专利名称：纤维材料表面纳米化处理方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维类材料表面处理方法，尤其是一种纤维材料表面纳米化处理的方法。
背景技术：
纺织行业纤维类材料，如羊毛、棉花和各种化纤。应用纳米技术对其表面处理使其具有功能性的纺织产品，如防水、防污、透湿的环保服装，发射远红外线的保健服，以及具有防紫外线、防菌、负离子、吸波、抗静电、光催化等，现有对纤维类材料表面处理的方法有表面包裹聚合法，其目的是制得单一稳定的吸着剂，其方法是在纤维类材料表面包裹聚合物；表面改性是对纤维类材料的表面进行性能改变，使纤维表面的光泽、手感、强度达到一些特定的功能，满足一定的用途。但现有的纤维类材料表面处理的方法，采用的是包裹物表面吸附的方式，主要不足为包裹物与纤维材料之间的结合不牢固，不耐洗涤，洗涤次数增多，表面所修饰材料易脱落，失去其优良的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是对纤维材料表面纳米化处理，使其成为具有多功能的产品，目的在于探索该材料表面纳米化处理方法，从而提供一种纤维材料表面纳米化处理方法。
本发明对纤维材料表面纳米化处理的方法是按包裹物先驱体的比例范围配制好溶液，并在溶液中浸泡欲将处理的纤维材料，使先驱体充分均匀吸附在纤维类物质表面，调节pH值，再放入恒温水浴中反应，使包裹物直接生长在纤维表面，形成2～100nm膜后烘干。
其具体方法依次按下列工艺步骤进行(1)按包裹物先驱体1％～5％、OP乳化剂5％～20％、蒸馏水75％～94％的比例范围配制好溶液；(2)将欲处理的纤维材料在上述溶液中，在常温下浸泡30～60分钟，使先驱体充分均匀吸附在纤维类物质表面，浴比为1∶20～80，用pH值调节剂调节溶液pH值在2～12的范围内，放入恒温水浴中，反应温度30℃～95℃，反应时间1～5小时，使包裹物直接生长在纤维物质表面，形成一层纳米膜，膜厚为20～100nm；(3)将上述表面纳米化处理后的纤维材料经柔软处理后放入烘箱中，在60℃～120℃下保温1.5～3小时，进行烘干处理。
其中所述的纤维材料是羊毛或棉或丝或晴纶或绦纶；所述的包裹物是SiO2或ZnO或TiO2或ZrO2或Al2O3；所述的包裹物先驱体为TEOS或Zn(CH3COO)2或Zr(OR)4或TiCl4或Al(OR)3；所述的pH值调节剂是盐酸或草酸或氨水或碳酸氢钠；以上配比范围均为体积百分比。
本发明纤维材料表面纳米化处理方法，采用其包裹物原位生长的方式在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，与现有技术相比，包裹层与纤维结合牢固，不易脱落，耐洗涤，经25次洗涤后，包裹物的含量不低于洗涤前的85％；经SEM分析可看出，表面纳米层均匀，包裹效果良好。该方法设备、工艺过程简单，成本低，处理过的纤维，强度、手感、光泽都优于处理前，而且，根据包裹物的不同，纤维有不同的功能，如包裹物为SiO2、TiO2、ZrO2和Al2O3时，纤维具有远红外功能；包裹物为ZnO时，纤维有抗菌功能；ZnO、TiO2时，纤维有抗紫外线功能等等。
图1是预处理后羊毛SEM照片，其表面比较粗糙，鳞片突出。
图2是纳米化处理后羊毛的SEM照片，其表面相对光滑。
具体实施例方式
实施例1按TEOS 0.5ml、OP乳化剂2.5ml、蒸馏水47ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛0.75g在上述溶液中，在常温下浸泡30分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在2的范围内；放入恒温水浴中，反应温度30℃，反应时间5小时，使反应在羊毛中进行，使SiO2直接生长在羊毛表面；将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在60℃下保温3小时，进行烘干处理，在羊毛表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为20nm左右。
实施例2按TEOS 2.5ml、OP乳化剂10ml、蒸馏水37.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2.5g在上述溶液中，在常温下浸泡60分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用草酸，调节溶液pH值在5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度95℃，反应时间1小时，使反应在羊毛表面进行，使SiO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在120℃下保温1.5小时，进行烘干处理，在羊毛的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为100nm左右。
实施例3按TEOS 1.5ml、OP乳化剂5ml、蒸馏水H2O 43.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛1.5g在上述溶液中，在常温下浸泡45分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在3.5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度65℃，反应时间2小时，使反应在羊毛表面进行，使SiO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在80℃下保温2小时，进行烘干处理，在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为55nm左右。
实施例4按照实施例1、2、3的方法，同样可以对晴纶、丝、棉花和涤纶表面进行处理。
实施例5按正丙醇锆Zr(OC3H7)40.5ml、OP乳化剂2.5ml、蒸馏水47ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛0.75g在上述溶液中，在常温下浸泡30分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在2的范围内；放入恒温水浴中，反应温度30℃，反应时间5小时，使反应在羊毛中进行，使ZrO2直接生长在羊毛表面；将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在60℃下保温3小时，进行烘干处理，在羊毛表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为20nm左右。
实施例6按正丙醇锆Zr(OC3H7)42.5ml、OP乳化剂10ml、蒸馏水37.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2.5g在上述溶液中，在常温下浸泡60分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用草酸，调节溶液pH值在5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度95℃，反应时间1小时，使反应在羊毛表面进行，使ZrO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在120℃下保温1.5小时，进行烘干处理，在羊毛的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为100nm左右。
实施例7按正丙醇锆Zr(OC3H7)41.5ml、OP乳化剂5ml、蒸馏水H2O 43.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛1.5g在上述溶液中，在常温下浸泡45分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在3.5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度60℃，反应时间2小时，使反应在羊毛表面进行，使ZrO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在80℃下保温2小时，进行烘干处理，在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为55nm左右。
实施例8按照实施例5、6、7的方法，同样可以对晴纶、丝、棉花和涤纶进行表面处理。
实施例9按四氯化钛TiCl40.5ml、OP乳化剂2.5ml、蒸馏水47ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛0.75g在上述溶液中，在常温下浸泡30分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在2的范围内；放入恒温水浴中，反应温度30℃，反应时间5小时，使反应在羊毛中进行，使TiO2直接生长在羊毛表面；将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在60℃下保温3小时，进行烘干处理，在羊毛表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为20nm左右。
实施例10按四氯化钛TiCl42.5ml、OP乳化剂10ml、蒸馏水37.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2.5g在上述溶液中，在常温下浸泡60分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用草酸，调节溶液pH值在5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度95℃，反应时间1小时，使反应在羊毛表面进行，使TiO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在120℃下保温1.5小时，进行烘干处理，在羊毛的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为100nm左右。
实施例11按四氯化钛TiCl41.5ml、OP乳化剂5ml、蒸馏水H2O 43.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛1.5g在上述溶液中，在常温下浸泡45分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在3的范围内，放入恒温水浴中，反应温度45℃，反应时间2小时，使反应在羊毛表面进行，使TiO2直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在80℃下保温2小时，进行烘干处理，在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为55nm左右。
实施例12按照实施例9、10、11的方法，同样可以对晴纶、丝、棉花和涤纶进行表面处理。
实施例13
按异丙醇铝Al(OC3H7)30.5ml、OP乳化剂2.5ml、蒸馏水47ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛0.75g在上述溶液中，在常温下浸泡30分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用盐酸，调节溶液pH值在2的范围内；放入恒温水浴中，反应温度30℃，反应时间5小时，使反应在羊毛中进行，使Al2O3直接生长在羊毛表面；将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在60℃下保温3小时，进行烘干处理，在羊毛表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为20nm左右。
实施例14按异丙醇铝Al(OC3H7)32.5ml、OP乳化剂10ml、蒸馏水37.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2.5g在上述溶液中，在常温下浸泡60分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用草酸，调节溶液pH值在5的范围内，放入恒温水浴中，反应温度95℃，反应时间1小时，使反应在羊毛表面进行，使Al2O3直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在120℃下保温1.5小时，进行烘干处理，在羊毛的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为100nm左右。
实施例15按异丙醇铝Al(OC3H7)31.5ml、OP乳化剂5ml、蒸馏水H2O 43.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2g在上述溶液中，在常温下浸泡45分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用草酸，调节溶液pH值在3的范围内，放入恒温水浴中，反应温度75℃，反应时间2小时，使反应在羊毛表面进行，使Al2O3直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在80℃下保温2小时，进行烘干处理，在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为55nm左右。
实施例16按照实施例13、14、15的方法，同样可以对晴纶、丝、棉花和涤纶进行表面处理。
实施例17按醋酸锌Zn(CH3COO)20.5ml、OP乳化剂2.5ml、蒸馏水47ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛0.75g在上述溶液中，在常温下浸泡30分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用碳酸氢钠，调节溶液pH值在12的范围内；放入恒温水浴中，反应温度30℃，反应时间5小时，使反应在羊毛中进行，使ZnO直接生长在羊毛表面；将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在60℃下保温3小时，进行烘干处理，在羊毛表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为20nm左右。
实施例18按醋酸锌Zn(CH3COO)22.5ml、OP乳化剂10ml、蒸馏水37.5ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛2.5g在上述溶液中，在常温下浸泡60分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用氨水，调节溶液pH值在9的范围内，放入恒温水浴中，反应温度95℃，反应时间1小时，使反应在羊毛表面进行，使ZnO直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在120℃下保温1.5小时，进行烘干处理，在羊毛的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为100nm左右。
实施例19按醋酸锌Zn(CH3COO)22ml、OP乳化剂5ml、蒸馏水H2O 43ml的比例配制好溶液，将预处理后的羊毛1.5g在上述溶液中，在常温下浸泡45分钟，使先驱物充分均匀吸附在羊毛表面，pH值调节剂用氨水，调节溶液pH值在10的范围内，放入恒温水浴中，反应温度60℃，反应时间2小时，使反应在羊毛表面进行，使ZnO直接生长在羊毛表面，将上述表面纳米化处理后的羊毛加入柔软剂处理后放入烘箱中，在80℃下保温2小时，进行烘干处理，在纤维材料的表面均匀生长一层纳米膜，膜厚为55nm左右。
实施例20按照实施例17、18、19的方法，同样可以对晴纶、丝、棉花和涤纶进行表面处理。
权利要求
1.一种纤维材料表面纳米化处理方法，其方法是按包裹物先驱体的比例范围配制好溶液，并在溶液中浸泡欲将处理的纤维材料，使先驱体充分均匀吸附在纤维类物质表面，调节pH值，再放入恒温水浴中反应，使包裹物直接生长在纤维表面，形成2～100nm膜后烘干。
2.根据权利要求1所述的纤维材料表面纳米化处理方法，该方法依次按下列工艺步骤进行(1)按包裹物先驱体1％～5％、OP乳化剂5％～20％、蒸馏水75％～94％的比例范围配制好溶液；(2)将欲处理的纤维材料在上述溶液中，在常温下浸泡30～60分钟，使先驱体充分均匀吸附在纤维类物质表面，浴比为1∶20～80，用pH值调节剂调节溶液pH值在2～12的范围内，放入恒温水浴中，反应温度30℃～95℃，反应时间1～5小时，使包裹物直接生长在纤维物质表面，形成一层纳米膜，膜厚为2～100nm；(3)将上述表面纳米化处理后的纤维材料经柔软处理后放入烘箱中，在60℃～120℃下保温1.5～3小时，进行烘干处理。以上工艺步骤中的配比范围均为体积百分比。
3.根据权利要求2所述的纤维材料表面纳米化处理方法，该方法中所述的纤维材料是羊毛或棉或丝或晴纶或绦纶；
4.根据权利要求2所述的纤维材料表面纳米化处理方法，该方法中所述的包裹物为SiO2或ZnO或TiO2或ZrO2或Al2O3；
5.根据权利要求2所述的纤维材料表面纳米化处理方法，该方法中所述的包裹物先驱体为TEOS或Zn(CH3COO)2或Zr(OR)4或TiCl4或Al(OR)3；
6.根据权利要求2所述的纤维材料表面纳米化处理方法，该方法中所述的pH值调节剂可以是盐酸或草酸或氨水或碳酸氢钠。
全文摘要
本发明公开了一种纤维材料表面纳米化处理的方法，其方法是按包裹物先驱体的比例配制好溶液，将欲处理的纤维材料在溶液中浸泡，使先驱体充分均匀地吸附在纤维物质表面，调节pH值再放入恒温水浴中反应，使包裹物直接生长在纤维物质表面，形成20～100nm厚的膜，最后将纳米化处理的纤维材料经柔软处理烘干。经SEM分析可看出，表面纳米层均匀，包裹效果好，处理的纤维强度、手感、光泽都优于处理前，且结合牢固，耐洗涤，经25次洗涤后，包裹物的含量不低于洗涤前的85％，而且根据包裹物的不同，纤维有远红外功能，抗菌功能，抗紫外线功能等，实用于纤维类材料的表面处理。
文档编号D06M11/46GK1558015SQ20041001213
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月19日 优先权日2004年1月19日
发明者许并社, 魏丽乔, 张晓芸, 高峰, 戴晋明, 贾虎生, 王恩过, 卢英兰 申请人:太原理工大学, 山西至诚科技有限公司