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发表论文
亚纳米级TiO2加入化纤(涤纶)中制备抗紫外线、抑菌功能纺织品
* 来源: 河北麦森 * 作者: * 发表时间: 2016-04-29 09:24:24
亚纳米级TiO2加入化纤(涤纶)中制备抗紫外线、抑菌功能纺织品
 
  张建平、张川、张千
 
   摘要:将亚纳米级二氧化钛粉体,分散于EG溶液中,经过砂磨、离心分离,按照一定比例制备具有抗紫外线、抑菌功能的涤纶纤维,并对成品的抗紫外线性能、抑菌性能进行检测。
  关键词:亚纳米级TiO2、涤纶、抗紫外线、抑菌

  Abstract:Sub nanometer titanium dioxide powder,Dispersed in EG aqueous solution,After sanding、Centrifugal separation,According to a certain proportion and preparation with UV resistant, antibacterial functional polyester fiber,On the finished product ultraviolet resistance, antibacterial performance testing.
  Keywords:nanometer titanium dioxide,Polyester fiber,Ultraviolet resistance,Antibacterial
  现代纺织品的方向发展已朝向多元化和功能化。纳米TiO2因具有价廉无毒、粒径小、比表面积大、催化活性高、吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大、热导性好、分散性好、稳定性好等优点而倍受关注。
  manbetx万博利用偏钛酸法生产得到亚纳米级二氧化钛粉体,与河北科技大学纺织服装学院合作,用亚纳米级二氧化钛对涤纶进行整理,整理后的织物抗紫外吸收性能较好,耐洗性较好。而且,TiO2含量越高,紫外光的屏蔽效果越好。同时,利用日光灯作为诱导光源(光照3h/D),对织物的抗菌性进行测试发现,使用不同浓度的亚纳米级二氧化钛整理后的织物抑菌性能不同,以50g/L加入时抑菌效果最好。
  下面就亚纳米级二氧化钛粉体抗紫外机理、PET制备及实验室实验进行详述:
  1. 亚纳米级二氧化钛粉体的抗紫外机理
  由光学理论知道,当粒子的粒径只有光的一半的时候,粒子具有很强的散射能力。manbetx万博生产的亚纳米级二氧化钛粒径很小(30—40nm),活性很大,吸收紫外线的能力很强。由于亚纳米级TiO2粒子既能散射又能吸收紫外线,故具有很强的紫外线屏蔽性。如在纤维中添加此种粒子,并使得亚纳米级TiO2能很好地分散到纤维基体中,就能大大提高纤维抗紫外线能力。
  由图可知,在200至280nm的紫外光区波长范围内,其发射光的百分率接近零,粉体对紫外线吸收强烈。而在400至700nm的可见光波段,TiO2对光的反射值很大,其吸收光的程度很小。TiO2对光的吸收强弱与样品本身的晶态、界面缺陷、晶面取向及价带结构关系密切。TiO2是n型半导体,其禁带宽度为3.2eV,属带宽隙半导体,其吸收波长阀值在紫外光区。当一能量大于或等于禁带宽度的光子射入到TiO2粒子时,粒子吸收了光子,价带上的电子跃迁到导带,而使TiO2具有强烈的吸收紫外线的能力并具有光催化作用等。
  2.亚纳米级二氧化钛粉体的抗菌实验
  由于普通日光灯光谱中即含有紫外成分,因此实验中用日光灯作为诱导光源(光照3h/D),对墨兰胶孢炭疽菌的抑制作用进行了研究.我们研究了在空白组及不同浓度的亚纳米级TiO2溶液中,菌丝的生长速度、孢子数量以及孢子萌发率,其中图2为各个组别孢予在纳米粉体溶液中静置18 h后的萌发情况。
  实验结果表明,不同质量浓度的TiO2对孢子萌发有影响,其影响大小依次为50、40、30、60g/L。其中50、40、30g/L明显抑制孢子萌发,以50 g/L最为明显,与空白组相比抑制率分别为80.68%、75.6l%和69.78%,粉体质量浓度为
  50 g/L时效果最好.其原因是,当质量浓度超过一定限度,一方面,粉体在溶液中会分布不均匀,出现团聚,导致光催化效能下降;另一方面,溶液的浑浊度上升,对光的遮蔽力增强,光只能到达溶液表面,溶液内部TiO2光激起效率下降,从而使光催化活性降低,因此,粉体的浓度在50 g/L才能得到较理想的抑菌效果。
  3.抗紫外、抑菌聚酯(PET)的制备
  设备:反应釜:使用压力100~ 300kPa,配有分离器、真空泵、喷淋器、回收罐、压力表、温度计、浆式搅拌器及电机;砂磨机:KSM-20-N;离心机:SS300;3L配料罐带电机;切料机。
  反应釜配置如图3
  原料:PTA(中石化) 863g,EG(日本三井) 460g,112g(20% EG溶液),亚纳米级TiO2(manbetx万博),根据含量要求提供。
  制备过程:
  (1)称取亚纳米级TiO2粉体300 g,与1 500 gEG混合打浆,循环砂磨30 min,然后再离心分级,入混合罐,称取450gPTA,加入配料罐,搅拌1h,混合打浆,之后置入反应釜;
  (2)酯化反应:关闭阀门1.3.4,打开阀门2.5,将反应釜加热到260 ℃,压力设定为140 kPa(表压),反应1.5 h;然后将温度提到263℃,压力设定为0.4 kPa(表压),反应1 h;
  (3)缩聚反应:开启真空泵,令真空装置正常运作,然后关闭阀门2,5,打开阀门1.3.4,并将反应釜温度提高到275 ℃,压力设定为50 kPa(绝对压力),反应lh;再将反应釜温度提高到283℃,压力设定5kPa(绝对压力),反应0.5 h;最后将温度升高到285℃,压力设定为0. 5 kPa(绝对压力),当PEI的黏度达到0.68dL/g时(大概1.5h),出料切粒。
  4. 涤纶抗紫外、抑菌性能检测
  4.1 织物抗紫外性能检测
  测试内容:材料对UVB的衰减能力;
  测试条件:UVB(波长290—300nm),辐照度50W/m2
  测试指标:材料粒子在单位面积黏胶膜中分布质量G(g/m2)条件下的透过率η(%)
  η=(E/E0 ) ×100
  其中:E0 入辐射照度,W/ m2, E 透辐射照度,W/ m2
  测试结果:η=0.08
  4.2 织物抗菌性能检测
  4.2.1抗菌性的表征方法:
  (1)用测试织物上菌落数目直接表示 (2)用抗菌率表示:
  抗菌率=NO-NT/NO*100%
  NO:未整理样品菌落数 NT:整理样品菌落数
  大肠杆菌: 中科院微生物研究所提供
  4.2.2.测试方法:
  (1)首先配制固体培养基,然后连同各种刷洗干净的仪器高压灭菌。
  (2)将菌种接种培养,挑取培养基上已生长的数个菌落。放于盛有无菌性生理盐水的试管中,振荡,并同标准细菌比浊管对照,配成3亿个/mL的菌液,然后逐级稀释成3*10*5个/mL菌液备用。
  (3)将上文中制备的功能聚酯切片与普通涤纶样品,各剪成2.5cm*2大小,并贴于培养皿中经冷却的固体培养基上,用刻度滴管分别取0.02mL菌液(浓度3*10*4个/mL),滴加于培养皿中整理及未整理布样上,随即滴加一薄层冷却到45℃左右的固体培养基,将培养皿放于培养箱中于37℃,恒温恒湿培养24小时,计数试样上的菌落数。

菌种:大肠杆菌 织物
功能聚酯切片 普通涤纶样品
菌落数 0 59
抗菌率 100% 0
  







    由上表可知,本文制备的抗菌织物具有较好的抗菌性。
  5.结论
  1)利用manbetx万博生产的亚纳米级二氧化钛整理涤纶,其抗紫外线性能显著提高。同时整理后织物具有较好的抗菌性,细菌减少百分率可达到80%以上。
  2)织物的抗紫外线和抗菌性能均与织物结构、TiO2含量有关。织物越紧密 ,织物的抗紫外线和抗菌性能越好,同时,整理后织物的皂洗牢度较好。

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