专利名称：仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方法
技术领域：
本发明属空气净化织物的制备领域，特别是涉及一种仿生合成低温原位二次生长 法制备空气净化织物的方法。
背景技术：
随着社会经济的迅速发展和生活水平的日益提高，人们对环境品质的要求也越来 越严格。政府大力加强室外绿化建设旨在净化空气，吸收污染。而室内空气的污染程度一 般是室外的2 10倍，极端情况下甚至超过100倍。房屋的内部装修、办公用品及家电的 使用、喷洒杀虫剂、炒菜时释放油烟、吸烟等都是室内空气污染的来源，其中又以甲醛、苯系 物和氨气的浓度最高，对人类健康威胁最大。现代人平均有90%的时间生活和工作在室内， 一个成年人每天呼吸2万次以上，吸入的空气量达到15 20m3，不可避免的吸收了一定量 的有毒气体。因此，由室内空气污染造成的危害已经引起人们的广泛关注，室内空气质量的 好坏已成为影响人们身体健康的重要因素。一些专家认为，继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后，现代人正进入以“室内空气 污染”为标志的第三污染时期。随着健康意识和自我保护意识的增强，对生活质量和室内环 境的要求越来越高，人们开始认识到提高室内空气的品质是健康生活和工作的保障。过去 人们的注意力一直放在室外环境的空气污染及治理上，但近十几年，室内空气质量对人类 身体健康的影响也日益成为全世界普遍关心的问题。因此，治理室内空气污染尤其是去除室内空气中的有机污染物成为国内外科技工 作者研究的热点。目前，去除室内空气污染物的方法主要有物理吸附法、化学中和法、光催 化法、空气负离子法等。但以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高且不能再生使用等缺 陷，不利于可持续发展。考虑到柔性基材(纤维材料)作为载体具有表面积大、易加工成型、 富集污染物和稀释分解产物特殊性能，将光催化剂负载到柔性基材上制备柔性空气净化材 料能有效的提高空气净化的能力，且成本低廉。目前制备方法有浸轧法和涂层法。这两 种方法存在着光催化剂被粘合剂包覆，团聚严重、催化效率低、柔性基材易光氧化降解等问 题。又由于柔性基材不耐高温，限制了光催化剂沉积在柔性基材上进行晶型转换方法的使 用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气 净化织物的方法，该方法简单，成本低，适合于工业化生产；制得的材料空气净化效果好，且 有效的防止了 TiO2对纤维织物的损伤问题，兼有抗菌效果，无二次污染，能够长期使用。本发明的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方法，包括(1)将500 800ml无水乙醇，0. 5 2. 5g催化剂，200 500ml蒸溜水和100 200ml丙酮均勻混合，随后逐滴加入20 50ml硅烷，得到仿生保护抗氧化整理液；(2)将织物浸渍于上述整理溶液中，200 400rpm在室温下持续搅拌4 8h后取出，用蒸馏水和乙醇淋洗，在100 130°C烘干；(3)将上述处理后的织物浸渍于预处理溶液中5 15min，再用去离子水去除织物上过量的电解质，烘干；所述预处理溶液为质量分数为1 3%的二甲基二烯丙基氯化铵、 0. 5 的聚对苯乙烯、20 30%的氯化钠，其余为水；(4)在惰性环境下，将0. 02 0. 15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40 80ml异丙醇中，再加入0. 01 0. 08mol稳定剂，200 500rpm搅拌2 3min，然后继续加 入40 80ml体积比为(40-80) (3-4) 1的异丙醇、抑制剂和去离子水混合液，搅拌 20 60min，加入相对织物重量2%的润湿剂，得到低温前驱体溶胶； (5)织物表面原位合成将经步骤⑶处理的织物浸渍到步骤⑷溶胶中原位合成1 2min，之后在65 70°C下真空烘干，然后在90 95°C下烘干4 5min ；(6)将上述烘干后的织物在沸水中处理1 2h，在40 50°C烘干，即得。所述步骤(1)中的硅烷为3-缩水甘油丙基醚甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷或苯
基三甲氧基硅烷。所述步骤(1)中的催化剂为氯化铵、硫酸铵、钼酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷酸氢铵 或磷酸铵。所述步骤(2)中的织物为非织造布、机织布或针织布。所述织物的纤维选自棉纤维、聚酰亚胺纤维、活性炭纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、 竹纤维、玻璃纤维、粘胶纤维、蚕丝纤维、麻纤维、羊毛纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、 锦纶纤维中的一种或两种混纺纤维。所述步骤(4)中的抑制剂为盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。所述步骤(4)中的稳定剂为二乙胺、三乙胺或三乙醇胺。所述步骤(4)中的润湿剂为曲拉通100或吐温80。本发明制备的空气净化织物可应用于潜艇、医院病房、汽车内部装饰、飞机内部装 饰等室内装饰领域，具有广阔的应用前景和市场前景。本发明直接通过在织物上整理抗光氧化保护层，然后在织物上原位合成光催化 齐U，在沸水中实现光催化剂晶型的转换，制备低温原位合成柔性空气净化织物。本发明将半导体纳米粒子原位生长在纤维织物上，既解决了光催化剂在空气净化 时的粉尘污染问题，又能避免光催化剂在柔性基材上团聚效率下降的问题；柔性空气净化 织物表面的光触媒薄膜具有高亲水性，具有强大的氧化能力，可氧化掉表面的污染物，保持 自身清洁，同时兼有抗菌效果，对有害微生物进行有效的杀灭。柔性织物在可见光下能通过 光催化降解有毒气体，并将其变为无毒无味的物质。有益效果(1)本发明的制备方法简单、成本低，不增加新设备，易于工业化生产；(2)纤维原料来源广，易加工成各种形状，使用方便；(3)本发明制得的材织物气净化效果好，且有效的防止了 TiO2对纤维织物的损伤 问题，兼有抗菌效果，无二次污染，能够长期使用。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)抗氧化整理液的制备将500ml无水乙醇，0. 5g氯化铵，200ml蒸馏水和IOOml丙酮均勻混合，随后逐滴 加入20ml 3-缩水甘油丙基醚甲氧基硅烷，得到仿生保护抗氧化整理液；(2)羊毛织物抗光氧化保护整理将羊毛织物浸渍于上述整理溶液中，200rpm在室温下持续搅拌4h后取出，用蒸馏 水和乙醇淋洗，在100°C烘干；(3)抗光氧化保护整理后的羊毛织物表面预处理将上述处理后的羊毛织物浸渍于预处理溶液中5min，再用去离子水冲洗织物去除 过量的电解质，烘干；所述预处理溶液为质量分数为1 %的二甲基二烯丙基氯化铵、0. 5 % 的聚对苯乙烯、20%的氯化钠，其余为水；(4)低温前驱体的制备在惰性环境下，将0. 02mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40ml异丙醇中，再加入0. Olmol 二乙胺，200rpm搅拌2min，然后继续加入40ml体积比为40 3 1的异 丙醇、盐酸和去离子水混合液，搅拌20min，加入相对织物重2 %的曲拉通100，得到低温前 驱体溶胶；(5)羊毛织物表面原位合成将经预处理后的羊毛织物浸渍到上述低温前驱体溶胶中lmin，之后在65°C下真 空烘干，然后在90°C下烘干4min ；(6)复合空气净化羊毛织物的后处理烘干后的羊毛织物在100°C沸水中处理2h，在50°C烘干，得到复合空气净化羊毛 织物。将本发明制得的复合空气净化功能羊毛织物和普通的活性炭空气净化织物分别 装入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下包括空间，有害气体浓度、时间进行对比 测试，其结果如下
60分钟后净化率(％) 净化材料名称二氧苯 甲苯 甲醛 平均
化氮
本发明复合空气净化羊毛织物 95 905 903 8^5 9Γ ^ 普通活性炭纤维空气净化材料 55.5 70.2 65.4 68.6 64.9实施例2(1)抗氧化整理液的制备
将600ml无水乙醇，2g辛基三甲氧基硅烷，500ml蒸馏水和200ml丙酮均勻混合， 随后逐滴加入50ml硅烷，得到仿生保护抗氧化整理液；(2)棉织物抗光氧化保护整理将棉织物浸渍于上述整理溶液中，400rpm在室温下持续搅拌8h后取出，用蒸馏水和乙醇淋洗，在130°C烘干；(3)抗光氧化保护整理后的棉织物表面预处理将上述处理后的棉织物浸渍于预处理溶液中15min，再用去离子水冲洗织物去除过量的电解质，烘干；所述预处理溶液为质量分数为3%的二甲基二烯丙基氯化铵、的 聚对苯乙烯、30%的氯化钠，其余为水；(4)低温前驱体的制备在惰性环境下，将0. 15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40 80ml异丙 醇中，再加入0. 08mol三乙胺，500rpm搅拌3min，然后继续加入80ml体积比为80 4 1 的异丙醇、硫酸和去离子水混合液，搅拌60min，加入相对织物重2%的吐温80，得到低温前 驱体溶胶；(5)棉织物表面原位合成将经预处理后的棉织物浸渍到上述低温前驱体溶胶中2min，之后在65°C下真空 烘干，然后在95°C下烘干5min ；(6)复合空气净化棉织物的后处理烘干后的棉织物在100°C沸水中处理lh，在50°C烘干，得到复合空气净化棉织物。将本发明制得的复合空气净化功能棉织物和普通的活性炭空气净化材料分别装 入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测 试，其结果如下
60分钟后净化率(％) 净化材料名称二氧 苯 甲苯 甲醛 平均
化氮
本发明复合空气净化棉织物 95Λ 905 903 8^5 9L1 普通活性炭纤维空气净化材料 55.5 70.2 65.4 68.6 64.9实施例3(1)抗氧化整理液的制备将700ml无水乙醇，2. 5g磷酸氢铵，400ml蒸馏水和200ml丙酮均勻混合，随后逐 滴加入50ml苯基三甲氧基硅烷，配置成仿生保护抗氧化整理液；(2)亚麻织物抗光氧化保护整理将亚麻织物浸渍于上述整理溶液中，300rpm在室温下持续搅拌5h后取出，用蒸馏 水和乙醇淋洗，在120°C烘干；(3)抗光氧化保护整理后的亚麻织物表面预处理将上述处理后的亚麻织物浸渍于预处理溶液中15min，再用去离子水冲洗织物去除过量的电解质，烘干；所述预处理溶液为质量分数为3%的二甲基二烯丙基氯化铵、 0. 5 的聚对苯乙烯、30%的氯化钠，其余为水；(4)低温前驱体的制备在惰性环境下，将0. 15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40 80ml异丙醇中，再加入0.08mol三乙醇胺，200rpm搅拌3min，然后继续加入40ml体积比为40 3 1 的异丙醇、醋酸和去离子水混合液，搅拌30min，加入相对织物重2%的吐温80，得到低温前 驱体溶胶；(5)亚麻织物表面原位合成将经预处理后的亚麻织物浸渍到上述低温前驱体溶胶中2min，之后在70°C下真 空烘干，然后在90°C下烘干4min ；(6)复合空气净化亚麻织物的后处理烘干后的亚麻织物在100°C沸水中处理2h，在50°C烘干，得到复合空气净化亚麻 织物。将本发明制得的空气自净化功能亚麻织物和普通的活性炭空气净化材料分别装 入同一型号的空气净化器内，对在同一条件下包括空间，有害气体浓度、时间进行对比测 试，其结果如下
60分钟后净化率(％) 净化材料名称二氧苯 甲苯 甲醛 平均
化氮
本发明复合空气亚麻净化织物 95 905 903 8^5 9L1 ^ 普通活性炭纤维空气净化材料 55.5 70.2 65.4 68.6 64.9
权利要求
一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方法，包括(1)将500～800ml无水乙醇，0.5～2.5g催化剂，200～500ml蒸馏水和100～200ml丙酮均匀混合，随后逐滴加入20～50ml硅烷，得到仿生保护抗氧化整理液；(2)将织物浸渍于上述整理溶液中，200～400rpm在室温下持续搅拌4～8h后取出，用蒸馏水和乙醇淋洗，在100～130℃烘干；(3)将上述处理后的织物浸渍于预处理溶液中5～15min，再用去离子水去除织物上过量的电解质，烘干；所述预处理溶液为质量分数为1～3％的二甲基二烯丙基氯化铵、0.5～1％的聚对苯乙烯、20～30％的氯化钠，其余为水；(4)在惰性环境下，将0.02～0.15mol四异丙醇钛在搅拌作用下缓慢加入到40～80ml异丙醇中，再加入0.01～0.08mol稳定剂，200～500rpm搅拌2～3min，然后继续加入40～80ml体积比为(40-80)∶(3-4)∶1的异丙醇、抑制剂和去离子水混合液，搅拌20～60min，加入相对织物重量2％的润湿剂，得到低温前驱体溶胶；(5)织物表面原位合成将经步骤(3)处理的织物浸渍到步骤(4)溶胶中原位合成1～2min，之后在65～70℃下真空烘干，然后在90～95℃下烘干4～5min；(6)将上述烘干后的织物在沸水中处理1～2h，在40～50℃烘干，即得。
2.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(1)中的硅烷为3-缩水甘油丙基醚甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅 烷或苯基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(1)中的催化剂为氯化铵、硫酸铵、钼酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、磷 酸氢铵或磷酸铵。
4.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(2)中的织物为非织造布、机织布或针织布。
5.根据权利要求4所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述织物的纤维选自棉纤维、聚酰亚胺纤维、活性炭纤维、聚酯纤维、聚丙 烯纤维、竹纤维、玻璃纤维、粘胶纤维、蚕丝纤维、麻纤维、羊毛纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋 白纤维、锦纶纤维中的一种或两种混纺纤维。
6.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(4)中的抑制剂为盐酸、硝酸、硫酸或醋酸。
7.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(4)中的稳定剂为二乙胺、三乙胺或三乙醇胺。
8.根据权利要求1所述的一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方 法，其特征在于所述步骤(4)中的润湿剂为曲拉通100或吐温80。
全文摘要
本发明涉及一种仿生合成低温原位二次生长法制备空气净化织物的方法，包括(1)将无水乙醇，催化剂，蒸馏水和丙酮混合，加入硅烷，得到整理液；(2)将织物浸渍于整理溶液中，搅拌，淋洗，烘干；(3)将织物浸渍于含有二甲基二烯丙基氯化铵、聚对苯乙烯和氯化钠预处理溶液中，烘干；(4)在惰性环境下，将四异丙醇钛在搅拌下加入到异丙醇中，再加稳定剂，搅拌，继续加入异丙醇、抑制剂和去离子水，搅拌，加入润湿剂，得到溶胶；(5)将经步骤(3)处理的织物浸渍到溶胶中原位合成，烘干；(6)沸水处理，烘干即得。本发明简单，成本低，适合于工业化生产；制得的材料空气净化效果好，纤维损伤小，兼有抗菌效果，无二次污染。
文档编号D06M13/463GK101798754SQ201010134039
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者何瑾馨, 刘保江, 王振华, 高品 申请人:东华大学