专利名称：一种采用钛酸丁酯对涤纶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，涉及一种涤纶织物的改性方法，具体涉及一种采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法。
背景技术：
纳米二氧化钛粉体作为重要的无机功能材料，具有较高的光催化活性、良好的耐气候性和较强的紫外线屏蔽能力，并能产生奇特的颜色效应，在废水处理、防晒护肤、涂料、 传感器、功能陶瓷和光催化剂等领域备受人们关注。但是仍面临着一系列的问题，如制备过程复杂，成本高，不易在非极性介质中分散，在极性介质中易凝聚，这些缺点直接影响着其性能的发挥。现有的对涤纶织物表面进行改性的方法主要有两种。一是制备含有纳米颗粒的功能性纤维，即在纺丝过程中将纳米颗粒分散在化纤原材料中，再纺丝成纤，其优点是性能持久，缺点是纳米颗粒与聚合物材料亲和性较差，纳米颗粒分散不均勻，团聚现象严重，大部分纳米颗粒包埋在纤维基体中，纤维表面的纳米颗粒很少，因此功能性大幅下降；二是采用后整理工艺将纳米颗粒整理到织物表面，通常需要使用粘合剂和助剂等原料，因此也同样面临着纳米颗粒团聚的问题，而且整理后的织物耐洗涤牢度不好，织物服用性能受到影响， 手感明显变差。如何在纺织纤维基体表面直接制备出纳米颗粒是纺织工业中急需解决的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法，解决了现有改性方法处理后的涤纶织物抗紫外线、抗菌性能不高，耐洗涤性能不持久，手感和透气性能较差的问题。本发明所采用的技术方案是，一种采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法，具体按照以下步骤实施
步骤1 将待改性的涤纶织物在温度为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1 3 :1称取步骤1得到的处理后的涤纶织物和钛酸丁酯，以 1 80 120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，按涤纶织物重量的0. 5% 1%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，然后将称取的涤纶织物浸渍在钛酸丁酯溶液中1 5min，随后将浸渍有涤纶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180 220°C 条件下恒温处理1 池，待反应结束后取出涤纶织物；
步骤3 将上步得到的反应后的涤纶织物，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，得到改性后的涤纶织物。
3
本发明的特点还在于，其中步骤3中的洗涤液，按照质量-体积比是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。本发明的有益效果是，采用水热合成技术在制备纳米二氧化钛粉体的同时，直接在涤纶织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，赋予涤纶织物抗紫外线和抗菌等性能，通过控制反应温度和时间，钛酸丁酯与去离子水的用量等工艺参数，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，钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物经过30次洗涤之后，织物仍然具有优异的抗紫外线和抗菌性能。
图1是涤纶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涤纶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涤纶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对涤纶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对涤纶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对涤纶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涤纶织物进行改性的方法，具体按照以下步骤实施 步骤1 将待改性的涤纶织物在温度为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1 3 :1称取步骤1得到的处理后的涤纶织物和钛酸丁酯，以 1 80 120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，按织物重量的 0. 5 1%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，然后将称取的涤纶织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中1 5min，随后将浸渍有涤纶织物的钛酸丁酯水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180 220°C 条件下恒温处理1 池，待反应结束后取出涤纶织物。步骤3 将上步得到的反应后的涤纶织物，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，得到改性后的涤纶织物。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是涤纶织物钛酸丁酯水热改性前、后的扫描电镜照片。可以看出，涤纶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涤纶织物的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。本发明采用水热法在制备纳米二氧化钛粉体的同时，直接在涤纶织物纤维表面负载纳米二氧化钛薄膜，通过优化反应温度和时间，织物、钛酸丁酯和去离子水的用量比例， 筛选出最佳整理工艺。涤纶织物、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。涤纶织物与钛酸丁酯质量比为1 3 :1时，纤维表面能够包覆一定厚度的薄膜，纳米颗粒与涤纶纤维结合牢固，不会发生团聚现象，溶液中也不会沉积过多的二氧化钛颗粒；当小于1 :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3:1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 :80 120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ι :80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 :120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。添加二甲基亚砜有助于涤纶纤维表面溶胀或发生部分溶解，当二甲基亚砜用量在0. 5 1%时，能够使得生成的纳米二氧化钛颗粒深深地嵌入到纤维表层中，当二甲基亚砜用量小于0. 5%时，溶胀效果不好，当二甲基亚砜用量大于1%时，涤纶纤维溶解严重，织物强度损失较大。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，也影响纳米二氧化钛在纤维表面的附着牢度。水热反应温度控制在180 220°C之间，可以生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当低于180°C时，会影响纳米二氧化钛在纤维表面的附着牢度；当高于220°C时，处理后的织物手感发硬，织物强度损伤很大，丧失了使用性能。对于涤纶纤维来说，温度升高至180 2200C，使得生成的纳米二氧化钛颗粒更好地固着在涤纶纤维表面，而织物强度损伤不大。水热反应时间控制在1 池之间，可以在纤维表面生成锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜；当低于Ih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ai时，生成的二氧化钛颗粒会发生团聚，织物强度损伤也较大。因为反应温度升高至200°C左右，因此反应时间可以从3 6h缩短至1 2h，不仅可以保证生成锐钛矿纳米二氧化钛，而且还可以最大限度的保证织物强度。根据国家标准GB/T 8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对钛酸丁酯水热改性涤纶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/T 18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》测定钛酸丁酯水热改性涤纶织物的防紫外线性能。经过30次标准洗涤之后，改性后的涤纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T<2. 4%，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/T 20944.1-2007《纺织品抗菌性能的评价第1部分琼脂平皿扩散法》测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物抗菌效果。钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠杆菌(8099)的抑菌带均在1 mm之内，没有繁殖，抗菌效果好。实施例1
分别称取涤纶织物和钛酸丁酯各2g，其中涤纶织物用温度60°C体积比为1 :1的去离子水和95%无水乙醇溶液在^KHz功率300W条件下超声振荡洗涤15min，8(TC烘干；钛酸丁酯按1 :120的比例用去离子水进行溶解；然后将涤纶织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中lmin， 按织物重量的0. 5%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，将涤纶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%，将密封好的反应釜在180°C条件下恒温处理池；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L纯碱溶液，以1 30浴比在70°C条件下洗涤lOmin，接着用80°C热水、冷水反复洗涤，自然晾干。图4是涤纶织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的涤纶织物经过30次洗涤之后，UVB (280 315nm)和UVA (315 400 nm)波段紫外线平均吸收能力提高了 10. 6%ο根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的涤纶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/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的涤纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=2. 3%，紫外线防护系数UPF=52。根据国家标准GB/T 20944. 1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物抗菌效果。改性后的涤纶织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在Imm之内，没有繁殖，抗菌效果好。实施例2
分别称取6g的涤纶织物和2g的钛酸丁酯，其中涤纶织物用温度90°C体积比为1 :1的去离子水和95%无水乙醇溶液在^KHz功率300W条件下超声振荡洗涤15min，8(TC烘干； 钛酸丁酯按1 :80的比例用去离子水进行溶解；然后将涤纶织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中 5min，按织物重量的1%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，将涤纶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%，将密封好的反应釜在200°C条件下恒温处理Ih ；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L纯碱溶液， 以1 :40浴比在90°C条件下洗涤20min，接着用80°C热水、冷水反复洗涤，自然晾干。图5是涤纶织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的涤纶织物经过30次洗涤之后，对UVB和UVA波段紫外线平均吸收能力提高了 12. 4%。根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的涤纶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/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的涤纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=2. 1%，紫外线防护系数UPF=56。根据国家标准GB/T 20944. 1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物抗菌效果。改性后的涤纶织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在Imm之内，没有繁殖，抗菌效果好。实施例3
分别称取4g的涤纶织物和2g的钛酸丁酯，其中涤纶织物用温度80°C体积比为1 :1的去离子水和95%无水乙醇溶液在^KHz功率300W条件下超声振荡洗涤15min，8(TC烘干； 钛酸丁酯按1 :100的比例用去离子水进行溶解；然后将涤纶织物浸渍在钛酸丁酯水溶液中 3min,按织物重量的0. 8%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，将涤纶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%， 将密封好的反应釜在200°C条件下恒温处理1. 5h ；待反应结束后，用2g/L皂片，2g/L纯碱溶液，以1 :50浴比在80°C条件下洗涤15min，接着用80°C热水、冷水反复洗涤，自然晾干。 图6是涤纶织物采用上述整理工艺改性前、后的紫外线反射光谱曲线。可以看出，改性后的涤纶织物经过30次洗涤之后，对UVB和UVA波段紫外线平均吸收能力提高了 13. 6%。
根据国家标准GB/T 8629-2001对钛酸丁酯水热改性后的涤纶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/T 18830-2009测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物防紫外线性能。经过30次洗涤之后，改性后的涤纶织物在UVB和UVA波段的光谱透射比T=L 9%，紫外线防护系数UPF=62。根据国家标准GB/T 20944. 1-2007测定钛酸丁酯水热改性后的涤纶织物抗菌效果。改性后的涤纶织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌带均在Imm之内，没有繁殖，抗菌效果好。
权利要求
1.一种采用钛酸丁酯对涤纶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 将待改性的涤纶织物在温度为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1 3 :1称取步骤1得到的处理后的涤纶织物和钛酸丁酯，以 1 80 120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，按涤纶织物重量的0. 5% 1%称取二甲基亚砜，并添加到酞酸丁酯溶液中，然后将称取的涤纶织物浸渍在钛酸丁酯溶液中1 5min，随后将浸渍有涤纶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180 220°C 条件下恒温处理1 池，待反应结束后取出涤纶织物；步骤3 将上步得到的反应后的涤纶织物，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，得到改性后的涤纶织物。
2.根据权利要求1所述的采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法，其特征在于，所述的步骤3中的洗涤液，按照质量-体积比是由2g/L的固体皂片、2g/L的纯碱溶于水组成的。
全文摘要
本发明公开的一种采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法，首先将待改性的涤纶织物在温度为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，然后烘干备用；然后用钛酸丁酯及二甲基亚砜对涤纶织物进行改性；最后将反应后的涤纶织物，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，得到改性后的涤纶织物。本发明采用钛酸丁酯对涤纶织物进行改性的方法，通过控制反应温度和时间，钛酸丁酯与去离子水的用量等工艺参数，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。
文档编号C01G23/053GK102251389SQ20111016944
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者张辉, 朱红 申请人:西安工程大学