专利名称：一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法，特别涉及一种制备具有优良抗菌、抗紫外线及其良好的抗水洗性能的纳米ZnO组装棉纤维的方法。
背景技术：
棉花，作为一种非常重要的天然纤维，由于它的可再生性、可生物降解、柔软、舒适和吸湿等性质，广泛应用于服装行业。但由于自然棉纤维的抗紫外线性能及抗菌能力比较差，限制了棉纤维更为广泛的应用。目前，研究、开发抗紫外及其抗菌棉纤维成为一个很活跃的领域。在纤维上附着上一些无机纳米粉体，如ZnO、TiO2或Ag粒子等能使棉纤维具有良好的抗紫外、杀菌的目的。纳米ZnO粒子抗紫外线性能好，对紫外线屏蔽的波段范围大，并有抗菌、防霉和消臭的功能，性价比高，是理想的紫外线屏蔽剂。相对涤纶、羊毛等而言，棉织物是紫外线最易透过的面料，而棉织物又是经常用的夏季面料，所以在纯棉织物上进行抗紫外后整理很有必要。为了使施加到纺织品上的超细粉体集中在纤维的表面，日本的Yamaguchi等人提出利用ZnO纳米粉体悬浮液处理纺织品，实验中不使用粘合剂可以将ZnO沉积在纤维的表面，且具有一定的耐久性。德国科学家Mahltig提出利用金属氧化物的溶胶-凝胶技术对纺织品直接进行处理，赋予纺织品特殊的功能性，该方法简单易行，但由于纺织材料不耐高温，不能对无机氧化物溶胶处理后的纺织品进行高温处理，因此不易在纤维表面获得具有一定晶型结构的无机氧化物晶体，而无机氧化物的晶体结构对其性能有很大的影响。东华大学毛志平等利用在位生长法，在纤维表面形成分布均匀的纳米氧化锌晶体，赋予织物特殊的功能，提高产品附加值。在位生长法是利用溶液中锌盐与碱剂在一定温度下的化学反应，生成氧化锌的前聚体，进而在织物表面分解形成纳米氧化锌晶体。张永文等用纳米ZnO粉体和N%Si03、KH-570、0P-10、SDS、PEG-600、自制聚丙烯酸酯等制备出分散性稳定的纳米ZnO的整理液，再对织物进行处理，获得具有抗紫外性能的织物。以上方法有的需要预先制备ZnO纳米粉体，或是需要高温处理棉纤才能得到ZnO组装的棉纤维，并且均是在棉纤维表面附着一层ZnO粉体。专利CN101824745A发明了一种原位制备抗紫外织物的方法，此法是将表面活性剂，氨水，强氧化剂依次加入Ce (NO3) 3溶液中，搅拌均匀，将织物放入溶液中，浸溃10-120分钟，取出织物，80-180度烘干1-5分钟，即可得到耐水洗抗紫外织物。但由于Ce (NO3) 3有毒，对眼睛、皮肤粘膜和上呼吸道有刺激作用，并且成本比较高，因此不适宜大量使用。本专利利用微波加热法合成纳米ZnO组装的棉纤维，ZnO粒子生长于棉纤维的中腔和纤维间的网络结构中，制备过程简单，节约成本，ZnO附着力高，耐水洗性强，具有很高的理论研究价值和市场应用前景。
发明内容
本发明的目的在于采用微波加热处理棉纤维的方法，在棉纤维上组装上ZnO、TiO2或Ag等无机粒子，制备出一种具有良好抗紫外、抗菌及其耐水洗性的棉纤维，扩宽棉纤维的应用领域。本发明包括以下三个步骤:(I)锌氨溶液的配制取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液，将NaOH溶液缓慢加入到硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液中，不断搅拌，得到沉淀，经抽滤，清洗后得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25 %的氨水，至沉淀全部溶解，溶液变澄清，得到锌氨溶液，将锌氨溶液物质的量浓度调至约为0.05 0.25mol/l ；(2)微波合成样品取(I)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，先超声分散至棉纤维透明分散；将棉纤捞出挤干，微波下处理5 30分钟；(3)清洗和干燥样品将(2)中得到的自然棉用水清洗，用偏光显微镜观察，直至自然棉表面无ZnO小颗粒为止，挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置40 80°C，干燥2 12h，即得一系列纳米氧化锌组装棉纤样品。本发明先进性在于:Zn0、Ti02*Ag等纳米粒子的使用赋予了纯棉纤维所不具有的抗菌杀菌，抗紫外线及其耐水洗等特性，极大的拓宽了棉纤维的应用领域。
:附图1中，abc分别为实施例一、实施例二和实施例三所得的ZnO组装棉纤维的扫描电镜图片(a:0.05mol/L, b:0.lmol/L, c:0.15mol/L)，图中显不当浓度小于0.lmol/L时，氧化锌主要在棉纤维的微孔结构中合成，棉纤维的中腔未看到氧化锌纳米颗粒。当锌氨溶液的浓度为0.15mol/L时，组装后的棉纤维如图c所示，看到棉纤维的外表面，微孔结构以及中腔内部都有大量的氧化锌纳米晶。附图2为实施例二 ZnO组装棉纤的EDS图，其中C元素来自于纤维本身，Au元素来源于喷涂的薄膜。Zn原子和O原子的存在，证实了氧化锌纳米晶存在于棉纤维的细胞壁结构中，这与FESEM显示的内部结构结果一致。下面结合实施例对本发明作进一步描述:实施例一:(I)锌氨溶液的配制取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为0.05mol/lο(2)微波合成样品取(I)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为:2.8: 0.05: 0.5: 4ο(3)清洗和干燥样品将(2)中自然棉用水清洗，用偏光显微镜观察，直至自然棉表面无ZnO为止，挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置50°C，干燥12h，即得纳米氧化锌组装棉纤样品。实施例二:(I)锌氨溶液的配制取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为0.10mol/lο(2)微波合成样品取(I)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为:5.6: 0.1: 0.5: 4。(3)清洗和干燥样品将(2)中自然棉用水清洗,用偏光显微镜观察,直至自然棉表面无ZnO为止,挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置50°C，干燥12h，即得纳米氧化锌组装棉纤样品。实施例三:(I)锌氨溶液的配制取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌溶液，将NaOH溶液缓慢加入硝酸锌溶液中，不断搅拌，得到沉淀，真空抽滤，清洗得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽滤该溶液，得到锌氨溶液，反应液物质的量浓度约为
0.15mol/l。(2)微波合成样品取(I)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，微波功率296w下处理5分钟，直到自然棉透明分散；其中硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉花的质量比为:8.5: 0.15: 0.5: 4。(3)清洗和干燥样品将(2)中自然棉用水清洗,用偏光显微镜观察,直至自然棉表面无ZnO为止,挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置50°C，干燥12h，即得纳米氧化锌组装棉纤样品。
权利要求
1.一种微波合成纳米ZnO组装棉纤维的方法，其特征在于:具体步骤如下: (1)锌氨溶液的配制 取相同体积的NaOH溶液和硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液，将NaOH溶液缓慢加入到硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)溶液中，不断搅拌，得到沉淀，经抽滤，清洗后得到纯净的氢氧化锌沉淀，将沉淀转移至烧杯中，滴加25 %的氨水，至沉淀全部溶解，溶液变澄清，得到锌氨溶液，将锌氨溶液物质的量浓度调至约为0.05 0.25mol/l ； (2)微波合成样品 取(I)中反应液，依次加入十六烷基三甲基溴化铵，磷酸三丁酯，搅拌均匀后，将自然棉放入其中，先超声分散至棉纤维透明分散；将棉纤捞出挤干，微波下处理5 30分钟； (3)清洗和干燥样品 将(2)中得到的自然棉用水清洗，用偏光显微镜观察，直至自然棉表面无ZnO小颗粒为止，挤干棉纤中的水分，将棉纤放置在干燥箱中，温度设置40 80°C，干燥2 12h，即得一系列纳米氧化锌组装棉纤样品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:硝酸锌、十六烷基三甲基溴化铵、磷酸三丁酯与棉纤的质量比为:2.8 15: 0.05 0.15: 0.5: 4。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:微波处理功率为136 960w。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:棉纤组装的纳米ZnO也可以为Ti02*Ag或是 Zn0/Ti02、ZnO/Ag 和 Ti02/Ag 等复合物。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所用的棉纤也可以为表面经过处理的棉织物、蚕丝及其蚕丝织物。
全文摘要
本发明公开了一种微波合成纳米氧化锌组装棉纤的方法，具体涉及一种制备具有优良抗菌、抗紫外线及其耐水洗性能的纳米ZnO、TiO2、Ag或上述几种粒子的复合物组装棉纤的方法。主要原料硝酸锌(硫酸锌或氯化锌)与NaOH反应生成氢氧化锌沉淀，氢氧化锌沉淀在氨水溶液中溶解形成锌氨溶液，吸附了锌氨溶液的棉纤在微波的加热条件下，进行组装，在棉纤维中腔和棉纤维的网络结构中形成了纳米氧化锌小粒子。ZnO、TiO2、Ag无机纳米粉体的使用赋予了纯棉纤所不具有的抗菌杀菌，抗紫外线特性，极大的扩宽了棉纤的应用领域。
文档编号D06M10/06GK103194885SQ201310136878
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者李酽, 安冬敏, 邹云玲, 李国柱 申请人:中国民航大学