专利名称：光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法
光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法技术领域
本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种锦纶织物的改性方法，具体涉及一种光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法。
背景技术：
纳米三氧化二铁具有良好的光催化活性和磁性能，硬度高，良好的耐候性，耐光性和化学稳定性，是一种重要的无机颜料和精细陶瓷原料，可以用作光催化降解有机污染物和磁性记录材料。目前，制备纳米三氧化二铁方法总体上可分为干法和湿法。干法包括微波法、火焰热分解、气相沉积、低温等离子体化学气相沉积法和激光热分解法等；湿法包括水热法、强迫水解法、凝胶-溶胶法、微乳液法、沉淀法和胶体化学法等。其中水热法具有制备的粒子纯度高，分散性好，晶形好且大小可控，易实现工业化生产高质量产品等优点。锦纶织物具有优异的强度和耐磨性能，不仅可以用作羽绒服、登山服等服用面料，而且还广泛用于装饰和产业用织物，在锦纶织物纤维表面包覆一层具有光催化活性和磁性的纳米三氧化二铁颗粒薄膜，将会极大地拓宽锦纶织物的应用范围，提高产品附加值。
目前采用水热法对锦纶织物包覆纳米三氧化二铁颗粒薄膜的相关技术还没有。现有的锦纶织物表面改性方法主要有两种: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，纳米颗粒分散不均匀，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，因此性能大幅度下降；二是使用粘合剂和助剂将纳米颗粒配制成整理液，采用浸溃或浸压、烘干等工艺将纳米颗粒粘附到织物表面，同样也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，手感变差，服用性能受到很大影响。发明内容
本发明的目的是提供一种光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，改性后的锦纶织物具有良好的光催化活性、磁性能及耐洗涤性能，而且不影响锦纶织物的手感和透气性。
本发明所采用的技术方案是，光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，具体按照以下步骤实施:
步骤1、配制稀盐酸溶液，利用盐酸溶液对锦纶织物进行刻蚀，然后使用N，N_ 二甲基甲酰胺溶液对刻蚀后的锦纶织物进行溶胀处理；
步骤2、配制硫酸铁、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖的改性溶液，将预处理后的锦纶织物放入改性溶液中进行水热反应，获得改性锦纶织物；
步骤3、配制偶联剂溶液，将改性锦纶织物置于偶联剂溶液进行处理，再将经偶联剂溶液处理的改性锦纶织物进行固化处理，获得包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。
本发明的特点还在于，步骤I具体按照以下步骤实施:1.1)按照盐酸与水的体积比1:4 6，配制稀盐酸溶液，所述的盐酸的质量浓度为36% ；1.2)称取锦纶织物，按照浴比1:30 50，将称取的锦纶织物放入步骤1.1)中配制好的稀盐酸溶液中，于50°C 70°C条件下，将称取的锦纶织物用稀盐酸溶液浸泡处理20min 40min,完成对锦纟仑织物的刻蚀处理；1.3)将步骤1.2)中刻蚀处理后的锦纶织物浸泡在N，N-二甲基甲酰胺中，于70°C 90°C条件下处理3h 5h，然后用去离子水冲洗干净。步骤2具体按照以下步骤实施:2.1)根据步骤I处理后的锦纶织物的质量，以1:30 50的浴比量取去离子水；2.2)按照总铁浓度为0.01mol/L 0.05mol/L，三价铁离子与氢氧根离子的摩尔比为Fe3+:0H_=1:2 1:4，分别称取硫酸铁和氢氧化钠；2.3)将步骤2.2)中称取的硫酸铁溶解于步骤2.1)中量取的去离子水中，得到硫酸铁溶液，然后加入氢氧化钠并充分搅拌，得到硫酸铁和氢氧化钠混合溶液；2.4)分别称取十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖，将称取的十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖添加到步骤2.3)中配制好的硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中，不断搅拌直至十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖溶解于硫酸铁和氢氧化钠混合溶液，形成改性溶液，其中每升硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中加入4g 8g的十二烧基苯磺酸钠,2g 5g的壳聚糖；2.5)将步骤I预处理后的锦纶织物倒入步骤2.4)中配制的改性溶液中浸溃，浸溃时间为5min IOmin ；2.6)将经步骤2.5)浸溃后的锦纶织物和改性溶液一起转入反应缸中后密封，改性溶液的体积不超过反应缸体积的60% 80%，将密封后的反应缸以2 4°C /min速率升至120°C 140°C，再以5 10r/min转速恒温反应3h 5h ;2.7)待反应完毕、冷却后，将取出的锦纶织物浸泡在去离子水中5min lOmin，于60°C 90°C真空条件下干燥40min 60min,即得到改性锦纟仑织物。步骤2中采用的壳聚糖是脱乙酰度为90%、分子量小于1000的壳聚糖。步骤3具体按照以下步骤实施:3.1)按照锦纶织物的质量，按质量比为1:80 120量取乙醇溶液；3.2)按照3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂与步骤3.1)中配制的乙醇溶液的体积比为0.02 0.05:1量取3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将量取的3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂缓慢滴加到步骤3.1)中配制好的乙醇溶液中，一边滴加一边不断搅拌，IOmin 20min滴加完毕，滴加完毕后将溶液静置30min 50min，得到偶联剂溶液；3.3)将步骤2得到的改性锦纶织物浸溃在步骤3.2)中配制好的偶联剂溶液中，并于30°C 60°C条件下使改性锦纶织物与偶联剂溶液进行偶联反应4h 8h ;3.4)步骤3.3)中的偶联反应完毕后，将取出的锦纶织物正、反两面分别置于紫外线灯下福照30min 50min,福照时锦纟仑织物距离紫外线灯IOcm 20cm,完成对锦纟仑织物的固化处理；
3.5)将经步骤3.4)固化处理后的锦纶织物在丙酮中浸泡5min IOmin后，再在无水乙醇中浸泡5min lOmin，再用去离子水清洗锦纶织物5min IOmin后取出，将清洗干净的锦纶织物于70°C 90°C真空干燥，直至烘干为止，即得到包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。步骤3中固化反应所采用的紫外线灯的功率为40W、主波长为365nm。步骤3.1)中的乙醇溶液由无水乙醇与去离子水按照体积比为1:5 10配制而成。本发明的有益效果是，采用水热法在制备光催化活性和磁性纳米三氧化二铁晶体的过程中，将生成的纳米三氧化二铁晶粒直接负载到锦纶织物纤维表面，在锦纶纤维表面包覆一层致密的纳米三氧化二铁颗粒薄膜，赋予锦纶织物光催化活性和磁性能；并通过调节铁源用量，反应温度和时间，分散剂的选用以及偶联后处理等工艺，优化出了最佳改性方案；本发明方法能够节省原材料，操作简便，纳米三氧化二铁附着牢度好。测试结果表明，纳米三氧化二铁改性后的锦纶织物能够光催化降解甲基橙染料，经过30次标准洗涤之后，织物仍然具有一定的磁性能。
图1是普通锦纶织物的扫描电镜照片；图2是采用本发明方法对锦纶织物包覆纳米三氧化二铁颗粒改性后的扫描电镜照片；图3是锦纶织物表面包覆的纳米三氧化二铁颗粒X射线衍射谱图；图4是锦纶织物纳米三氧化二铁改性前、后的紫外线可见光漫反射光谱曲线；图5是采用本发明方法对锦纶织物包覆纳米三氧化二铁改性后的磁滞曲线。
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。本发明的光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，具体按照以下步骤实施:步骤1、配制稀盐酸溶液，利用配制的稀盐酸溶液对锦纶织物进行刻蚀，然后使用N, N- 二甲基甲酰胺溶液对刻蚀后的锦纶织物进行溶胀处理；具体按照以下步骤实施:1.1)按照盐酸与水的体积比1:4 6，配制稀盐酸溶液，所述的盐酸的质量浓度为36% ；1.2)称取锦纶织物，按照浴比1:30 50，将称取的锦纶织物放入步骤1.1)中配制好的稀盐酸溶液中，于50°C 70°C条件下，将称取的锦纶织物用稀盐酸溶液浸泡处理20min 40min,完成对锦纟仑织物的刻蚀处理；1.3)将步骤1.2)中刻蚀处理后的锦纶织物浸泡在N，N-二甲基甲酰胺中，于70°C 90°C条件下处理3h 5h，然后用去离子水冲洗干净。步骤2、配制硫酸铁、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖的改性溶液，将预处理后的锦纶织物放入改性溶液中进行水热反应，获得改性锦纶织物，具体按照以下步骤实施:
2.1)根据步骤I处理后的锦纶织物的质量，以1:30 50的浴比量取去离子水；
2.2)按照总铁浓度为0.01mol/L 0.05mol/L,三价铁离子与氢氧根离子的摩尔比为Fe3+:0H_=1:2 1:4，分别称取硫酸铁和氢氧化钠；
2.3)将步骤2.2)中称取的硫酸铁溶解于步骤2.1)中量取的去离子水中，得到硫酸铁溶液，然后加入氢氧化钠并充分搅拌，得到硫酸铁和氢氧化钠混合溶液；
2.4)分别称取十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖，将称取的十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖添加到步骤2.3)中配制好的硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中，不断搅拌直至十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖溶解于硫酸铁和氢氧化钠混合溶液，形成改性溶液，其中每升硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中加入4g 8g的十二烧基苯磺酸钠,2g 5g的壳聚糖；
2.5)将步骤I预处理后的锦纶织物倒入步骤2.4)中配制的改性溶液中浸溃，浸溃时间为5min IOmin ；
2.6)将经步骤2.5)浸溃后的锦纶织物和改性溶液一起转入反应缸中后密封，改性溶液的体积不超过反应缸体积的60% 80%，将密封后的反应缸以2 4°C /min速率升至120°C 140°C，再以5 10r/min转速恒温反应3h 5h ;
2.7)待反应完毕、冷却后，将取出的锦纶织物浸泡在去离子水中5min lOmin，于60°C 90°C真空条件下干燥40min 60min,即得到改性锦纟仑织物。
其中的壳聚糖是脱乙酰度为90%、分子量小于1000的壳聚糖。
步骤3、配制偶联剂溶液，将改性锦纶织物置于偶联剂溶液进行处理，再将经偶联剂溶液处理的改性锦纶织物进行固化处理，获得包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物，具体按照以下步骤实施:
3.1)按照锦纶织物的质量，按质量比为1:80 120量取乙醇溶液，乙醇溶液由无水乙醇与去离子水按照体积比为1:5 10配制而成。
3.2)按照3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂与步骤3.1)中配制的乙醇溶液的体积比为0.02 0.05:1量取3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将量取的3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂缓慢滴加到步骤3.1)中配制好的乙醇溶液中，一边滴加一边不断搅拌，IOmin 20min滴加完毕，滴加完毕后将溶液静置30min 50min，得到偶联剂溶液；
3.3)将步骤2得到的改性锦纶织物浸溃在步骤3.2)中配制好的偶联剂溶液中，并于30°C 60°C条件下使改性锦纶织物与偶联剂溶液进行偶联反应4h 8h ;
3.4)步骤3.3)中的偶联反应完毕后，将取出的锦纶织物正、反两面分别置于紫外线灯下福照30min 50min,福照时锦纟仑织物距离紫外线灯IOcm 20cm,完成对锦纟仑织物的固化处理；固化反应所采用的紫外线灯的功率为40W、主波长为365nm。
3.5)将经步骤3.4)固化处理后的锦纶织物在丙酮中浸泡5min IOmin后，再在无水乙醇中浸泡5min lOmin，再用去离子水清洗锦纶织物5min IOmin后取出，将清洗干净的锦纶织物于70°C 90°C真空干燥，直至烘干为止，即得到包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。
图1是普通锦纶织物的扫描电镜照片，图2是包覆纳米三氧化二铁锦纶织物的扫描电镜照片，可以看出:普通锦纶织物纤维表面十分洁净，没有其他物质附着，而负载纳米三氧化二铁后的锦纶织物纤维表面包覆了一层较厚的颗粒状物质，同时还散布着一些细小的颗粒，高倍电镜照片显示该颗粒包覆层是由纳米级颗粒组成。图3是锦纶织物表面包覆的纳米三氧化二铁颗粒X射线衍射谱图，测试结果表明:衍射角2 Θ在24°、33°、36°、41°、49°、54°、62°和64°左右出现了较强的衍射峰，与标准图谱JCPDF中的N0.89-0599 —致，分别对应着赤铁矿α-三氧化二铁的(012)、(104)、(110)、(113)、
(024)、(116)、(214)和(300)晶面。图4是锦纶织物纳米三氧化二铁改性前、后的紫外线可见光漫反射光谱曲线。可以看出，锦纶织物包覆纳米三氧化二铁之后，不仅对紫外线吸收显著增强，而且对可见光也有所增加。图5是包覆纳米三氧化二铁锦纶织物的磁滞曲线，测试结果表明:包覆纳米三氧化二铁的锦纶织物表现出较弱的磁性能，剩余磁化强度为0.00043emu.g \ 矫顽力为 205.0Oe。选用甲基橙染料进行光催化活性测定。将尺寸大小为IOcmX IOcm质量约为1.2g的锦纶织物浸溃在体积50mL、质量浓度为2mg/l的甲基橙溶液中，置于暗室90min后达到吸附平衡，然后放置在石英紫外线灯下进行辐照，紫外线灯的功率为20W，主波长为254nm，光源距离甲基橙液面高度为10cm，用7220N型分光光度计测定甲基橙溶液辐照5h前、后在最大吸收波长464nm处的吸光度，根据公式(1)计算甲基橙的降解率D。
权利要求
1.光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施: 步骤1、配制稀盐酸溶液，利用配制的稀盐酸溶液对锦纶织物进行刻蚀，然后使用N，N- 二甲基甲酰胺溶液对刻蚀后的锦纶织物进行溶胀处理； 步骤2、配制硫酸铁、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖的改性溶液，将预处理后的锦纶织物放入改性溶液中进行水热反应，获得改性锦纶织物； 步骤3、配制偶联剂溶液，将改性锦纶织物置于偶联剂溶液进行处理，再将经偶联剂溶液处理的改性锦纶织物进行固化处理，获得包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。
2.根据权利要求1所述的光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述的步骤I具体按照以下步骤实施: 1.0按照盐酸与水的体积比1:4 6，配制稀盐酸溶液，所述的盐酸的质量浓度为36% ； 1.2)称取锦纶织物，按照浴比1:30 50，将称取的锦纶织物放入步骤1.1)中配制好的稀盐酸溶液中，于50°C 70°C条件下，将称取的锦纶织物用稀盐酸溶液浸泡处理20min 40min，完成对锦纶织物的刻蚀处理； 1.3)将步骤1.2)中刻蚀处理后的锦纶织物浸泡在N，N- 二甲基甲酰胺中，于70 V 90°C条件下处理3h 5h，然后用去离子水冲洗干净。
3.根据权利要求1所述的光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述的步骤2具体按 照以下步骤实施: 2.1)根据步骤I处理后的锦纶织物的质量，以1:30 50的浴比量取去离子水； 2.2)按照总铁浓度为0.01mol/L 0.05mol/L，三价铁离子与氢氧根离子的摩尔比为Fe3+:0H_=1:2 1:4，分别称取硫酸铁和氢氧化钠； 2.3)将步骤2.2)中称取的硫酸铁溶解于步骤2.1)中量取的去离子水中，得到硫酸铁溶液，然后加入氢氧化钠并充分搅拌，得到硫酸铁和氢氧化钠混合溶液； 2.4)分别称取十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖，将称取的十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖添加到步骤2.3)中配制好的硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中，不断搅拌直至十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖溶解于硫酸铁和氢氧化钠混合溶液，形成改性溶液，其中每升硫酸铁和氢氧化钠混合溶液中加入4g 8g的十二烧基苯磺酸钠，2g 5g的壳聚糖； 2.5)将步骤I预处理后的锦纶织物倒入步骤2.4)中配制的改性溶液中浸溃，浸溃时间为 5min IOmin ； 2.6)将经步骤2.5)浸溃后的锦纶织物和改性溶液一起转入反应缸中后密封，改性溶液的体积不超过反应缸体积的60% 80%，将密封后的反应缸以2 4°C /min速率升至120°C 140°C,再以5r/min 10r/min转速恒温反应3h 5h ; 2.7)待反应完毕、冷却后，将取出的锦纶织物浸泡在去离子水中5min lOmin，于60°C 90°C真空条件下干燥40min 60min,即得到改性锦纟仑织物。
4.根据权利要求1或3所述的光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述的壳聚糖是脱乙酰度为90%、分子量小于1000的壳聚糖。
5.根据权利要求1所述的光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施: .3.1)按照锦纶织物的质量，按质量比为1:80 120量取乙醇溶液； .3.2)按照3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂与步骤3.1)中配制的乙醇溶液的体积比为0.02 0.05:1量取3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，将量取的3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷偶联剂滴加到步骤3.1)中配制好的乙醇溶液中，一边滴加一边不断搅拌，IOmin 20min滴加完毕，滴加完毕后将溶液静置30min 50min，得到偶联剂溶液； .3.3)将步骤2得到的改性锦纶织物浸溃在步骤3.2)中配制好的偶联剂溶液中，并于30°C 60°C条件下使改性锦纶织物与偶联剂溶液进行偶联反应4h 8h ; .3.4)步骤3.3)中的偶联反应完毕后，将取出的锦纶织物正、反两面分别置于紫外线灯下福照30min 50min,福照时锦纟仑织物距离紫外线灯IOcm 20cm,完成对锦纟仑织物的固化处理； .3.5)将经步骤3.4)固化处理后的锦纶织物在丙酮中浸泡5min IOmin后，再在无水乙醇中浸泡5min IOmin,再用去离子水清洗锦纟仑织物5min IOmin后取出，将清洗干净的锦纶织物于70V 90°C真空干燥，直至烘干为止，即得到包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。
6.根据权利要求5所述的一种光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述步骤3.1)中所述的乙醇溶液由无水乙醇与去离子水按照体积比为1:5 10配制而成。
7.根据权利要求1或5所述的一种光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，其特征在于，所述步骤3中固化反应所采用的紫外线灯的功率为40W、主波长为365nm。
全文摘要
本发明公开了光催化活性和磁性纳米三氧化二铁改性锦纶织物的方法，首先配制稀盐酸溶液，利用配制的稀盐酸溶液对锦纶织物进行刻蚀，然后对刻蚀后的锦纶织物进行溶胀处理；再配制硫酸铁、氢氧化钠、十二烷基苯磺酸钠和壳聚糖的改性溶液，将预处理后的锦纶织物放入改性溶液中进行水热反应，获得改性锦纶织物；最后配制偶联剂溶液，将改性锦纶织物置于偶联剂溶液进行处理，再将经偶联剂溶液处理的改性锦纶织物进行固化处理，获得包覆光催化活性和磁性纳米三氧化二铁颗粒薄膜的锦纶织物。采用本发明的方法改性后的锦纶织物具有良好的光催化活性、磁性能及耐洗涤性能，而且不影响锦纶织物的手感和透气性。
文档编号D06M13/513GK103147275SQ20131008919
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者张辉, 宋杰瑶, 杨振威 申请人:西安工程大学