無紡布抗菌劑,紡織抗菌整理劑,針織布抗菌劑,抗菌藥水,面料抗菌消臭劑.docx

納米粉體的分散及對棉織物的抗菌整理研究 滕志強1 朱平2 張建波 王炳 （青島大學 化工學院）1滕志強（1978- ）男，青島大學在讀級研究生，主要從事納米材料功能整理研究。2 聯(lián)系人：朱平（1957-），男，青島大學教授、博導，主要從事功能助劑和功能紡織品研究。 摘要：本文主要研究討論了四種不同類型的分散劑在不同pH值下的分散效果,以及最佳分散劑用量，結(jié)果表明：2%(o.w.f.)的聚丙烯酸鈉在pH值等于9時對3%(o.w.f.)的納米粉體具有良好的分散性。另外，還研究了不同配比的復合納米微粒ZnO/TiO2用于棉織物的抗菌整理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復合納米粉體的抗菌效果要比單一納米粉體的抗菌效果好，證明了納米協(xié)同效應(yīng)的存在。關(guān)鍵詞：低聚丙烯酸鈉 分散性 納米ZnO/TiO2 抗菌整理 協(xié)同效應(yīng)1. 1. 前言近年來，隨著科學技術(shù)的進步和人民生活水平的提高，人們對材料的認識與使用已經(jīng)向多功能化方面發(fā)展，紡織業(yè)亦是如此。在功能性、環(huán)保型紡織品已經(jīng)成為當今世界紡織品市場主流的今天，功能性紡織品的開發(fā)研究己擴展到眾多領(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者歡迎，但是棉織物本身存在一些缺點，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間延長，尤其是一些內(nèi)衣、內(nèi)褲的穿著環(huán)境易滋生細菌，并以人體的新陳代謝產(chǎn)物為營養(yǎng)物質(zhì)迅速繁殖，釋放出令人惡心的臭味。另外，它們還會使棉制品變色、發(fā)霉，誘發(fā)各種皮膚疾病，危害人體健康。由于某些無機材料做成納米級后有優(yōu)越的抗菌功能，同時納米功能材料耐熱、無毒、穩(wěn)定性強，因此納米材料便作為新型的抗菌整理劑首先被選用，來代替對人體有毒性和刺激性的抗菌劑，成為開發(fā)綠色功能紡織品的一個重要方向1。 目前，國內(nèi)外正在研究和應(yīng)用的將納米微粒施加到紡織品上的方法主要有三種2：（a）共混紡絲法 (b)后整理法：吸盡法、涂層法和浸軋法 (c)接枝法。然而，時至今日，納米粉體在紡織品中的應(yīng)用仍然是一項發(fā)展中的技術(shù)，這是因為納米微粒表面活性很大，易發(fā)生團聚，且不易與纖維材料結(jié)合固著，因而，如何使納米粒子均勻地分散在紡織品上，且實現(xiàn)納米粒子與纖維的牢固結(jié)合，是納米功能紡織品開發(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，并對它們的分散性、抗菌性以及它們復合物的協(xié)同效應(yīng)進行了研究。2. 2. 實驗部分2.1 2.1 實驗材料和儀器2.1.1 2.1.1 原料及試劑納米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（天津市化學試劑六廠）；低聚丙烯酸鈉（上海長風化工廠）；染色用粘合劑和滲透劑JFS（煙臺三和化學試劑有限公司）2.1.2 2.1.2 織物規(guī)格經(jīng)過前處理的純棉織物：規(guī)格40*40，支數(shù)133*722.1.3 2.1.3 實驗儀器超聲波清洗器SK5200H（上海科導超聲儀器有限公司）；85-2恒溫磁力攪拌器（常州國華電器有限公司）；HH數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市宏華儀器廠）；EL-400立式氣動小軋車（上海朗高紡織設(shè)備有限公司）；電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；pHs-25型酸度計（上海虹益儀器廠）。2.2 2.2 納米粉體的分散性實驗342.2.1 2.2.1 最佳分散劑和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，攪勻后準確調(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，最后加入0.15g納米復合粉體（ZnO:TiO2=1:1），并用超聲波清洗器振蕩1.5h，然后取出10mL放入 10mL試管中靜置7天，讀取上層澄清液體積。2.2.2 2.2.2 最佳分散劑用量的選擇準確稱取5份不同量的聚丙烯酸鈉分別加入到盛有100mL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10mL放入 10mL試管中靜置7天，讀取上層澄清液體積。2.3 2.3 棉織物抗菌整理工藝52.3.1處方與條件：處方1處方2處方3納米粉體2%3%5% (o.w.f.)分散劑1.4%2%3.4%(o.w.f.)滲透劑1%1%1% (o.w.f.)粘合劑15%15%15% (o.w.f.) 加水至100100100 （ml）浴比： 1:20 pH = 9.2.3.2實驗步驟稱取十五塊重為5.0g的純棉試樣，按2.3.1處方配制納米整理液，每個處方分別按表1配五份整理液，然后將試樣浸在整理液中，在450C下浸30min，最后二浸二軋，軋余率為75%，在800C預(yù)烘5min，1600C焙烘3min，得到1#5#五塊整理試樣。 表1 所用納米ZnO和TiO2的質(zhì)量比值 編號 1# 2# 3# 4# 5#ZnO:TiO2 1:0 0:1 1:1 2:1 3:12.4 抗菌效果測定按紡織行業(yè)標準FZ/T01021-92對棉織物進行抗菌性能測試，所用菌種為金黃色葡萄球菌。2.5 耐洗性測定參照GB/T8629-2001標準，將2g/L的洗滌液和待洗織物放入洗衣機中，按照 4A程序（用于特殊整理織物的洗滌程序）進行洗滌，測定其抗菌性能。3. 3. 結(jié)果與討論3.1分散劑和pH值對分散系統(tǒng)的影響3.1.1 PAA-Na在不同pH值下對納米粉體的分散性影響：表2 分散體系上層清液體積百分數(shù)與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 4 3.6 3.6 1.6 1.6體積百分數(shù) % 100 40 36 36 16 163.1.2 六偏磷酸鈉在不同pH值下對納米粉體的分散性影響：表3 分散體系上層清液體積百分數(shù)與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體積百分數(shù) % 100 50 32 26 20 183.1.3 SDBS在不同pH值下對納米粉體的分散性影響：表4 分散體系上層清液體積百分數(shù)與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 8.0 5.8 2.2體積百分數(shù) % 100 100 100 80 58 223.1.4 硅酸鈉在不同pH值下對納米粉體的分散性影響：表5 分散體系上層清液體積百分數(shù)與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體積百分數(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納米粉體水分散體系均有穩(wěn)定作用。當加入相同量的分散劑時聚丙烯酸鈉在pH=9和pH=10時，納米粉體的水分散體系上層清液的體積百分數(shù)最少，分散效果最好，這是由于分散劑在顆粒表面形成吸附層，產(chǎn)生并強化空間位阻效應(yīng)，使顆粒間的位阻排斥作用能增大，同時，還增大了顆粒表面電位的絕對值，提高了顆粒間靜電排斥作用能6。所以試驗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時使用此分散劑，這是因為在使用中不需要過量調(diào)節(jié)納米粉體水分散體系的pH值，不會給后續(xù)工藝引入雜質(zhì)粒子。3.1 3.1 聚丙烯酸鈉的用量對分散性能的影響37圖1 納米粉體分散體系上層澄清液體積百分數(shù)與分散劑質(zhì)量百分數(shù)關(guān)系由圖1知，上層澄清液的體積隨聚丙烯酸鈉含量的增加先減小后增加，在聚丙烯酸鈉含量為2%時其上層澄清液體積百分數(shù)最小，表明此時分散體系最穩(wěn)定。當聚丙烯酸鈉的含量低于2%和高于2%時分散體系的穩(wěn)定性降低，這是由于聚丙烯酸鈉的含量較低時，它不能完全覆蓋粒子的表面，這樣吸附在某一表面的高分子鏈將同時粘附于另一質(zhì)點的未被覆蓋的表面，通過橋聯(lián)的方式將兩個或多個的質(zhì)點拉在一起，引起絮凝；當加入過量的聚丙烯酸鈉時，達到過飽和吸附，這時伸向水中的鏈就會纏繞在一起，同樣會使顆粒發(fā)生團聚，故聚丙烯酸鈉的加入量有一最佳值，并不是越多越好。3.2 3.2 抗菌性測試結(jié)果抗菌性能測試結(jié)果見表7：表 6 細菌減少百分率試樣編號抗菌率12345納米用量（o.w.f.）2% 81.6 80.4 85.0 85.385.13% 94.0 91.5 95.0 96.2 96.75%96.193.0 99.9 99.9 99.9表7表明，隨著納米粉體用量的增加，抗菌率增加，當用量在3%5%時抗菌性比較好。另外，在納米TiO2中添加部分納米ZnO或在納米ZnO中添加部分納米TiO2，其處理織物的抗菌效果要比單一納米材料的抗菌效果好一些，說明納米TiO2和ZnO之間存在納米協(xié)同效應(yīng)。這主要是由于納米TiO2和ZnO的表面原子所處的環(huán)境和禁帶寬度不同，粒子的表面效應(yīng)存在差異，故對光照尤其是紫外線的吸收有其特征的波段。當納米TiO2和ZnO復合物處理到棉織物上后，能在更寬的波段范圍內(nèi)吸收紫外線，更多的分解出自由移動的帶負電的電子（e）和帶正電的空穴（h+ ），并形成光生電子空穴對，它們與周圍的水和氧反應(yīng)生成更多的O2-、HO、HO2和H2O2，從而更好的把細菌殺死，使織物的抗菌效果得到提高89，但實驗中沒有找出具有最佳協(xié)同效應(yīng)的TiO2和ZnO的混合比例，有待于進一步研究。3.3 3.3 耐洗性取納米粉體用量為3%的4#試樣按照GB/T8629-2001標準中的4A程序進行洗滌，水洗一次、五次和十次后測其抗菌率，結(jié)果見表7：表 7 水洗次數(shù)和細菌減少百分率的關(guān)系水洗次數(shù) 一次 五次 十次抗菌率% 90.5 81.3 73.6 由表7可知，經(jīng)過整理的織物水洗牢度比較好，水洗十次以后織物的抗菌率在70%以上。4. 4. 結(jié)論1、低聚丙烯酸鈉比其它三種分散劑的分散效果好，且在pH=9或10時納米微粒的分散效果最好，懸浮液最穩(wěn)定。2、當納米粉體用量為3%(o.w.f.),低聚丙烯酸鈉用量為2%(o.w.f.)時，納米微粒的分散效果最好。3、納米ZnO的抗菌性比納米TiO2的抗菌性好，納米TiO2/ZnO復合粉體的抗菌性要比單一納米TiO2或ZnO的抗菌性要好，這證明了復合納米粉體協(xié)同效應(yīng)的存在。4、納米粉體用量大于等于3%(o.w.f.)時，棉織物具有很好的抗菌性，且洗滌10次抑菌率仍達70%以上。 參考文獻1 崔少英,張軍英等. 納米陶瓷粉抗菌性能應(yīng)用研究.江蘇陶瓷.2002,35(1):15172 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The experimental results show that 2%(o.w.f.) PAA-Na has the best dispersion stability for 3%(o.w.f.) nano-particle at pH=9. In addition, the composite nano-particle ZnO/TiO2 which are finished to cotton fabric for the antibacterial finishing also have been studied. The results show