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1、光催化除甲醛苎麻织物的低温复合制备 冯雅妮 张梅 罗胜利 白玉颖 司马义艾沙江 邱夷平 蒋秋冉 广州纤维产品检测研究院 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室 新疆维吾尔自治区纤维检验局 摘 要： 为解决在无黏结剂条件下纳米光催化材料在纺织品上复合牢度低的问题, 采用低温复合处理技术, 将 TiO2纳米颗粒均匀负载于苎麻织物上, 并通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、透气性测试仪、万能拉伸仪和甲醛测试系统等测试方法对织物性能进行表征。结果表明:TiO 2纳米颗粒可通过低温复合处理技术均匀固定于苎麻织物上, 织物在-10低温浴配合 400 N/cm 的压力下每次浸渍10 min, 浸扎处理 3
2、道后除甲醛效果最佳;处理后织物表面羟基量增多, 织物保持了原有透气性且断裂强力和断裂伸长未受到处理影响;处理后织物在 120 min内实现了 87.14%甲醛去除率。关键词： 甲醛光催化降解; 低温处理; 苎麻织物; 二氧化钛纳米颗粒; 作者简介：冯雅妮 (1985) , 女, 工程师, 硕士。研究方向为功能化纺织品研发。作者简介：蒋秋冉, 通信作者, E-mail:。收稿日期：2016-12-09基金：广东省质量技术监督局科技项目 (2016PZ04) Low temperature bonding preparation of functionalized ramie fabrics fo
3、r formaldehyde photocatalytic degradationFENG Yani ZHANG Mei LUO Shengli BAI Yuying SIMAYI Aishajiang QIU Yiping JIANG Qiuran Guangzhou Fiber Product Testing and Research Institute; Key Laboratory of Textile Science & Technology, Ministry of Education, Donghua University; Xinjiang Fiber Inspection B
4、ureau; Abstract： In order to solve the problem that nano photocatalytic materials have low bonding strength on textiles under adhesive-free condition, low temperature bonding treatment was adopted to uniformly load TiO2 nanoparticles (TiO2 NPs) on ramie fabrics.The properties of the treated ramie fa
5、brics were evaluated by a scanning electron microscope, a Fourier transform infrared spectroscope, a porosimeter, a universal tensile test machine and a formaldehyde test system.The results show that TiO2 NPs can be evenly fixed on the ramie fabrics.The sample treated in the bath at -10 for 3 cycles
6、 (10 min/cycle, 400 N/cm) shows the highest formaldehyde elimination rate.After the treatment, hydroxyl groups on the fabric surface are increased while the air permeability, tensile stress and elongation of the fabrics are maintained.Within 120 min, about 87.14% formaldehyde can be eliminated by th
7、e treated fabrics.Keyword： formaldehyde photocatalytic degradation; low temperature treatment; ramie fabric; titania nanoparticle; Received： 2016-12-09在经历了工业革命带来的煤烟型空气污染和光化学烟雾型空气污染之后, 现代人们开始饱受第三污染期室内空气污染的困扰。室内空气污染主要来源于建造房屋使用的外加剂释放的氨类污染物、装饰装修材料以及家具释放的有害气体、日常生活产生的微粒及有毒气体1-2。这些有毒气体被人体吸收后对呼吸系统、神经系统、肝脏、皮
8、肤、内分泌系统及免疫系统造成损害, 导致癌症、胚胎毒性与畸形、感觉器官损伤性退化等疾病3-4。据调查每年 280 万人直接或间接死于装修污染造成的疾病, 其中有 100 万为儿童5, 因此如何控制、减少和去除室内有毒气体, 优化室内空气质量, 已成为保障人们健康生活亟待解决的问题。对于室内毒气的处理方式有许多种, 通风换气是有效且低成本的方法, 但仅适用于未封闭且毒气浓度较低的空间6。依靠植物/微生物的生物吸收法速度慢, 对外部条件要求高7。物理吸附技术, 实用性广且有效, 但选择性弱、吸附力有限、受环境参数影响大, 还存在毒气脱附的二次污染问题8。低温等离子体/负离子净化技术的技术难度较高,
9、 在去除一些种类毒气的同时还会产生另外一些毒气, 目前使用较少9。光催化技术, 对催化对象无选择性、处理高效、过程简单方便, 可在常温下将毒气成分分解为无害的小分子无机物、CO 2和 H2O, 其独特的优势在空气处理领域得到越来越多的青睐10-11。苎麻纤维具有孔隙结构, 可吸附毒气, 同时吸湿性良好, 可在纤维表面提供光催化反应所需的水12, 因此将光催化剂与苎麻织物结合具有独特的优势和应用潜力, 但光催化纳米材料在织物上复合时往往需要使用具有毒性的黏结剂, 且存在易团聚、附着牢度小、耐磨性差及耐洗性差等缺点, 因而需要一种安全均匀高效耐久的复合方法。文献13-15中提到的纤维素的低温碱/尿
10、素溶解体系可有效溶解相对分子质量低于 11.410 的纤维素, 但对分子质量高的纤维素不具有溶解性。基于此技术, 本文进一步开发光催化材料与纤维素底物的低温复合方法, 利用苎麻纤维微溶物在纤维表面实现 Ti O2纳米颗粒的复合。系统考察了复合织物的表面形态与化学成分, 探索了复合工艺对织物透气性能、力学性能影响, 同时对织物的除甲醛性能进行对比评价。1 实验部分1.1 原料与试剂苎麻织物 (平纹, 经密为 260 根/10 cm, 纬密为 228 根/10 cm, 经纬纱线密度均为 28 tex) , 湖南洞庭苎麻纺织印染厂。二氧化钛纳米颗粒 (Ti O 2, Deggusa P25) , 北
11、京安特普纳科贸有限公司。尿素、氢氧化钠 (Na OH) 、聚乙二醇 (PEG, 1 000) , 上海凌峰化学试剂有限公司。1.2 复合织物的制备苎麻织物经 3 道蒸馏水清洗, 去除表面可溶杂质, 室温下干燥备用。预留部分织物作为未处理对比样品。将氢氧化钠 (Na OH) 与尿素和蒸溜水按质量比71281 溶于蒸馏水中制备处理液, 一部分处理液预冷至-10备用;另一部分处理液中加入 Ti O2纳米颗粒 (质量分数 3%) 和聚乙二醇 (质量分数 0.25%) , 超声分散 30 min, 随后预冷至-10。苎麻织物 (30 cm40 cm) 按固液比150 浸没于 2 种处理液中处理 10 m
12、in, 在 400 N/cm 压力下轧压, 轧余率75%。织物在 100下干燥 2 min, 170下继续固化 1 min, 然后用蒸馏水清洗3 遍, 去除可溶性物质和未牢固附着的颗粒, 最后在 60干燥 24 h, 获得低温处理织物样 (未添加 Ti O2纳米颗粒) 和低温复合织物样 (添加 Ti O2纳米颗粒) 。为考察浸轧次数影响, 以上操作重复多次, 获得 1 到 7 次的多次浸轧布样。1.3 织物外观及性能测试1.3.1 表面形貌观察为观察苎麻织物处理前后表面形貌的差异并确认纳米颗粒的复合与分布, 处理前后织物以 8 m A 的电流喷金 10 s, 随后置于扫描电子显微镜 (SEM,
13、 JSM-5600LV) 下, 使用 15 k V 电压进行观察, 放大倍数分别为 250 倍、7 000 倍。1.3.2 织物表面化学结构测试为观察苎麻织物处理前后表面化学结构的变化, 原样与低温复合织物样用蒸馏水清洗 3 次并用丙酮清洗 1 次后, 通过傅里叶红外光谱仪 (FTIR Nicolet in 10 MX/Nicolet 6700) 在波长 4 000500 cm 范围内扫描。1.3.3 织物透气性测试参考 GB/T 54531997纺织品织物透气性的测定, 采用 YG461E 透气性测试仪测试原样与低温复合织物样的透气率。织物试样面积为 20 cm, 测试温湿度为 (202)
14、、 (652) %, 压力差为 200 Pa。每个样本测试 10 个不同位置, 每种样品有 3 个样本。1.3.4 织物拉伸性能测试为评价处理前后和复合前后织物的力学性能, 按照 GB/T 3923.12013纺织品织物拉伸性能第 1 部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法测试布样 (5 cm25 cm) 的力学性能, 拉伸速度为 100 mm/min, 加持隔距为 20 cm, 预加张力为 2 N。1.3.5 除甲醛性能测试织物除甲醛性能在自行设计的实验舱内测试, 如图 1 所示。实验舱尺寸为 45 cm45 cm45 cm。将甲醛溶液 (质量分数 1%, 4 mg) 导入加热装置 (50)
15、 进行舱内挥发 (102) min, 舱内甲醛质量浓度达到 (0.50.025) mg/m, 测试舱温湿度控制在 30、50%。由甲醛仪 (LB-HD, 连云港岚宝电子科技有限公司) 记录甲醛质量浓度。测试前进行实验舱甲醛气体自然衰减检测, 测试织物 (30 cm40 cm) 性能时, 样品提前垂直悬挂于样品架上。图 1 甲醛测试实验舱 Fig.1 Schematic diagram of testing cabin for photocatalytic degradation of formaldehyde 下载原图注:1实验舱;2试样;3配有甲醛测试仪的检测口;4鼓风装置;5紫外灯;6电源
16、;7电线导入孔;8试剂导入孔;9加热装置;10温湿度计。1.3.6 数据的数理统计所有数据采用 Minitab 统计软件中的单因素方差分析 (ANOVA) , 置信区间为95%。当 p 值大于 0.05, 表示样品间不具显著性差异, 以相同字母标注在对比数据上, 不同的字母表示存在显著性差异。2 结果与讨论2.1 复合浸轧次数对织物质量增加的影响织物的质量增加一定程度上可反映织物上 Ti O2纳米颗粒负载量, 表 1 示出不同复合浸渍次数时 1 m 织物的质量增加情况。表 1 复合浸轧次数对织物质量增加的影响 Tab.1 Effect of treatment batches on fabric weight 下载原表 由表 1 可知, 浸轧 1 次时 Ti O2-苎麻复合织物的质量增加相对较小, 当浸渍次数增加到 3 次时, 质量增加有很大提升且质量增加为 5.86 g/m, 但
