专利名称：一种采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法
技术领域：
本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种棉织物的改性方法，具体涉及一种 采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法。
背景技术：
棉织物具有优良的透气和舒适性能，但是抗紫外线、抗菌性能较差，因此有必要对 其进行功能性整理。锐钛矿相纳米二氧化钛粉体具有优良的抗紫外线和抗菌性能，将纳米 二氧化钛粉体与棉织物相结合，可以保护人们身体免受紫外线侵害、减少疾病传播和抗菌 的效果，开发应用前景巨大。水热法制备纳米二氧化钛具有环境友好，纯度高，颗粒均勻，分 散性好，不用高温灼烧，易实现工业化生产高质量产品等诸多优点。采用水热法使用钛酸丁 酯直接在棉织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，通过优化筛选出了最佳整理工艺，改性 后的棉织物具有优异的抗紫外线、抗菌效果，而且耐洗涤性能良好。目前有关使用钛酸丁酯 对棉织物负载纳米二氧化钛薄膜的产品还没有。目前纳米材料在纺织行业中的应用主要是通过共混纺丝和后整理两种方法实现 的。共混法的缺点是纳米粉体的制备过程比较复杂，颗粒极易团聚，而且包裹在纤维内部 不能与氧气、水分充分接触，功能不能完全发挥出来；使用树脂粘合剂的后整理方法比较简 单，但粘合剂对纳米颗粒也形成包裹，影响功能的发挥，而且织物手感等物理机械性能明显 下降。有学者先在棉纤维表面形成氧化锌晶种，再采用二次生长法，通过水热反应促进晶体 的生长，在棉纤维表面得到一定大小的氧化锌纳米棒；或采用二氧化硅溶胶对棉织物进行 预处理，在低温水热条件下，通过硝酸锌和六亚甲基四胺反应实现了纳米氧化锌在棉纤维 表面的一步法在位生长；或先将纳米颗粒均勻分散在整理液中，再对棉织物进行浸渍(轧)、 预烘和焙烘等处理；或先制备纳米二氧化钛溶胶再对棉织物进行整理；或采用射频磁控溅 射方法，在棉织物表面沉积二氧化钛功能纳米结构层。上述方法要么不能很好地解决负载 层不够均勻、致密，纳米颗粒分散性差，与纤维结合牢度不高等问题，要么仪器设备昂贵，加 工成本较高，不能满足实际生产需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，解决了现有采 用后整理方法处理后的棉织物纳米颗粒容易产生团聚，纳米颗粒与纤维结合牢度较差，织 物不耐洗涤、透气性差和手感不好的问题。本发明所采用的技术方案是，一种采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，具体 按照以下步骤实施
步骤1 将待改性的棉织物在温度为60 90°C条件下分别用去离子水和浓度为95%的 无水乙醇反复超声振荡清洗，烘干备用；
步骤2 按照质量比为2 4 :1称取步骤1得到的处理后的棉织物和钛酸丁酯，以1 10 100的体积比将称取的钛酸丁酯溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的处 理后的棉织物浸渍在钛酸丁酯溶液中处理10 30min，随后将浸渍有棉织物的钛酸丁酯溶 液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60 80%，密封，将密封好 的反应釜在80 130°C条件下恒温处理3 6h，待反应结束后取出棉织物；
步骤3 将上步得到的反应后的棉织物，以1 :30 50的浴比，在70 90°C条件下用洗 涤液洗涤10 20min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的棉织物。本发明的特点还在于，
其中步骤3中的洗涤液，由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成。本发明的有益效果是，采用水热技术使用钛酸丁酯直接在棉织物纤维表面负载纳 米二氧化钛薄膜，赋予棉织物抗紫外线、抗菌性能，通过控制反应温度和时间，棉织物和钛 酸丁酯的用量等工艺参数，优化了整理工艺，该方法节省原材料，操作简便，耐洗涤性能良 好。测试结果表明，改性后的棉织物在经过30次洗涤之后，仍然具有优异的抗紫外线和抗 菌能力。
图1是棉织物钛酸丁酯水热改性前的扫描电镜照片；
图2是采用本发明方法对棉织物钛酸丁酯水热改性后的扫描电镜照片； 图3是采用本发明方法对棉织物钛酸丁酯水热改性后的X射线衍射谱图； 图4是本发明实施例1对棉织物钛酸丁酯水热改性前、后紫外线反射光谱曲线； 图5是本发明实施例2对棉织物钛酸丁酯水热改性前、后紫外线反射光谱曲线； 图6是本发明实施例3对棉织物钛酸丁酯水热改性前、后紫外线反射光谱曲线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，具体按照以下步骤实施
步骤1 将待改性的棉织物在温度为60 90°C条件下分别用去离子水和浓度为95%的 无水乙醇反复超声振荡清洗，然后烘干备用；
步骤2 按照质量比为2 4 :1称取步骤1得到的处理后的棉织物和钛酸丁酯，以1 10 100的体积比将称取的钛酸丁酯溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的处 理后的棉织物浸渍在钛酸丁酯溶液中处理10 30min，随后将浸渍有棉织物的钛酸丁酯溶 液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60 80%，密封，将密封好 的反应釜在80 130°C条件下恒温处理3 6h，待反应结束后取出棉织物；
步骤3 将上步得到的反应后的棉织物，以1 :30 50的浴比，在70 90°C条件下用 洗涤液洗涤10 20min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的棉织物。 其中的洗涤液，是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。图1和图2分别是棉织物钛酸丁酯水热改性前、后的扫描电镜照片。可以看出，棉 织物经过钛酸丁酯水热改性之后，纤维表面包覆了一层纳米二氧化钛薄膜。图3是钛酸丁 酯水热改性后的棉织物X射线衍射谱图。可以看出该纳米二氧化钛薄膜为锐钛矿型。锐钛 矿型纳米二氧化钛的晶型结构禁带宽度大于金红石矿型的晶型结构，从而使锐钛矿晶型所产生的空穴电子对具有更正和更负的电位，因此对于大多数光催化反应体系而言，锐钛矿 型的纳米二氧化钛薄膜具有较高的催化活性。根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对钛酸丁酯改 性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序)，并根据国家 标准GB/T18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》测定钛酸丁酯改性后的棉织物防紫外 线性能。经过30次标准洗涤之后，改性后的棉织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T<4. 0%， 紫外线防护系数UPF>50，可以用作防紫外线产品。根据国家标准GB/T20944. 2-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分吸收法》测 定钛酸丁酯改性后的棉织物抗菌效果。钛酸丁酯水热改性后的棉织物对金黄色葡萄球菌 (ATCC6538)和大肠杆菌(8099)的抑菌率均在95%以上，钛酸丁酯改性后的棉织物具有抗菌效果。通过控制反应温度和时间，棉织物和钛酸丁酯的用量等工艺参数，优化出最佳整 理工艺。棉织物、钛酸丁酯和去离子水的用量比例，填充量，水热反应温度和时间等都影响 着产物的晶相、晶化程度、形貌以及粒子尺寸。棉织物与钛酸丁酯质量比为2 4 :1时，纤 维表面能够包覆一定厚度的薄膜，纳米颗粒与棉纤维结合牢固，不会产生团聚现象，溶液中 也不会沉积过多的二氧化钛颗粒；当小于2 :1时，钛酸丁酯用量太大，易造成浪费，纤维表 面包覆的薄膜过厚，不利于纳米颗粒的形成，影响织物手感和服用性能；当大于4 :1时，钛 酸丁酯用量太少，纤维表面没有形成连续的薄膜，防紫外线和抗菌性能受到影响。钛酸丁酯 和去离子水用量比例控制在1 :10 100时，纤维表面包覆一定厚度的纳米二氧化钛薄膜， 颗粒不会发生团聚现象，同时溶液中不会沉积太多的纳米颗粒，而且与纤维结合牢固；当小 于1 :10时，钛酸丁酯用量太大易造成浪费，纤维表面粘附的二氧化钛太厚，附着牢度不好， 使用过程中纳米颗粒容易脱落；当大于1 :100时，纤维表面粘附的二氧化钛太少，没有形成 连续的薄膜，影响防紫外线和抗菌性能。溶液填充量在60 80%时，能够生成锐钛矿型纳米 二氧化钛颗粒；当小于60%时，反应釜内压力偏低，会影响纳米二氧化钛的生成；当大于80% 时同样不利于纳米二氧化钛的生成，反应釜安全性也会受到影响。反应温度和时间主要影 响产物的晶化程度和晶体的形貌、尺寸，对生成的晶相也有一些影响。水热反应温度控制在 80 130°C之间，可以生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当低于80°C时，会影响纳米二氧化 钛的晶体结构，达不到防紫外线、抗菌目的；当高于130°C时，棉织物强度损伤较大，丧失了 使用性能。水热反应时间控制在3 6h之间，可以在纤维表面生成锐钛矿型纳米二氧化钛 薄膜；当低于3h时，会影响纳米二氧化钛的晶化程度，防紫外线性能不好；当高于6h时，生 成的二氧化钛颗粒会发生团聚，粒度明显增大，表面粗糙度增加易造成脱落。实施例1
分别称取10g的棉织物和5g的钛酸丁酯。棉织物用温度80°C体积比为1 :1的去离子水 和无水乙醇溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，6(TC烘干，钛酸丁酯按1 10的比例用去离子水进行稀释；然后将棉织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中lOmin，将棉织物 连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积 的60%，将密封好的反应釜放入80°C烘箱中恒温处理3h ；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L 纯碱溶液，以1 :30浴比在90°C条件下洗涤15min，接着用90°C热水、冷水反复洗涤，60°C烘 干。图4是棉织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，棉织物经过钛酸丁酯水热改性之后(30次洗涤后)，对UVB波段(280 315nm)紫外线的平均吸收能力 提高了 17. 1%，对UVA波段(315 400nm)紫外线平均吸收能力提高了 7. 4%。根据国家标准GB/T8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的棉织物进行洗涤和干燥 (选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序)，并根据国家标准GB/T18830-2009测定钛酸 丁酯水热改性后的棉织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的棉织物在UVB和 UVA波段的光谱透射比T=3. 9%，紫外线防护系数UPF=51。根据国家标准GB/T20944. 2-2007 测定钛酸丁酯水热改性后的棉织物抗菌效果。改性后的棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率 为95. 4%，对大肠杆菌的抑菌率为96. 9%，具有抗菌效果。实施例2
分别称取20g的棉织物和5g的钛酸丁酯。棉织物用温度80°C体积比为1 :1的去离子 水和无水乙醇溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，6(TC烘干；钛酸丁酯按 1 100的比例用去离子水进行稀释；然后将棉织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中30min，将棉织 物连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体 积的80%，将密封好的反应釜放入130°C烘箱中处理6h ；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L 纯碱溶液，以1 :30浴比在90°C条件下洗涤15min，接着用90°C热水、冷水反复洗涤，60°C烘 干。图5是棉织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，棉织物经过 钛酸丁酯水热改性之后(洗涤30次后)，对UVB波段(280 315nm)紫外线的平均吸收能力 提高了 24. 6%，对UVA波段(315 400nm)紫外线平均吸收能力提高了 12. 5%。根据国家标准GB/T8629-2001对钛酸丁酯改性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用 A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序)，并根据国家标准GB/T18830-2009测定钛酸丁酯 改性后的棉织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的棉织物在UVB和UVA波段的 光谱透射比T=3. 6%，紫外线防护系数UPF=54。根据国家标准GB/T20944. 2-2007测定钛酸 丁酯改性后的棉织物抗菌效果。改性后的棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率为96. 1%，对大 肠杆菌的抑菌率为97. 2%，具有抗菌效果。实施例3
分别称取15g的棉织物和5g的钛酸丁酯。棉织物用温度80°C体积比为1 :1的去离子 水和无水乙醇溶液在50KHz功率100W条件下超声振荡洗涤30min，6(TC烘干；钛酸丁酯按 1 80的比例用去离子水进行稀释；然后将棉织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中15min，将棉织 物连同钛酸丁酯溶液一起添加到200ml高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体 积的70%，将密封好的反应釜放入120°C烘箱中处理5h ；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L 纯碱溶液，以1 :30浴比在90°C条件下洗涤15min，接着用90°C热水、冷水反复洗涤，60°C烘 干。图6是棉织物采用上述工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，棉织物经过 钛酸丁酯水热改性之后(洗涤30次后)，对UVB波段(280 315nm)紫外线的平均吸收能力 提高了 28. 4%，对UVA波段(315 400nm)紫外线平均吸收能力提高了 19. 0%。根据国家标准GB/T8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的棉织物进行洗涤和干燥 (选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序)，并根据国家标准GB/T18830-2009测定钛酸 丁酯水热改性后的棉织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的棉织物在UVB和 UVA波段的光谱透射比T=3. 5%，紫外线防护系数UPF=55。根据国家标准GB/T20944. 2-2007 测定钛酸丁酯水热改性后的棉织物抗菌效果。改性后的棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率
6为97. 3%，对大肠杆菌的抑菌率为98. 6%，具有抗菌效果。 本发明方法，采用钛酸丁酯在水热条件下直接在棉织物纤维表面负载纳米二氧化 钛薄膜，研究了棉织物、钛酸丁酯与去离子水用量，反应温度和时间等因素对纳米二氧化钛 负载效果的影响，优化出了最佳处理工艺。测试结果表明，改性后的棉织物具有良好的抗紫 外线和抗菌性能，而且耐洗涤。该处理工艺安全无污染，生产效率高，操作简便，节省原材 料，对棉织物手感没有明显影响。
权利要求
一种采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施步骤1将待改性的棉织物在温度为60～90℃条件下分别用去离子水和浓度为95%的无水乙醇反复超声振荡清洗，烘干备用；步骤2按照质量比为2～41称取步骤1得到的处理后的棉织物和钛酸丁酯，以110～100的体积比将称取的钛酸丁酯溶于去离子水，得到钛酸丁酯溶液，然后将称取的处理后的棉织物浸渍在钛酸丁酯溶液中处理10～30min，随后将浸渍有棉织物的钛酸丁酯溶液添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60～80%，密封，将密封好的反应釜在80～130℃条件下恒温处理3～6h，待反应结束后取出棉织物；步骤3将上步得到的反应后的棉织物，以130～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～20min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的棉织物。
2.根据权利要求1所述的采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，其特征在于，所述 步骤3中的洗涤液，由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成。
全文摘要
本发明公开的一种采用钛酸丁酯对棉织物进行改性的方法，将棉织物在温度为60～90℃条件下超声振荡清洗，烘干，按照质量比为2～41称取棉织物和钛酸丁酯，以110～100的体积比将钛酸丁酯溶于去离子水，然后将棉织物浸渍在钛酸丁酯溶液中处理10～30min，随后添加到高温高压反应釜中，并用去离子水填充至反应釜体积的60～80%，密封，在80～130℃条件下恒温处理3～6h，待反应结束后取出棉织物，以130～50的浴比，在70～90℃条件下用洗涤液洗涤10～20min，然后用热、冷水反复洗涤，烘干或自然晾干，得到改性后的棉织物。本发明方法安全无污染，生产效率高，操作简便，节省原材料，改性后的棉织物具有良好的抗紫外线和抗菌性能，而且耐洗涤。
文档编号D06M101/06GK101876144SQ20101021815
公开日2010年11月3日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者张辉, 杨璐 申请人:西安工程大学