孟金凤， 孟家光， 张琳玫， 丁玲铃

(西安工程大学 纺织与材料学院， 陕西 西安 710048)



毛涤西服面料的自清洁性能

孟金凤， 孟家光， 张琳玫， 丁玲铃

(西安工程大学 纺织与材料学院， 陕西 西安 710048)

西服面料的多次洗涤，不仅造成了能源的消耗，还对织物的服用性能造成影响。为最大程度地保证织物外观风格，采用单因素分析和正交试验，对复合纳米粉体进行有效分散，开发研制出一种复合纳米自清洁整理剂，并应用于毛涤混纺西服面料的整理。结果表明，经纳米自清洁整理剂整理过的毛涤西服面料具备良好的光催化自清洁性能。经使用相对织物用量为10%整理剂整理后的毛涤西服面料表现出最好的自清洁效果，在60 h内油渍被大量分解。此整理剂在重复性测试以及耐洗牢度测试中均表现出很好的自清洁效果。

纳米粉体； 分散； 整理； 自清洁； 毛涤西服面料

光催化自清洁是指纳米半导体经过氧气、水和光共同作用下将有机污染物彻底氧化为CO2和 H2O 等无机物[1-3]的技术。其优点是氧化效率高，深度氧化及绿色环保[4-6]。可用于光催化的半导体有很多，例如TiO2、CdS、ZnO、ZnS等[7]。大量研究已证明TiO2和ZnO的催化活性最好，也具有较好的活性，其带隙能较小，可很好地利用自然光。CdS在光照时不稳定，游离出Cd2+，这些离子对生物有毒[8]，对环境有害。随着人们对环保理念的重视，TiO2的多项光催化技术目前已经在废水和废气处理等方面得到应用，但是TiO2的应用有很大的局限性，原因是其仅能被少量的紫外光激发，光量子产率较低。本文试验的主要任务是通过复合催化剂提高TiO2的光催化活性，提高光量子产率，将TiO2的激发波长扩展到可见光区，提高其对太阳光的利用率。

对西服面料而言，一方面难洗涤，另一方面频繁的洗涤次数对织物的外观风格有严重的影响。而研究和开发纳米技术赋予织物光催化自清洁功能[9]，可大大减少西服面料的洗涤次数，最大程度地保证了织物外观风格，又节约了大量的洗涤耗水和洗涤剂，对环境保护有较大意义。

1 试验部分

1.1 整理剂的制备

1.1.1 材料及设备

原料: 纳米复合粉体TiO/ZnO(质量配比为1∶1，粒径为 30～40 nm)。复合分散剂：m(六偏磷酸钠)∶m(聚乙二醇)∶m(聚丙烯酸钠)=1∶1∶0.5。分散介质用蒸馏水。

设备: R-3型烘干机 (上海市实验仪器总厂)，JY98-3D型超声波细胞粉碎机(上海新诺仪器设备有限公司 )，BME100LX- S型高速剪切乳化机(上海新诺仪器设备有限公司)，BS110S型电子天平(上海升隆电子科技有限公司)，KYKY-2800B型扫描电子显微镜(北京中科科仪技术发展有限公司)，XQB45-728G型洗衣机(小天鹅集团)，威洁士洗涤剂(上海威莱日用品有限公司)等。

1.1.2 整理剂制备工艺

将2.5 mL复合分散剂加到200 mL蒸馏水中，混合溶液pH值为7，再加入2 g纳米TiO2复合粉体；然后依次再经过15 min的高速剪切乳化和5 min的超声。

纳米自清洁整理剂的制备最主要是将纳米粉体进行充分分散，分散剂分类、分散剂用量、pH值等因素都会影响纳米微粒的充分分散。本文试验以分散剂的优化为例，选择合适的分散剂和分散工艺使纳米的分散达到最佳状态。首先分别选用分散剂中常用的烷基酚聚氧乙烯醚(OP)、十二烷基苯硫酸钠(SDBS)、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠(SDS)、聚丙烯酸钠、月桂酸钠、聚乙二醇7种分散剂进行试验，放置7天后测不同分散剂在不同用量下的体积沉降率，测试结果如表1所示。然后再查阅相关资料，将它们进行两两复合，观察比较其分散效果得出理论数据。采用单因子分析法确定正交试验，其结果如表2所示。分散系的体积沉降率作为考察试验结果的指标。测试结果如表3所示。

由表3得出，对上层清液的体积百分数影响显著性的次序为B>C>D>A：A因素中A1的清液百分数最少；B因素中B3的清液百分数最少；C因素中C2的清液百分数最少；D因素中D2的清液百分数最少。因此，最佳组合方案是A1B3C2D2，即TiO2、ZnO超声前混合，分散剂聚乙二醇及六偏磷酸钠的用量分别为1.5 mL、1 mL，分散剂搅拌的最佳时间为3 min。

表1 分散剂的体积沉降率

表2 因素水平表

按照同样的方法，分别进行TiO2与ZnO配比、pH值和分散工艺的优选。

1.1.3 纳米自清洁整理剂分散效果观察

图1示出整理剂的SEM测试结果。由图可知，纳米自清洁整理剂的粒径均在30～40 nm之间，说明纳米TiO2复合粉体得到了很好的分散，复合粉体的特性将得到充分发挥。

表3 结果分析

图1 整理剂SEM图Fig.1 SEM of agents

1.2 毛涤西服面料自清洁整理

1.2.1 试验材料及试样

蓝色毛/涤混纺西服面料(5 cm×5 cm，斜纹组织)；陕西新尹农产开发有限公司生产的辣椒油(有色有机物)作为织物的油污。

1.2.2 光照要求

总的光照时间包括黑夜，气温一般在 30 ℃左右，试验时的天气是晴转多云。

1.2.3 试验过程

织物称量→多次水洗→脱水。

纳米自清洁复合整理剂的制备(乳化30 min→超声波分散5 min)→浸渍织物(浴比为1∶20，室温，10 min的浸轧)→脱水→烘干(80 ℃预烘5 min，再按照正常烘干要求进行烘干)。

1.2.4 自清洁性能测试

毛涤西服面料的自清洁性能测试包括光催化效果测试、重复性测试以及耐洗牢度测试3个方面。为便于观察和客观评价，选择红色辣椒油(辣椒油滴加量为0.05 mL)作为油污污渍，对整理后的毛涤西服面料进行局部滴定观察，以“油渍含量”为自清洁性能的评价指标。

同时整理样和原样照射一段时间后对其进行拍照记录，一方面可从油渍变化情况更直观地观察其光催化自清洁效果，另一方面也可方便在每个时间点分别测量整理样和原样的质量，记录数据，多次测量求油污含量的平均值。

2 结果与分析

2.1 纳米自清洁整理剂的表征

图2 原样和整理样织物的表面SEM照片Fig.2 SEM of original and finished fabric surface(a) Original fabric surface (×1 000)；(b) Finished fabric surface (×1 500)

按照整理工艺, 将分散所得稳定的纳米整理剂整理到毛涤西服面料上。图2示出了原样与整理后织物的表面放大不同倍数后的SEM照片。从图2(b)可看出，大量的纳米TiO2复合粉体颗粒均匀分散在整理样的纤维表面，而图2(a)原样表面则没有，所以分布在整理样上的纳米复合粉体是织物自清洁的关键。同时纳米复合粉体能很好地黏附在毛涤西服面料的纤维表面，从而发生一系列的光催化效应。原因是其粒径小，表面能高。

2.2 纳米光催化效果测试

在每块试样上滴0.05 mL辣椒油，经过一定时间的自然光照射后，原样和整理样的油污含量结果如表4所示。

表4 织物的油污含量

注：原样编号为0；纳米复合粉体整理剂用量为5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%的整理样，依次编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11。

由表4可知，纳米TiO2复合粉体(相对织物)用量为10%的表现出最好的自清洁效果，在36 h内就将油渍大量分解；经过48 h的自然光照射后，油污含量仅为13%；经过60 h的自然光照射后，油污含量仅为3%左右，试样上的油污已基本被分解。整理剂用量为8%和9%的次之，经过48 h自然光照射后，油渍含量分别为16%和18%左右，经过60 h的自然光照射后，油污含量分别仅为4%和6%左右。

TiO2/ZnO+hγ→h++e-

根据以上原理分析得出，完全降解0.05 mL的油污所需要的超氧阴离子自由基和羟基自由基是一定的，所以当纳米整理剂用量达到一定数值后，整理剂用量的增加对油污的降解几乎没有影响。

2.3毛涤西服面料重复性测试

为观察经过纳米自清洁整理后的毛涤西服面料自洁效果的重复性，本文试验在第1次滴完油污，达到完全自洁效果后的基础上，选择自清洁效果相对较好的试样，然后在第1次滴油的原位置上重复滴1滴0.05 mL辣椒油，经自然光照射后其自洁效果如表5所示。

表5 织物的自清洁效果

注：原样编号为0；纳米复合粉体整理剂用量为5%、8%、9%、10%、12%、14%、15%的整理样，依次编号为1、2、3、4、5、6、7。

由表5可知，经过此纳米复合整理剂整理过的自清洁西服面料具有很好的自清洁重复使用性。与表4相比，在一定时间内，表5中油污含量曲线下降较快，说明在一定时间内，重复性进行纳米自清洁整理，试样表现出较快较好的光催化效应。纳米TiO2复合粉体用量为10%时表现出最好的自清洁效果，经过48 h的自然光照射后，油污含量仅为8%左右；60 h后，油污含量仅为4%左右。整理剂用量为9%和12%的次之，经过48 h自然光照射后，油渍含量分别为14%和12%，经过60 h的自然光照射后，油污含量分别仅为5%和7%左右。经过自然光照射后也都能达到90%以上的自清洁效果，且时间与第1次自清洁所需时间基本一致(期间也受天气的影响)。

2.4 耐洗牢度

按照洗涤→脱水→烘干的工艺流程，分别对处理后的织物进行水洗10次的试验，观察其自清洁效果的变化情况，结果如表6所示。

从表 6可知，纳米TiO2复合粉体(相对织物)用量为10%的试样表现出最好的自清洁效果。经

表6 织物水洗后的自清洁效果

注：原样编号为0；纳米复合粉体整理剂用量为5%、8%、10%、12%、15%的整理样，依次编号为1、2、3、4、5。

过48 h的自然光照射后，油污含量达到30%；60 h后，油污含量为8%左右；65 h后，油污含量仅为1%。整理剂用量为8%和12%的次之，经过48 h自然光照射后，油渍含量分别为37%和47%左右；60 h后，油污含量分别为10%和9%；65 h后，油污含量分别仅为4%和2%左右。

从表6可看出，经过10次水洗后的整理样达到完全自清洁效果所需时间要比未经过水洗的整理样稍长一些，但经过一定时间的自然光照射后，织物上的油渍同样达到了良好的自清洁效果。这主要是因为纳米材料粒径很小，比表面能很高，它能牢固地吸附在毛涤西服面料纤维表面，因此，该工艺整理的织物具有较好的耐洗牢度。

3 结 论

1)光催化自清洁整理剂的平均粒径为30～40 nm，且能够很好地分散。

2)纳米复合粉体TiO2/ZnO的最佳分散工艺如下: 30 min的高剪切作用时间，10 min的超声波作用时间，3 500 r/min的剪切机转速，pH=7.0，超声功率为1 000 W。

3)经过10%的整理剂整理过的织物，48 h 的自然光照射后织物上的油污基本降解，经过60 h的自然光照射后，整理上的油渍全部降解；对整理过的毛涤西服面料进行重复性自清洁测试，整理后的毛涤西服面料表现出较好的耐洗牢度。

FZXB

[1] 闫世成, 罗文杰, 李朝升, 等. 新型光催化材料探索和研究进展[J]. 中国材料进展, 2010, 29(1):1-9. YAN Shicheng, LUO Wenjie, LI Zhaosheng, et al. Progress in research of novel photocatalytic materials[J]. Materials Review, 2010,29(1):1-9.

[2] 黄柏标, 王泽岩, 王朋, 等.光催化材料微结构调控的研究[J]. 中国材料进展,2010,29(1):25-36. HUANG Baibiao, WANG Zeyan,WANG Peng, et al. Research on microstructure modulation of photo-catalysts[J]. Materials Review， 2010, 29(1):25-36.

[3] LU Dling,TAKATA Tsuyoshi, SAITO Nobuo, et al. Photocatalyst releasing hydrogen from water[J]. Nature,2006,44(7082):295.

[4] 胡海霞, 李建华. 光催化自清洁整理剂制备及在涤棉织物上的应用[J]. 丝绸, 2014, 51(6):26-30. HU Haixia, LI Jianhua. Preparation of photocatalysis self-cleaning finishing agent and its application in polyester-cotton fabrics[J]. Journal of Silk, 2014,51(6):26-30.

[5] 张浩, 朱庆明. 工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用[J]. 工业水处理, 2011, 31(5):17-20. ZHANG Hao, ZHU Qingming. Applications of nano-TiO2photocatalytic technology to the treatment of industrial wastewater [J]. Industrial Water Treatment, 2011,31(5):17-20.

[6] 陈威, 王慧, 杨俞,等. 光催化完全分解水制氢研究进展[J]. 化学研究, 2014，25(2): 201-208. CHEN Wei, WANG Hui, YANG Yu. Progress in research of photocatalytic hydrogen production from overall water splitting[J]. Chemical Research, 2014，25(2)：201-208.

[7] HABISREUTINQER S N, SCHMIDT-MENDE L, STOLARCZYK J K. Photocatalytic reduction of CO2on TiO2and other semiconductors[J]. Angewandte Chemie, 2013, 52 (29):7372-7408.

[8] HAN Sancan, HU Linfeng, GAO Nan, et al. Efficient self-assembly synthesis of uniform CdS spherical nanoparticles-Au nanoparticles hybrids with enhanced photoactivity[J]. Advanced Functional Materials，2014,24(24)：3725-3733；

[9] 申玉芳, 龙飞, 邹正光.半导体光催化技术研究进展[J].材料导报, 2006, 20(6):28-31. SHEN Yufang, LONG Fei, ZOU Zhengguang. Developments of photocatalytic semiconductors[J]. Materials Review, 2006,20(6):28-31.

[10] MAJID Montazer, ESFANDIAR Pakdel. Self-cleaning and color reduction in wool fabric by nano titanium dioxide[J].The Journal of the Textile Institute, 2011,102(4):343-352.

[11] MAJID Montazer, SAMIRA Seifollahzadeh. Pretreatment of wool / polyester blended fabrics to enhance titanium dioxide nanoparticle adsorption and self-cleaning properties [J].Coloration Technology, 2011,127: 322-327.

[12] MONTAZER M, LESSAN F, MOGHADAM M B. Nano-TiO2/maleic acid/triethanol amine/sodium hypophosphite colloid on cotton to produce cross-linking and self-cleaning properties[J].The Journal of the Textile Institute, 2012,103(8):795-805.

[13] HADI Fallah Moafi, ABDPLLAH Fallah Shojaie, MOHAMMAD Ali Zanjanchi. Photoactive behavior of polyacrylonitrile fibers based on silver and zirconium co-doped titania nanocomposites: synthesis, characterization, and comparative study of solid-phase photocatalytic self-cleaning[J]. Applied Polymer Science, 2013，127(5):3778-3789.

欢迎订阅2016年《产业用纺织品》

《产业用纺织品》由东华大学和中国产业用纺织品行业协会主办，已入编中国知网中国学术期刊网络出版总库、万方数据——数字化期刊群、中文科技期刊数据库(全文版)等。

《产业用纺织品》主要刊登国内外各种产业用纺织品和非织造布的综述；科研、生产技术报告；国内外有关新产品、新材料、新技术、新设备报道；有关专利、标准和测试方法介绍；国内外有关动态、市场信息和新闻简讯。《产业用纺织品》努力成为纺织、冶金、化工、电子、医疗卫生、农林、水利、建材及国防工业各科研、生产和使用单位之间信息联络的纽带，促进我国产业用纺织品和非织造布的研究、生产和应用的发展。

地址：上海延安西路1882号教学大楼15层 邮政编码：200051

电话：(021)62752920 (021)62373227 传真：(021)62754501

E-mail: techtex@dhu.edu.cn

Nanometer self-cleaning properties of wool/polyester blended suit fabric

MENG Jinfeng， MENG Jiaguang， ZHANG Linmei, DING Lingling

(TextilesandMaterialsCollege,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China)

In order to reduce the suit fabric washing times and energy consumption with remaining fabics apppearance and style in the maximum degree. Based on the single factor method combined with orthogonal experimental method, this paper effectively disperses the composite powder, and a kind of compound nanometer finishing agent was exploited and developed too.Wool/polyester blended suit fabric was used as the main reseach object. The experimental results showed that the wool-polyester blended suit fabric had better photocatalytic self-cleaning properties with nano-self-cleaning finishing agents. The suit fabric showed the best self-cleaning effect with the amount of 10% nano finishing agents, and grease stain will break down a lot within 60 h. Repeatability was tested after the suit fabrics was treated with nano self-cleaning finishing agents, and this finishing agent put up better self -cleaning effect to oil stain. In addition, the suit fabric after being washed still remain good self-cleaning performance.

nano powder; dispersion; finishing; self-cleaning; wool/polyester blended suit fabric

10.13475/j.fzxb.20141006706

2014-10-27

2015-07-20

陕西省重点学科建设专项资金项目(陕[2008]169)

孟金凤(1988—)，女，硕士生。研究方向为新材料、新工艺、新技术。孟家光，通信作者,E-mail：mengjiaguang@126.com。

TS 184.8

A