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納米粉體的分散及對(duì)棉織物的抗菌整理研究

  近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的提高,人們對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和使用已經(jīng)向多功能化方面進(jìn)展,面料業(yè)亦是如此。在功能性、環(huán)保型面料品已經(jīng)成為當(dāng)今世界布料品市場(chǎng)主流的今天,功能性布料品的開(kāi)發(fā)研究己擴(kuò)展到眾多領(lǐng)域,其中納米材料的應(yīng)用便是其中的一種。天然纖維織物因其服用的舒適性等而深受消費(fèi)者歡迎,但是棉織物本身存在一些缺點(diǎn),如在適宜的條件下,一些病原菌如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠球菌等在棉織物上存在時(shí)間延長(zhǎng),特別是一些內(nèi)衣、內(nèi)褲的穿著環(huán)境易滋生細(xì)菌,并以人體的新陳代謝產(chǎn)物為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)迅速生殖,釋放出令人惡心的臭味。其它,它們還會(huì)使棉制品變色、發(fā)霉,誘發(fā)各種皮膚疾病,危害人體健康。由于某些無(wú)機(jī)材料做成納米級(jí)后有優(yōu)越的抑菌功能,同時(shí)納米功能材料耐熱、無(wú)毒、穩(wěn)定性強(qiáng),因此納米材料便作為新型的抑菌后整理劑首先被選用,來(lái)代替對(duì)人體有毒性和刺激性的抑菌劑,成為開(kāi)發(fā)綠色功能面料品的一個(gè)重要方向。
  目前,國(guó)內(nèi)外正在研究和應(yīng)用的將納米微粒施加到面料品上的方法主要有三種:(a)共混紡化纖織物絲法(b)后后整理法:吸完法、PU涂層法和浸軋法(c)接枝法。然而,時(shí)至今日,納米粉體在面料品中的應(yīng)用仍舊是一項(xiàng)進(jìn)展中的技術(shù),這是因?yàn)榧{米微粒表面活性很大,易發(fā)生團(tuán)聚,且不易和纖維材料結(jié)合固著。因此,如何使納米粒子均勻地分散在面料品上,且實(shí)現(xiàn)納米粒子和纖維的牢固結(jié)合,是納米功能面料品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
  本文借助于粘合劑把納米粉體TiO2和ZnO施加到棉織物上,并對(duì)它們的分散性、抑菌性以及它們貼合物的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了研究。
  2 實(shí)驗(yàn)部分
  2·1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器
  2·1·1 原材料及試劑
  納米ZnO和納米TiO2 (江蘇河海納米科技股份有限公司);十二烷基苯磺酸鈉、六偏磷酸鈉和硅酸鈉(天津市化學(xué)試劑六廠);低聚丙烯酸鈉(上海長(zhǎng)風(fēng)化工廠);上色用粘合劑和滲透劑JFS(煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司)。
  2·1·2 織物規(guī)格
  經(jīng)過(guò)前處理的純棉織物:規(guī)格40/40×133×72。
  2·1·3 實(shí)驗(yàn)儀器
  超聲波清洗器SK5200H(上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司)85-2恒溫磁力攪拌器(常州國(guó)華電器有限公司);HH數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市宏華儀器廠);EL-400站式氣動(dòng)小軋車(chē)(上海朗高面料設(shè)備有限公司);電子天平(北京賽多利斯天平有限公司);pH 25型酸度計(jì)(上海虹益儀器廠)。
  2·2 納米粉體的分散性實(shí)驗(yàn)
  2·2·1 佳分散劑和pH值的選擇
  將0.10g等量分散劑(聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅酸鈉)分別加入到盛有100mL蒸餾水的燒杯中,每種分散劑分別配六份溶液,攪勻后精確調(diào)節(jié)pH值,使含相同分散劑的溶液的pH值依次為5、6、7、8、9、10,后加入0.15g納米貼合粉體(ZnO:TiO2=1:1),并用超聲波清洗器振蕩1.5h,然后取出1OmL放入1OmL試管中靜置7天,讀取上層澄清液體積。
  2·2·2 佳分散劑用量的選擇
  精確稱(chēng)取5份不同量的聚丙烯酸鈉分別加入到盛有1OOmL蒸餾水的燒杯中,依次配成不同含量的水溶液,調(diào)節(jié)pH=9,然后加入0.15g納米粉體(ZnO:TiO2=1:1),并用超聲波清洗器振蕩1.5h,然后取出1OmL放入1OmL試管中靜置7天,讀取上層澄清液體積。
  2·3 棉織物抑菌后整理工藝
  2·3·1 處方和條件
  2·3·2 實(shí)驗(yàn)步驟
  稱(chēng)取十五塊重為5.0g的純棉試樣,按2·3·1處方配制納米后整理液,每個(gè)處方分別按表l配五份后整理液,然后將試樣浸在后整理液中,在45℃下浸3Omin,后二浸二軋,軋余率為75%,在80℃預(yù)烘5min,160℃焙烘3min,得到1#-5#五塊后整理試樣。
  表1 所用納米ZnO和TiO2的質(zhì)量比值
  ————————————————
  | 編號(hào)# | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
  |———|——|——–|——|——-|——|
  | ZnO:TiO2| 1:0 | 0:1 | 1:1 | 2:1 | 3:1|
  ————————————————
  2·4 抑菌效果測(cè)定
  按面料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01021-92對(duì)棉織物進(jìn)行抑菌性能測(cè)試,所用菌種為金黃色葡萄球菌。
  2·5 耐洗性測(cè)定
  參照GB/T8629-2001標(biāo)準(zhǔn),將2g/L的清洗液和待洗織物放入洗衣機(jī)中,按照4A程序(用于非常后整理織物的清洗程序)進(jìn)行清洗,測(cè)定其抑菌性能。
  3 結(jié)果和商量
  3·1 分散劑和pH值對(duì)分散系統(tǒng)的影響
  3·1·l PAA-Na在不同pH值下對(duì)納米粉體的分散性影響
  表2 分散體系上層清液體積百分?jǐn)?shù)和pH值的關(guān)系
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  |分散體系PH值 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |澄清液體積mL | 10 | 4 | 3.6 | 3.6| 1.6 | 1.6|
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |體積百分?jǐn)?shù)% | 100 | 40 | 36 | 36 | 16 | 16 |
  —————————————————————-
  3·1·2 六偏磷酸鈉在不同pH值下對(duì)納米粉體的分散性影響
  表3 分散體系上層清液體積百分?jǐn)?shù)和pH值的關(guān)系
  —————————————————————-
  |分散體系PH值 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |澄清液體積mL | 10 | 5 | 3.2 | 2.6| 2.0 | 1.8|
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |體積百分?jǐn)?shù)% | 100 | 50 | 32 | 26 | 20 | 18 |
  —————————————————————-
  3·1·3 SDBS在不同pH值下對(duì)納米粉體的分散性影響
  表4 分散體系上層清液體積百分?jǐn)?shù)和pH值的關(guān)系
  —————————————————————-
  |分散體系PH值 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |澄清液體積mL | 10 | 10 | 10 | 8.6| 5.8 | 2.2|
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |體積百分?jǐn)?shù)% | 100 | 100 | 100 | 80 | 58 | 22 |
  —————————————————————-
  3·1·4 硅酸鈉在不同pH值下對(duì)納米粉體的分散性影響
  表5 分散體系上層清液體積百分?jǐn)?shù)和pH值的關(guān)系
  —————————————————————-
  |分散體系PH值 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |澄清液體積mL | 10 | 5.6| 3.8 | 2.9| 2.0 | 1.6|
  |————–|——-|——-|——–|——|——–|——-|
  |體積百分?jǐn)?shù)% | 100 | 56 | 38 | 29 | 20 | 16 |
  —————————————————————-
  由表2至表5可知,聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅酸鈉四種分散劑對(duì)納米粉體水分散體系均有穩(wěn)定作用。當(dāng)加入相同量的分散劑時(shí)聚丙烯酸鈉在pH=9和pH=l0時(shí),納米粉體的水分散體系上層清液的體積百分?jǐn)?shù)少,分散效果好,這是由于分散劑在顆粒表面形成吸附層,產(chǎn)生并強(qiáng)化空間位阻效應(yīng),使顆粒間的位阻排斥作用能增大,同時(shí),還增大了顆粒表面電位的絕對(duì)值,提高了顆粒間靜電排斥作用能。所以試驗(yàn)中選用聚丙烯酸鈉作為納米粉體水分散體系的分散劑,且在pH=9時(shí)使用此分散劑,這是因?yàn)樵谑褂弥胁恍枰^(guò)量調(diào)節(jié)納米粉體水分散體系的pH值,不會(huì)給后續(xù)工藝引入雜質(zhì)粒子。

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