紫外線納米二氧化鈦改性高親水滌綸織物的制備

絲綢具有良好的耐清洗性，廣泛應(yīng)用于紡織服裝行業(yè)。然而，絲綢表面上沒有親水性，使用壽命低。因此，有許多關(guān)于絲綢表面親水改造的報(bào)告。等離子體刻蝕改性文獻(xiàn)[11]報(bào)道了滌綸織物的紫外線納米二氧化鈦改性,改性后滌綸織物具有高親水性,織物強(qiáng)度還略有提高,改性時(shí)間較短,是一種有效的改性方法。因此,本文用紫外線納米二氧化鈦對(duì)滌綸織物進(jìn)行改性,并做較全面、系統(tǒng)地分析,揭示產(chǎn)生親水性的機(jī)制,表征其微觀結(jié)構(gòu)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1納米二氧化鈦結(jié)構(gòu)滌綸織物(市售,經(jīng)密470根/10cm;緯密302根/10cm,線密度27.0tex×22.2tex),納米二氧化鈦(粒徑為10~40nm;純度為99%,南京海泰納米材料有限公司)。1.2儀器、檢測(cè)設(shè)備JGW-360型接觸角測(cè)定儀,承德市成惠試驗(yàn)機(jī)有限公司;HitachiS-4800型掃描電鏡,日立公司;DSC2003F3Maia型差示掃描量熱儀,德國(guó)耐馳公司;TU-1901型雙束紫外可見分光光度計(jì)(含反射積分球附件),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;XD-3型X-衍射儀,北京普析通用儀器有限公司;SpeclmmGX型紅外光譜儀,美國(guó)PE公司;YG(B)541D-Ⅱ型全自動(dòng)數(shù)字式織物折皺彈性儀,溫州大榮紡織儀器有限公司;Datacolor110型分光測(cè)色儀,Datacolor公司;LLY-01型電腦控制硬挺度儀,常州正大通用紡織品儀器有限公司;紫外燈1000W(紫外燈距離織物63.5cm,自組裝)。1.3納米二氧化鈦織物的制備將滌綸織物剪成30cm×30cm的試樣。試樣先進(jìn)行潤(rùn)濕,然后在200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的納米二氧化鈦懸濁液中浸漬20min,以使滌綸織物較均勻地黏上納米二氧化鈦。取出織物放在浸水的海綿上,放在紫外燈下進(jìn)行照射。每隔10min將織物在配制的納米二氧化鈦懸濁液中浸漬5min,海綿用清水潤(rùn)濕,以保證紫外線照射時(shí)織物保持濕潤(rùn)。待紫外照射10min(20、30、40、50、60min)后取出布樣,用清水進(jìn)行人工搓洗并晾干,反復(fù)搓洗5次,最后熨燙平整。1.4織物硬度和表面接觸角使用YG(B)541D-Ⅱ型全自動(dòng)數(shù)字式織物折皺彈性儀,根據(jù)GB/T3819—1997《紡織品織物折痕回復(fù)性的測(cè)定回復(fù)角法》測(cè)定織物的彈性回復(fù)角。使用Datacolor110型分光測(cè)色儀,根據(jù)GB/T17644—2008《紡織纖維白度試驗(yàn)方法》測(cè)定L、a、b值,根據(jù)公式計(jì)算白度。使用LLY-01型電腦控制硬挺度儀,根據(jù)ZBW04003-87《織物硬挺度方法,斜面懸臂法》測(cè)定織物的表面硬挺度。使用JGW-360型接觸角測(cè)定儀測(cè)定水滴在滌綸織物表面的接觸角,根據(jù)圖像計(jì)算接觸角。反射紫外光譜用帶積分球的TU-1901型雙束紫外可見分光光度計(jì)在200~400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描;用DSC200F3Maia型差示掃描量熱儀進(jìn)行測(cè)試,溫度150~380℃;X-射線衍射用XD-3型X-衍射儀測(cè)試,衍射角為5°~50°。紅外光譜用SpectrumGX型紅外光譜儀測(cè)試,波數(shù)為4000~500cm2結(jié)果與討論2.1親水性和水壓圖1示出10μL水滴在未改性滌綸織物和改性滌綸織物上消失的時(shí)間。可以看到,隨著紫外光輻照時(shí)間的延長(zhǎng),滌綸織物的親水性迅速增加,水滴消失時(shí)間急劇縮短。未改性滌綸織物的水滴接觸角為155.81°,是超疏水滌綸織物,水滴消失時(shí)間為103.79min。在紫外光輻照60min后,滌綸織物上的水滴在4.11s內(nèi)迅速消失,表明滌綸織物的親水性大幅度增加,超疏水性滌綸織物已經(jīng)改性為高親水性滌綸織物。因此,紫外線納米二氧化鈦對(duì)滌綸織物的改性是高效的。2.2改變絲綢的結(jié)構(gòu)2.2.1滌綸表面的構(gòu)成圖2示出未改性滌綸織物和紫外線納米二氧化鈦改性(60min)滌綸織物表面的掃描電鏡照片。可以看出:未改性的滌綸表面平滑,有光澤,部分地方有小坑;改性后的滌綸表面非常粗糙,整個(gè)表面像包裹了一層其他物質(zhì)。這應(yīng)該是在紫外光照射下,納米二氧化鈦利用空氣中的氧催化氧化滌綸表面層所致,空氣中的氧深入到滌綸的表層內(nèi),所以從表觀上看,這層氧化物不是很致密。這與宏觀顯示的效果相對(duì)應(yīng),紫外納米二氧化鈦改性的滌綸織物表面光澤度下降。2.2.2改性滌綸織物的反射率圖3示出紫外納米二氧化鈦改性前后滌綸織物的反射紫外光譜圖。由圖可知,改性前后滌綸織物和未改性滌綸織物的反射率大致相似。在紫外光波長(zhǎng)為310nm處反射率相同,當(dāng)紫外光波長(zhǎng)小于310nm時(shí),改性滌綸織物反射率略大于未改性滌綸織物;納米二氧化鈦在280~320nm間有1個(gè)很強(qiáng)的吸收峰,如果滌綸表面的物質(zhì)是黏附的納米二氧化鈦,反射光譜在280~320nm區(qū)間的反射率應(yīng)該有明顯的降低,改性滌綸不僅沒有降低,反而有所升高,因此,可以排除改性滌綸表面的物質(zhì)是吸附納米二氧化鈦所致。2.2.3滌綸織物的結(jié)構(gòu)表征圖4為未改性滌綸與經(jīng)紫外線納米二氧化鈦改性60min后滌綸的X-射線衍射圖。由圖可知,改性后滌綸織物和未改性滌綸織物的衍射峰和衍射峰寬相似,而且改性后的衍射峰都低于未改性滌綸織物。結(jié)晶度的計(jì)算公式為未改性滌綸的結(jié)晶度為49.03%,改性后滌綸織物的結(jié)晶度為43.04%,結(jié)晶度下降了5.99%,表明滌綸表面的氧化物未能形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這可能是由于新的氧化物是在紫外光作用和納米二氧化鈦的催化作用下產(chǎn)生的,產(chǎn)生時(shí)的溫度較低,新形成的氧化物分子鏈完全不能運(yùn)動(dòng),所以無(wú)法產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在X-射線衍射圖譜中,沒有明顯的新的衍射峰出現(xiàn)。2.2.4滌綸織物熱性能分析圖5是未改性的滌綸織物與經(jīng)紫外線納米二氧化鈦改性60min后滌綸織物的差示掃描熱量圖。由圖可見,未改性滌綸織物從230.24℃開始熱熔化,在266.24℃完全熔化,熔化峰值溫度為251.12℃。改性后的滌綸織物從237.12℃開始熔化,到265.04℃完全熔化,熔化峰值溫度為252.64℃。峰值溫度升高1.52℃。同時(shí),改性滌綸的吸熱峰面積比未改性滌綸提高7.14%,表明改性滌綸的熱穩(wěn)定性有一定的提高。2.2.5紅外光譜分析圖6示出改性滌綸和未改性滌綸的紅外光譜。改性滌綸在1741、1380和1291cm2.3改良品種絲綢的服用性能2.3.1急彈回復(fù)角紫外線照射的時(shí)間不同,改性滌綸織物折皺回復(fù)角也不同,結(jié)果見圖7。由圖可見,改性后滌綸織物的急彈和緩彈回復(fù)角都呈逐漸上升趨勢(shì),急彈回復(fù)角由307.6°增大到321.0°,提高了4.36%;緩彈回復(fù)角由314.5°增大到331.9°,提高了5.53%,雖然增幅不是很大,但其折皺彈性得到一定的提高。這可能是因?yàn)楦男詼炀]表面變得非常粗糙,纖維之間不易滑動(dòng),在外力作用折疊時(shí),纖維的滑動(dòng)變形小,去除外力后織物容易恢復(fù)到原來的狀態(tài),從而提高了折皺彈性。2.3.2酸度曲線及各部門基本曲線圖8示出未改性滌綸織物與經(jīng)紫外線納米二氧化鈦改性滌綸織物的白度曲線。由圖可知,未改性滌綸織物的白度為94.13%,改性后滌綸織物的白度也在94%左右,由于滌綸織物被氧化部分不具有發(fā)色基團(tuán),因此改性前后白度沒有顯著變化,保持良好。2.3.3滌綸織物表面硬挺度圖9示出未改性滌綸織物與紫外線納米二氧化鈦改性滌綸織物的表面硬挺度曲線。由圖可知,未改性滌綸織物的總抗彎剛度為0.0334cN,而紫外線納米二氧化鈦改性后織物的總抗彎剛度為0.0317cN,因此,織物的表面硬挺度變化不大,保持良好,這可能是因?yàn)樾律傻难趸锊痪哂行碌慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)所致。3改性滌綸織物的其他性能紫外線納米二氧化鈦改性能將超疏水