持纳米状态,所以团聚仅发生在微囊间,若有外力搅拌或震荡作用,则单元微囊数增加,体系能够恢复分散状态。利用激光粒度仪对纳米整理剂进行粒度分析,其粒度分布如图5所示.平均粒径为97.01nm,且分布均匀,78.82nm的粒子占28.18%,91.28nm的粒子占33.29%,105.7nm的粒子占20.45%,122.4nm的粒子占14.57%,141.8nm的粒子占3.501%,因此,具有了良好的纳米级材料结构。3451.79cm-1是羟基吸收峰，1635.65cm-1对应氨基（-nh2）的面内变形振动产生的谱带，水溶性聚氨酯的氨基甲酸酯基（1730cm-1）被其掩盖，由于异氰酸酯基被封端，异氰酸酯基（2289.52cm-1）的特征吸收峰较弱，1099.27是硅烷偶联剂中si-o-si基的特征吸收峰，在575.93cm-1出现了较宽的吸收峰，是由纳米无机氧化锌形成的。整理前织物的纤维表面清洁光滑，整理后纤维表面覆盖了一层浆膜状物质，但有的纳米颗粒呈现不连续非均匀分布，有的出现堆积现象。这可能是在烘干过程中，纳米体系囊式结构中的囊壁失水收缩，最终完全脱水干瘪所致；另一个原因可能为烘干过程中泳移所致。经过纳米氧化锌整理剂整理后的紫外线透过率在250nm-450nm范围比未处理织物低得多，达到了较好的抗紫外效果。通过计算，用2%纳米整理织物经10次洗涤后的抗紫外指数upf等级达到35；用10%纳米整理织物经10次洗涤后的抗紫外指数upf等级达到50+。根据澳大利亚和新西兰的标准，upf等级在25-39之间，织物的紫外防护性能良好，同样也达到我国规定的抗紫外标准；upf等级50+，织物的紫外防护性能极好。由于水溶性聚氨酯在焙烘时，大分子间可以发生加成反应或与棉纤维大分子中的羟基反应，在织物上形成网状交联结构，从而也使包覆的氧化锌牢固地附着在织物表面，达到较好的耐洗效果。选择适量的无机改性剂、自制水溶性聚氨酯、硅烷偶联剂、非离子/阴离子乳化分散剂等作为分散介质，复配了纳米氧化锌整理剂。通过ft-ir、透射电镜、激光粒度仪对纳米整理剂的结构特性和纳米粒子的状态、粒度等的分析表明自制的中纳米平均粒径97.01nm，纳米粒子在其中为单核和多核的微囊式结构。sem对纳米整理剂在织物表面的存在状态测定结果表明，纳米整理剂在纤维上呈非均匀浆膜分布并可见堆积现象。结论近年来,由于工业的快速发展,致使大气层中的臭氧层遭到严重破坏,紫外线辐射增加。以Zn(Ac)2·2H2O、LiOH·H2O为原料，用溶胶-凝胶法制备出了纳米ZnO整理剂。织物最佳整理工艺为：二浸二轧（轧余率70%-80%）→烘干（80℃，3min）→焙烘（160℃，30s）自制纳米ZnO整理剂的抗紫外和抗菌性能良好。织物经过整理后具有优异的抗紫外，抗菌性能，且耐久性好。纳米ZnO整理对织物的断裂强度，白度和透气性影响不大。有专家认为,过量的紫外线辐射引起各种皮肤病甚至皮肤癌等疾病，增加白内障的发病率。服装在穿着过程中会沾染许多汗液等皮肤分泌物及环境中的污物，在潮湿的条件下，为各种微生物的繁殖提供了良好的环境。病菌在服装纺织品上不断繁殖和分解，使人们受到微生物的侵蚀，也会导致皮炎及其他疾病的发生而损害健康。随着人们物质生活水平的提高，穿着健康是人们对于纺织业提出的新要求。目前,服装面料市场对具有多功能性产品的需求日益增多,如面料不仅需要具备拒水拒油功能,还要具有抗紫外线、抗菌功能等。据国内外文献中介绍，纳米ZnO具有很好的抗紫外效果，并对大肠杆菌，黑曲霉菌，褐青霉菌等都具有较强的抵抗力，而且不会影响织物的其他性能。纳米ZnO由于其尺寸小到1～100nm之间，具有许多特殊的性能,如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,且对人体无伤害。纳米ZnO除了具有传统的抗菌作用外，由于具有颗粒小，表面活性强，分散性好等特点，对普通的细菌，霉菌具有更强的抑菌性。且具有很好的紫外光屏蔽功能。已成为21世纪功能材料领域的研究热点。参考文献[1]纳米氧化锌表面改性及应用研究[J].闵惠玲,黄雅婷,王黎明.印染.2004(16)[2]纳米氧化锌抗紫外织物整理剂的分散性能[J].张涑戎,郭云亮,郭向前.北京服装学院学报.2004(02)[3]溶胶-凝胶技术在纺织品抗紫外整理中的应用[J].张亚鹏,阎克路,宋风霞.印染.2004(07)[4]ZnO纳米粒子结构对光电量子限域特性的影响[J].林艳红,王德军,肇启东,杨敏,张清林.高等学校化学学报.2003(11)[5]功能性纺织品新型后整理