溶胶_凝胶法对纯羊毛织物的抗菌整理工艺

溶胶 - 凝胶法对纯羊毛织物的抗菌整理工艺 楚艳艳 ,崔世忠 ,汪　青 (中原工学院河南省功能性纺织材料重点实验室 ,河南 郑州　450007) 　　摘 　要 :采用溶胶 - 凝胶技术制备出稳定的 TiO2ΠZnO 复合水溶胶 ,在溶胶阶段通过轧焙烘工艺对纯羊毛织物 进行抗菌整理。研究了 TiO2 与 ZnO 的掺杂比例、复合溶胶用量及焙烘温度对毛织物抗菌功能的影响 ,并对整理后 织物的抗菌功能耐久性进行了。研究结果表明 ,整理后的毛织物具有很好的抑菌功能 ,且织物的断裂强度、回 潮率、硬挺性等物理机械性能都有所提高。经 50 次水洗之后 ,对金葡萄糖球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为 8518 % 和 7715 %。 关键词 :溶胶 - 凝胶 ; 抗菌整理 ; TiO2ΠZnO 水溶胶 中图分类号 :TS195158 　　　　文献标识码 :A 　　　　文章编号 :100321456 (2009) 0920014203 Research on anti2bacterial performance for pure wool fabric treated by sol2gel method CHU Yan2yan , CUI Shi2zhong , WANG Qing (Henan Key Laboratory of Functional Textile Material ,Zhongyuan University of Technology , Zhengzhou 450007 ,China) Abstract :A novel finishing agent water sol was prepared by sol2gel technology applied withTiO2ΠZnO compounds and was treated to pure wool fabric for anti2bacterial performance by dipping , rolling and baking process. Variables in finishing was investigated including mixing ratio of TiO2 and ZnO , concentration of compound sol and baking temperature. The durability of anti2bacterial performance was also tested and analyzed. It is indicated in this paper that the wool fabric attain excellent anti2bacterial performance after disposal and the physical and mechanical property of wool textile was also improved a little more than that before finishing. After washing , the anti2bacterial rate decreased a little. Key words :sol2gel ; anti2bacterial treatment ; TiO2ΠZnO water sol 收稿日期 :2009 - 02 - 26 作者简介 :楚艳艳 ,助教 ,主要从事纺织化学与染整方面的研 究。E2mail :yychu @126. com。　　近年来有许多学者对 TiO2 和 ZnO 纳米无机材料用于织物的抗菌功能整理进行了研究。TiO2 和ZnO 纳米粒子与纤维织物结合有 2 种 ,一种是将纳米粉体溶于化学纤维的纺丝液中 ,制成具有功能性的纤维 ;另一种是将纳米粉体制备成整理液 ,整理到织物上 ,此法在天然纤维上应用较多。后一种方法很难避免纳米粒子自身氧化和团聚。溶胶 - 凝胶技术是制备纳米材料的一种方法 ,该法在材料制备初期就可进行控制 ,使材料均匀性达到纳米级甚 至分子级水平 ,具有合成温度低、对反应系统工艺条件要求低、产品成分均匀、纯度较高等优点 ,主要用于玻璃制造和制膜 ,目前在纺织上也有一些应用。本文采用溶胶 - 凝胶技术制备出稳定的TiO2ΠZnO水溶胶 ,采用轧烘焙整理工艺对纯羊毛织物进行抗菌整理 ,用振荡瓶法对织物的抗菌效果进行。研究结果表明 ,在溶胶阶段将 TiO2ΠZnO 整理液整理到织物上 ,能够达到很好的抑菌效果。1 　实验1. 1 　TiO2ΠZnO 水溶胶的制备以钛酸丁酯 Ti (OC4 H9 )和乙酸锌 Zn (Ac) 2·2H2O —41—　　　　 毛纺科技 Wool Textile Journal 第 37 卷 　第 9 期 2009 年 9 月 为前驱物来制备 TiO2ΠZnO 水溶胶。实验中先在水 溶液中添加乙酸锌、乙醇 ,搅拌均匀后滴加乙醇胺 , 出现白色沉淀 ,然后加入冰乙酸 ,沉淀逐渐溶解 ,溶 液逐渐变为澄清透明状。经过一定时间搅拌后 ,滴 入钛酸丁酯与冰乙酸及乙醇配置成的滴加液 ,在滴 加滴加液过程中要快速搅拌 ,以防出现沉淀。滴加 完毕后 ,室温下用 85 - 2 型磁力搅拌器搅拌 115 h , 然后移入广口瓶中低温存放。 1. 2 　整理工艺 纯羊毛半制品 ,经密为 280 根Π10 cm ,纬密为 190 根Π10 cm。抗菌整理工艺 :两浸两轧 (轧余率 80 %) →烘干 (80 ℃,3 min) →焙烘 →皂洗 (95 ℃煮 3 min ,自配皂洗剂0. 1 gΠL) →烘干 (80 ℃,3 min) 。 1. 3 　抗菌测试 抗菌实验操作方法参照振荡瓶法 ,整理后羊毛 织物的抗菌效果用抑菌率进行评价[1 —2 ] ,计算公式 如下 : 抑菌率 = ( X - Y)ΠX ×100 % 式中 : X 为振荡前的细菌数 ; Y 为振荡后的细菌数。 1. 4 　抗菌耐久性测试 耐久性评定参照国家 GBΠT 3921. 3 —1997 , 用下述条件对整理后的织物进行洗涤。浴比1∶30 , 皂液 (标准皂片) 2 gΠL ,温度 (40 ±2) ℃,第 1 次洗涤 5 min ,以后每次洗涤重复进行。分别洗涤 10、20、 30、40、50 次 ,测试织物经不同洗涤次数后抑菌率的 变化来评价抗菌功能耐久性。 1. 5 　物理机械性能评价 拉伸断裂强力和断裂伸长率测试采用 Instrong 5518 强力测试仪 ;回潮率测试参照纤维制品的回潮 率测试方法 ,测试整理前后织物在相对湿度 60 % , 温度25 ℃条件下的回潮率 ;透气性采用 YG(B) 461D 数字式织物透气量仪测定。硬挺度采用 LLY - 01B 电脑控制硬挺度仪测试织物的弯曲刚度。 2 　结果与分析 2. 1 　抑菌效果 抗菌测试抑菌效果如图 1 所示。由图 1 可清楚 地看到 ,不含抗菌剂的纯羊毛半制品的培养基上长 满了白色菌团 ,而含有经所制备的水溶胶整理后的 试样的培养基上有很少的菌团生成 ,这说明经抗菌 整理后 ,起到了很好的抑制细菌生长的效果。 2. 2 　掺杂比例对抗菌效果的影响 表 1 是纯 TiO2 、纯 ZnO 以及 TiO2 与 ZnO 不同掺 图 1 　纯羊毛半制品抑菌效果照片 　 杂比例的水溶胶对纯羊毛半制品整理后织物的抗菌 测试结果。从表 1 可以看出 ,纯 ZnO 水溶胶整理后 的织物对金黄色葡萄球菌的抑菌效果大于对大肠杆 菌的抑菌效果 ;而纯 TiO2 水溶胶整理后的织物对大 肠杆菌抑菌效果要优于对金黄色葡萄球菌的抑菌效 果。同时采用 TiO2ΠZnO 复合水溶胶整理后的织物 抑菌效果都优于纯 TiO2 或纯 ZnO 水溶胶整理后织 物的抑菌效果。可见 ,TiO2 和 ZnO 掺杂后提高了抗 菌效果 ,表明二者之间有着更好的协同效应 ,TiO2 和 ZnO 抗菌主要是由于其光催化效应。纯 ZnO 易发生 光腐蚀 ,纯 TiO2 需在紫外光照射下才表现出较高的 光催化活性。二者进行掺杂后 ,ZnO 作为表面界面 光生载流子的浅俘获中心 ,抑制了电子和空穴的复 合 ,延长了光生电子和空穴对的寿命 ,从而提高了织 物的抗菌效果[3 —4 ] 。 表 1 　TiO2 与 ZnO 掺杂比例对羊毛织物抑菌率的影响 % 菌种 MTiO2 ∶MZnO 0∶10 3∶7 5∶5 7∶3 10∶0 金黄色葡萄球菌 91. 1 92. 7 95. 7 94. 9 86. 4 大肠杆菌 81. 3 93. 8 95. 2 94. 1 93. 5 2. 3 　复合水溶胶用量对抗菌效果的影响 TiO2 和 ZnO 的掺杂比例一定 ,复合水溶胶用量 对纯羊毛织物抗菌效果的影响见表 2。由表 2 可 知 ,随着复合水溶胶用量的增大 ,整理后对金葡萄球 菌的抑菌率随之增大 ,013 molΠL 时抑菌效果最好 , 继续增大用量 ,抑菌率反而有所下降 ;这可能是由于 —51— 第 37 卷 　第 9 期 2009 年 9 月 毛纺科技 Wool Textile Journal 　　　　 随用量增加 , TiO2ΠZnO 粒子间的碰撞几率增大 ,从 而增大了粒子的尺寸 ,影响了抗菌效果。整理后对 大肠杆菌的抑菌率随用量增大波动较小 ,在 95 %左 右。用量增大对不同菌种抑菌效果不同可能是由于 菌种本身所决定的。 表 2 　复合水溶胶用量对羊毛织物抑菌率的影响 % 菌种 水溶胶用量Π(mol·L - 1) 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 金黄色葡萄球菌 90. 4 95. 7 98. 3 94. 8 大肠杆菌 9610 95. 2 95. 2 9610 2. 4 　焙烘温度对抗菌效果的影响 采用所制备的 TiO2ΠZnO 对织物进行抗菌整理 , 焙烘温度也是影响织物抗菌性能的因素之一 ,因此 , 选取了 4 个温度对织物进行抗菌整理。熔烘温度时 毛织物抑菌率的影响见表 3。从表 3 可以看出 ,抗 菌效果并非焙烘温度越高越好。对于金黄色葡萄球 菌 ,焙烘温度在110 ℃时抑菌效果较好 ;而对于大肠 杆菌 ,焙烘温度在120 ℃较好 ,这可能是由于温度较 低时溶胶与纤维结合较差 ;而高温条件下 ,纯羊毛织 物易受损伤 ,同样影响溶胶与纤维的结合。因此 ,焙 烘温度在 110～130 ℃间抑菌效果较佳。 表 3 　焙烘温度对羊毛织物抑菌率的影响 % 菌种 焙烘温度Π℃ 90 110 130 150 金黄色葡萄球菌 94. 9 96. 6 93. 0 92. 2 大肠杆菌 90. 8 89. 5 92. 9 90. 0 2. 5 　耐久性测试 抗菌整理后按照标准洗涤方法分别经过 10、 20、30、40、50 次洗涤后的抑菌率见表 4。由表 4 可 见 ,复合水溶胶整理后的织物经 30 次洗涤后 ,对金 黄色葡萄球菌的抑菌效果仍可达到 90 % ,50 次洗涤 后抑菌效果在 80 %以上 ;而复合水溶胶整理后的织 物对大肠杆菌的抑菌效果持久性不如对金黄色葡萄 球菌。经 10 次洗涤后 ,对大肠杆菌抑菌率下降为 8913 % ,经 30 次洗涤后 ,抑菌率下降为 7719 % ,再增 加洗涤次数抑菌率基本保持不变。 表 4 　整理后织物的抑菌耐久性测试 % 菌种 洗涤次数 0 10 20 30 40 50 金黄色葡萄球菌 95. 7 93. 2 91. 4 90. 4 86. 8 85. 8 大肠杆菌 95. 2 89. 3 87. 7 77. 9 78. 2 77. 5 216 　物理机械性能测试 表 5 是织物整理前后的物理机械性能测试结 果。从表 5 可以看出 ,经 TiO2ΠZnO 复合水溶胶整理 后织物的断裂强力和断裂伸长率都有所增加 ,这可 能是由于部分凝胶粒子覆在纤维表面 ,增加了纤维 与纤维间的摩擦 ,增强了纤维间的抱合力所致。整 理后织物的硬挺度增加较多 ,这可能是由于整理后 在织物表面形成的凝胶膜限制了纤维的滑移 ,使整 理后织物较硬挺 ,不宜弯曲 ,一定程度上对纯羊毛织 物抗皱性能有所提高。此外 ,回潮率也有一定程度 的提高 ,这可能与 TiO2ΠZnO 凝胶粒子对水分子的吸 附有关。 表 5 　整理前后纯羊毛织物的物理机械性能比较 布样 断裂强力ΠN 断裂伸长率Π% 经向 纬向 经向 纬向 回潮率Π % 抗弯长度Π cm 整理前 452. 55 210. 84 53. 28 23. 99 12. 29 2. 624 整理后 479. 24 231. 21 54. 59 25. 17 12. 66 3. 140 增加率Π% 5. 90 9. 66 2. 46 4. 92 3. 01 19. 90 3 　结论 由以上对 TiO2ΠZnO 复合水溶胶对纯羊毛半制 品抗菌功能整理分析可得出如下结论 : ①TiO2ΠZnO 复合水溶胶整理后织物的抗菌性能 优于纯 TiO2 或纯 ZnO 水溶胶整理后织物的抗菌 性能。 ②TiO2ΠZnO 复合水溶胶对织物抗菌整理用量在 012～013 molΠL ,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑 菌效果均较好 ;焙烘温度在 110～130 ℃为宜。 ③TiO2ΠZnO 复合水溶胶对织物进行抗菌整理 后 ,洗涤 20 次 ,抑菌率仍均在 90 %左右。洗涤 50 次 后对金黄色葡萄球菌的抑菌率为 8518 % ,对大肠杆 菌的抑菌率为 7715 %。 ④采用 TiO2ΠZnO 复合水溶胶整理前后 ,织物的 断裂强力和断裂伸长、硬挺度、回潮率均增加。 参考文献 : [ 1 ] 　杨瑞玲. 抗菌纤维制品的抗菌力评价方法[J ] . 精细石油化工 , 1999 (6) :5 - 7. 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