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信息來源：天津工業(yè)大學材料與化工學院　　作者：趙曉娣，姚金波，丁 毅，府佳萍
 

摘要： 通過納米ZnO-~拒水拒油整理劑之間的協(xié)同作用，對棉絨織物實施抗茵整理加工。并介紹了納米氧化鋅的抗茵機理、偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理以及整理液的制備方法，通過拒水拒油性能的測試優(yōu)化出*工藝．借助拒水拒油的作用來防止細茵的粘附，從而進一步提高織物的抗茵性能。

    關(guān)鍵詞： 納米ZnO；抗茵；拒水拒油；偶聯(lián)劑

    本文研究了納米ZnO與拒水拒油整理劑之間的協(xié)同作用。以高速攪拌作為輔助手段，通過偶聯(lián)劑來增加納米ZnO粒子與拒水拒油整理劑間的配伍性．有效防止納米ZnO粒子間的團聚，使其穩(wěn)定均勻的把納米ZnO分散在拒水拒油整理劑中，通過拒水拒油性能的測試優(yōu)化出*工藝。借助拒水拒油的作用來防止細菌的粘附。從而進一步提高織物的抗菌性能。



    1 納米氧化鋅的特性及抗菌機理

    納米氧化鋅粉體難溶于水，無味、無毒、質(zhì)地細膩，其粒徑約為30～100 nm，粒子形狀為粒柱形，納米氧化鋅由于其顆粒尺寸的微細化，比表面積急劇增大，產(chǎn)生了與普通氧化鋅不同的界面效應和小尺寸效應，具有顆粒小、表面活性強、分散性好等特性，具有較高的安全性。對廣譜范圍的細菌、霉菌具有優(yōu)良的阻繁和殺滅功能。這些特殊性質(zhì)賦予其成為良好的抗菌材料。

    納米氧化鋅的抗菌機理可能有兩種途徑，*種是光催化抗菌機理，即納米氧化鋅在陽光，尤其是紫外線的照射下，在水和空氣中能自行釋放自由電子fe-），同時留下了帶正電的空穴（h ），h 可以激發(fā)空氣產(chǎn)生活性氧（[O]），微生物與[0]發(fā)生氧化反應而致死。第二種是金屬離子溶出抗菌機理，即游離出來的鋅離子接觸細菌體時，與酶蛋白結(jié)合使其失去活性而將細菌殺死。有充分實驗證明納米氧化鋅的抗菌機理應該是兩種機理共同作用的結(jié)果[1]。

    2 偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理

    由于納米ZnO的表面能比較高，而拒水拒油整理劑的表面能比較低，兩者相互混合時，會發(fā)生所謂的“水和油”的現(xiàn)象，因此采用偶聯(lián)劑在納米ZnO與拒水拒油整理劑之間起到架橋的作用。本試驗采用硅烷偶聯(lián)劑。其是在一個分子中兼有對無機物具有反應性的基團f主要是硅氧烷基）和對有機物具有反應性或相容性的基團f有機官能團）的化合物 ]，一般用下面的結(jié)構(gòu)式表示：

    Y— R—Si≡（OR）3

    式中，Y為有機官能團；SiOR為硅氧烷基。主要機理為偶聯(lián)劑的親水基團能與納米ZnO粒子表面的羥基結(jié)合，其疏水基團能與拒水拒油整理劑中的樹脂結(jié)合。偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理取決于YR—SiOR結(jié)構(gòu)中的有機官能團fY）和可水解基團（OR）之間的穩(wěn)定連接。有機官能團fY）的選擇要求做到對樹脂呈現(xiàn)反應性或相容性，如含有乙烯基或甲基丙烯酰氧基的硅烷偶聯(lián)劑適用于不飽和聚酯和丙烯酸樹脂f因為偶聯(lián)劑中的不飽和雙鍵能與樹脂中的不飽和雙鍵發(fā)生化學反應）。而可水解基團（0R）水解后所生成的硅醇會與納米ZnO表面羥基之間產(chǎn)生牢固的鍵合作用，其中包括硅醇與納米ZnO表面羥基生成氫鍵及范德華力的作用以及硅醇之間醚化脫水作用等．終使納米氧化鋅表面被硅烷偶聯(lián)劑部分或全部覆蓋I3]。

    3 實驗部分

    3．1 試劑和儀器

    納米ZnO粉體、偶聯(lián)劑（自制）、交聯(lián)劑（自制）、整理劑FK一510、異丙醇、氯化鎂。實驗室高剪切分散乳化機FA25型、接觸角測試儀JY一82、透氣儀YC461型。

    3．2 納米整理工藝

    在納米抗菌拒水拒油整理過程中，納米氧化鋅在整理劑中的分散穩(wěn)定性是關(guān)鍵，本實驗在高速攪拌的物理分散下，加入偶聯(lián)劑有效的把納米ZnO和整理劑連接起來，并通過交聯(lián)劑使其很好的與纖維結(jié)合。

    3．2．1 整理液的制備工藝

    

    3.3 工藝優(yōu)化

    由于影響整理劑的因素很多，因此采用三水平三因素的正交實驗，通過極差分析進行工藝優(yōu)化。

    3．4 性能測試

    （1）拒水拒油性：拒油性采用AATCC1 l8～1992標準。采用測接觸角的方法測拒水性。測試方法是用針管吸取一定量水滴到織物表面，然后用接觸角測試儀測出水滴與織物的接觸角，角度越大，拒水效果越好。

    （2）抗菌性：將試樣和對照織物（未經(jīng)抗菌整理的織物）分別放于三角燒瓶中接種大腸桿菌。接種后將對照織物上的細菌立即洗滌并測定細菌數(shù)量，將試樣恒溫培養(yǎng)后洗滌細菌并測定細菌數(shù)量，然后計算出試樣的細菌減少率。

    （3）耐久性：為了測試拒水拒油及抗菌效果的耐久性，實驗將整理后的織物洗滌5次，再測試其拒水拒油及抗菌效果。洗滌工藝條件：標準洗滌劑2 g，L，浴比為1：50，溫度：40℃，時間：10 min。

    （4）透氣性：根據(jù)GB12799—91的標準，取原布及用*工藝整理后的布樣，在YC,461織物透氣儀上進行測試（布樣大小為10 cm~10 cm）。

    4 結(jié)果與討論

    4．1 正交試驗結(jié)果

    根據(jù)極差分析法可知，影響拒水拒油的主次要因子次序為：拒水拒油整理劑用量>硅烷偶聯(lián)劑用量>納米ZnO用量。依次做各因素對接觸角影響曲線.



    從圖1中可以看出隨著整理劑用量的增加，織物與水的接觸角增大，拒水性能顯著增強，符合一般規(guī)律。

    

    從圖2中可以看出．隨著偶聯(lián)劑用量的增加，織物與水的接觸角變小，說明偶聯(lián)劑的用量的增加會使得整理劑的拒水性能下降。分析認為，這和硅烷類偶聯(lián)劑的作用機理有關(guān)．在整理劑中處于外側(cè)的硅烷類偶聯(lián)劑單分子層 ]，水解生成硅醇，然后與納米ZnO表面的羥基之間產(chǎn)生牢固鍵合作用，終使ZnO表面被硅烷偶聯(lián)劑牢牢地包覆．隨著偶聯(lián)劑用量的增加，逐步形成多分子層，使硅烷偶聯(lián)劑在水中水解形成的醇羥基，而醇羥基的親水性，會抵消拒水拒油整理劑的拒水作用。因此偶聯(lián)劑不宜過多，在實驗條件以2％為宜。

     

    從圖3中可以看出隨著納米粉用量的增加，接觸角沒有明顯的變化，由此可以得出納米粉并不是影響拒水拒油性能的主要因素。但考慮到納米粉有提高粗糙因子的作用，分析認為以8 g／L為宜。

    綜上所述．得出的拒水拒油性能*工藝是：整理劑用量為60 L，偶聯(lián)劑用量為2％，納米ZnO的用量為8 g／L。

    4．2 抗菌及抗菌持久性測試結(jié)果

    在上述優(yōu)化工藝的基礎上，進一步測定其抗菌性能。研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)整理的對照試樣不具備抗菌性能，培養(yǎng)皿上的菌落數(shù)多不可計，而經(jīng)過納米ZnO整理的織物抗菌性，培養(yǎng)皿上沒有細菌生長，證明納米ZnO具有良好的抗菌性能。

    

    從表2中可以看出，整理過的織物經(jīng)洗滌后抗菌性依然很好．仍無細菌生長，證明納米ZnO的抗菌效果具有持久性。

    4．3 透氣性的變化

    由GB12799—91測試方法測得的結(jié)果見表3。

    

    由表3可知．經(jīng)納米整理劑整理后透氣性變化不大．因此不會影響織物的服用舒適性。

    5 結(jié)論

    （1）通過高速攪拌和偶聯(lián)劑的雙重作用把納米氧化鋅均勻地分散到整理劑中，制備出納米整理劑，并用正交試驗優(yōu)化工藝結(jié)果為：偶聯(lián)劑用量為2％，整理劑用量為60 g／L，納米ZnO的用量為8 g／L；

    （2）用此納米整理劑處理織物后，具有的拒水拒油性能和抗菌性能．持久性強，透氣性影響不大．基本不影響織物的服用舒適性。

    6 參考文獻

    [1]李群，陳水林，姜萬超．納米ZnO的制備與納米功能紡織品的開發(fā)（下）[J]．染整技術(shù)．2003，25（5）：l6-l7．

    [2]李光亮．有機硅高分子化學[M]．北京：科學出版社，1999．

    [3]周寧琳．有機硅聚合物導論[M]．北京：科學出版社，2000．

    [4]E．P 普魯特曼．硅烷和鈦酸酯偶聯(lián)劑[M]．上海：上?？茖W技術(shù)文獻出版社，l3l-133．