江會(huì)超，張瀟敏，劉洪玲

(東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620)

?

等離子體處理Tencel織物的TiO2/SiO2溶膠自清潔整理

江會(huì)超，張瀟敏，劉洪玲

(東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620)

摘要：利用等離子體對(duì)Tencel織物進(jìn)行預(yù)處理，然后使用TiO2/SiO2凝膠對(duì)織物進(jìn)行自清潔整理，以提高Tencel織物的自清潔性能。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、電腦測(cè)色配色儀和紫外可見(jiàn)近紅外分光光度儀對(duì)織物的表面形態(tài)、親水性、自清潔性和防紫外性進(jìn)行了表征。K/S值的下降表明等離子體處理能夠降低污漬在織物表面的上染，ΔE值的顯著提高顯示不僅經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理的織物自清潔性能得到顯著提高，UPF值的增加表明等離子體預(yù)處理織物的紫外性能得到提高。

關(guān)鍵詞：Tencel織物等離子體TiO2/SiO2自清潔

Tencel織物由于良好的舒適性、吸濕性、透氣性和懸垂性，柔軟的手感以及優(yōu)美的光澤[1]，因而受到越來(lái)越多人的喜愛(ài)，但是Tencel織物也有易沾污的缺點(diǎn)[2, 3]。近年來(lái)，納米TiO2被廣泛應(yīng)用于紡織品的改性，以提高織物的性能，如自清潔性、防紫外性、抗菌性等[4-6]。文獻(xiàn)[7-9]發(fā)現(xiàn)，等離子體預(yù)處理，可以提高TiO2納米顆粒與織物表面的結(jié)合能力，并能夠有效提高滌綸織物的抗菌性、抗紫外性、自清潔能力。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文所使用的TiO2/SiO2溶膠摩爾比為50：1，為了提高TiO2/SiO2溶膠整理織物的自清潔性能，采用等離子體對(duì)Tencel織物進(jìn)行預(yù)處理，增大織物的比表面積，提高TiO2納米粒子的吸附量，并探究了等離子體處理時(shí)間對(duì)Tencel織物自清潔性能的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：本實(shí)驗(yàn)采用的是經(jīng)過(guò)退漿、漂白和煮練的純紡Tencel織物(組織結(jié)構(gòu)為平紋，平方米重為135 g/m2)。為了除去織物表面雜質(zhì)，將織物放到90度的去離子水中進(jìn)行清洗(20min×2次)，再用丙酮洗滌織物，之后用去離子水沖洗若干次，最后自然晾干。

實(shí)驗(yàn)藥品：鈦酸丁酯(化學(xué)純，上海三愛(ài)思試劑有限公司)，正硅酸四乙酯(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，乙酸(分析純，昆山晶科微電子材料有限公司)，鹽酸(分析純，昆山晶科微電子材料有限公司)

實(shí)驗(yàn)儀器：DK-P290等離子體刻蝕設(shè)備，磁力攪拌器，JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡，OCA15EC型視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，DGG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，Datacolor650型電腦測(cè)色配色儀(美國(guó)Datacolor公司)，U-4100型紫外可見(jiàn)近紅外分光光度儀(日本日立公司)，

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1Tencel織物的等離子體預(yù)處理

本實(shí)驗(yàn)利用低壓空氣等離子體對(duì)Tencel織物表面進(jìn)行單面處理。等離子體處理測(cè)試條件為：氣氛為空氣，壓強(qiáng)為20Pa，處理時(shí)間為：1min、5min和20min。

1.2.2TiO2/SiO2溶膠的配置

TiO2溶膠的配置：在室溫下，取一定量的鈦酸丁酯，將其逐滴緩慢滴加到劇烈攪拌的乙酸溶液中，滴定完畢后，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，得到黃色澄清溶液A1。取一定量的去離子水，滴加鹽酸，調(diào)節(jié)PH值為2，得到溶液B1。然后，按比例將A1溶液滴加到B1溶液中，攪拌至澄清狀態(tài)，得到穩(wěn)定的二氧化鈦水溶膠。

SiO2溶膠的配置：室溫條件下，將乙酸和去離子水按比例混合，得到溶液A2。然后取一定量的正硅酸四乙酯，在磁力攪拌器劇烈的攪拌作用下，將其緩慢滴加到溶液A2中，繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，得到透明狀的二氧化硅水溶膠。

TiO2/SiO2水溶膠的配置：室溫下，在磁力攪拌器劇烈攪拌作用下，將二氧化鈦和二氧化硅水溶膠分別按50：1的摩爾比混合，高速攪拌一個(gè)小時(shí)后，得到TiO2/SiO2水溶膠，并將其移入廣口瓶中。

1.2.3Tencel織物自清潔整理及效果評(píng)價(jià)

自清潔整理工藝：等離子體預(yù)處理Tencel織物→浸漬TiO2/SiO2溶膠(5min)→預(yù)烘(50℃×30min)→沸水浴處理(20min)→焙烘(120℃×90min)→烘干

自清潔效果評(píng)價(jià)：將試樣放在試驗(yàn)臺(tái)上，在其上方垂直滴加0.1mL的0.25%亞甲基藍(lán)溶液，然后將載有亞甲基藍(lán)污染物的試樣在室溫條件下自然晾干。使用Datacolor650電腦測(cè)色配色儀測(cè)定紫外線照射7h前后試樣表面污漬處的L、a、b值，并計(jì)算出試樣光照前后的色差值ΔE。ΔE越大，污漬降解效果越明顯，織物的自清潔效果越好。

2測(cè)試結(jié)果與分析

2.1等離子體處理對(duì)織物表面形態(tài)的影響

圖1為等離子體處理前后Tencel織物的SEM圖。由圖可以發(fā)現(xiàn)，等離子體處理前試樣表面是光滑潔凈的；經(jīng)過(guò)1min的等離子體處理后，織物表面產(chǎn)生了輕微的裂痕，變得粗糙；當(dāng)?shù)入x子體處理時(shí)間增加到5min時(shí)，織物表面產(chǎn)生的裂痕數(shù)量明顯增多；當(dāng)織物經(jīng)過(guò)20min的等離子體處理后，纖維表面受到了劇烈的刻蝕作用，其表面產(chǎn)生了大量的微坑，而且分布得十分密集。

(a)未等離子體處理(b)等離子體處理1min

(c)等離子體處理5min(d)等離子體處理20min

圖1等離子體處理對(duì)Tencel織物表面形態(tài)的影響

2.2等離子體處理對(duì)Tencel織物親水性的影響

圖2是水滴落到等離子體處理前后Tencel織物表面上的形態(tài)，表1記錄了等離子體處理前后織物接觸角的大小。等離子體處理前織物的接觸角為137.8°，經(jīng)過(guò)1min的等離子體處理后，織物的接觸角為107.8°，織物的浸潤(rùn)性能變好，但是織物表面仍然處于疏水狀態(tài)。當(dāng)?shù)入x子體處理時(shí)間為5min時(shí)，織物表面的接觸角為35.2°，織物表面由疏水性變成了親水性。當(dāng)?shù)入x子體處理20min時(shí)，水滴與織物接觸，立即鋪展于織物表面，織物表面的親水性變得非常好?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著等離子體處理時(shí)間的增加，織物的接觸角越來(lái)越小，表面浸潤(rùn)性能變得越來(lái)越好。這是由于等離子體處理使織物表面產(chǎn)生裂紋、微凹坑，形成了粗糙、多孔的結(jié)構(gòu)，提高了毛細(xì)管效應(yīng)，為水分子的擴(kuò)散作用提供了通道，改善了織物的潤(rùn)濕性能。另外，由于所采用等離子體氣氛主要為氧氣和氮?dú)?，可以在織物表面形成極性基團(tuán)，這也有利于織物表面親水性的提高。

(a)未等離子體處理　　　　(b)等離子體處理1min

(c)等離子體處理5min　　　　(d)等離子體處理20min

等離子體處理時(shí)間(min)01520接觸角137.8107.835.2立即鋪展

2.3等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面污漬降解色差分析

等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面污漬降解前后的色差值如表2所示。TiO2/SiO2溶膠整理織物的ΔE值為15.44；經(jīng)過(guò)1min等離子體預(yù)處理后，織物的ΔE值為20.23，自清潔性能變好，這說(shuō)明等離子體預(yù)處理可以提高織物的自清潔性能。其原因是等離子體處理對(duì)織物表面形成刻蝕作用，使織物的比表面積增大，為T(mén)iO2/SiO2溶膠在表面的附著提供了更多的位置；另外，等離子體處理引入了極性基團(tuán)，提高了織物表面的親水性，加強(qiáng)TiO2/SiO2溶膠與織物表面的粘結(jié)力，因此經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理可以提高織物的自清潔性能。隨著等離子體預(yù)處理時(shí)間增加到5min和20min時(shí)，試樣的ΔE值分別為17.23和16.74，這說(shuō)明隨著等離子體預(yù)處理時(shí)間的增加，并沒(méi)有使織物的自清潔性能變好，反而稍有下降。其原因是，即使經(jīng)過(guò)TiO2/SiO2溶膠整理，由等離子體處理引起的一些含氧基團(tuán)仍保留在織物表面，隱藏在溶膠整理織物的分子鏈中，這些含氧基團(tuán)與亞甲基藍(lán)污漬發(fā)生反應(yīng)，減少了TiO2納米粒子和亞甲基藍(lán)污漬的反應(yīng)機(jī)會(huì)，因此隨著等離子體處理時(shí)間的增加，織物的ΔE值減少，自清潔性能稍有下降。

表2　整理織物表面污漬降解前后色差值ΔE

2.4等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理織物的顏色深度(K/S)分析

等離子體處理(1min、5min和20min)+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面的亞甲基藍(lán)污漬的顏色深度(K/S值)測(cè)試結(jié)果如表3所示。在紫外光照射前，未經(jīng)過(guò)等離子體處理的織物表面污漬的K/S值是10.34；經(jīng)過(guò)1min等離子體處理過(guò)后， K/S值為10.45，稍有增大；當(dāng)?shù)入x子體處理時(shí)間為5min時(shí)，K/S值為9.42，顯著下降了，試樣表面污漬顏色最淺；當(dāng)?shù)入x子體處理時(shí)間為20min時(shí)，K/S值為11.97，試樣表面污漬顏色最深。

隨著紫外光照射時(shí)間的增加，四種試樣的K/S值，都出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)不同整理的這四個(gè)試樣都具有自清潔的效果。在紫外光照射7h后，TiO2/SiO2溶膠整理織物的K/S值下降了26.21%，而經(jīng)過(guò)1min、5min和20min等離子體預(yù)處理的織物的K/S值分別下降了49.76%、43.82%和48.62%。因此，在紫外光照射7h的時(shí)間內(nèi)，這四種織物的光催化效果高低排序?yàn)椋旱入x子體處理1min+TiO2/SiO2溶膠整理試樣>等離子體處理20min+TiO2/SiO2溶膠整理試樣>等離子體處理5min+TiO2/SiO2溶膠整理試樣>僅TiO2/SiO2溶膠整理試樣。經(jīng)過(guò)等離子體預(yù)處理后，所有試樣的光催化效果都變好了，這是由于等離子體預(yù)處理對(duì)織物表面進(jìn)行了一定程度的刻蝕，比表面積增大，表面親水性變好，提高了TiO2/SiO2溶膠對(duì)織物表面的粘附性。當(dāng)?shù)入x子體處理時(shí)間為1min時(shí)，表面刻蝕效果最好，能使TiO2/SiO2溶膠與織物產(chǎn)生最好的交聯(lián)，因此光催化效果最好。隨著等離子體處理時(shí)間的繼續(xù)增加，織物的光催化效果沒(méi)有增加，這是因?yàn)榈入x子體處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，織物表面被過(guò)度氧化，形成了較多羧基，增加了纖維和亞甲基藍(lán)污漬的反應(yīng)概率，降低了活性物質(zhì)和亞甲基藍(lán)污漬的結(jié)合能力，因此，試樣的污漬降解效果又稍有下降。

表3　整理試樣表面污漬的K/S值

2.5等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理對(duì)Tencel織物親水性能的影響

圖3是等離子體(1min、5min和20min)+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面親水性能的變化情況。經(jīng)過(guò)TiO2/SiO2溶膠整理后，織物的接觸角由137.8°變成了131.1°，接觸角變小了；經(jīng)過(guò)1min等離子體預(yù)處理后，織物的接觸角為115.7°，盡管織物的親水性變好，但是織物表面仍然是疏水的；當(dāng)?shù)入x子體預(yù)處理時(shí)間為5min和20min時(shí)，整理試樣的接觸角分別為52.5°和33.5°，織物表面由疏水性變成親水性。這是因?yàn)榈入x子體處理增加了織物表面粗糙度，提高了毛細(xì)管效應(yīng)，為水分子的擴(kuò)散作用提供了通道，并在織物表面形成了親水基團(tuán)，因而增加了織物表面的親水性。

圖3等離子體處理對(duì)自清潔整理織物親水性能的影響

a—未處理織物，b—溶膠整理織物，c—等離子體1min+溶膠整理織物，d—等離子體5min+溶膠整理織物，e—等離子體20min+溶膠整理織物

2.6等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理織物SEM分析

圖4是等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理織物的SEM圖。從圖中可以看出，Tencel纖維原樣縱向成光滑棒狀，表面十分光潔；織物經(jīng)過(guò)TiO2/SiO2溶膠整理后，Tencel纖維表面開(kāi)始變得粗糙，并有點(diǎn)狀大顆粒出現(xiàn)，顆粒尺寸大概在幾十到幾百納米之間，這說(shuō)明Tencel纖維表面形成了一層由TiO2/SiO2納米顆粒組成的薄膜，而且部分納米顆粒仍然有有集聚現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)1min等離子體和TiO2/SiO2溶膠整理后，織物表面覆蓋了一層TiO2/SiO2納米顆粒，沒(méi)有裂紋產(chǎn)生，織物和TiO2/SiO2溶膠產(chǎn)生了良好的交聯(lián)；當(dāng)?shù)入x子體預(yù)處理時(shí)間為5min時(shí)，織物表面的TiO2/SiO2涂層發(fā)生碎裂，并伴有脫落的現(xiàn)象；當(dāng)?shù)入x子體處理20min時(shí)，織物表面有裂痕產(chǎn)生，但并沒(méi)有涂層脫落的現(xiàn)象，織物與TiO2/SiO2溶膠的粘附能力又有所提高。

等離子體處理20min+

圖4等離子體處理+TiO2/SiO2溶膠整理前后織物的SEM圖

2.7等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理對(duì)Tencel織物抗紫外性能的影響

下頁(yè)表4是等離子體+TiO2/SiO2溶膠整理試樣的紫外透過(guò)率和UPF值的計(jì)算結(jié)果。由圖可知，未處理織物的UPF值為2.96，經(jīng)過(guò)TiO2/SiO2溶膠整理后，織物的UPF值增加到7.04，防紫外線性能得到提高。主要原因是TiO2納米粒子具有粒徑小，光催化活性大，既能反射、散射紫外線，又能吸收紫外線的特點(diǎn)，從而對(duì)紫外線有較強(qiáng)的阻隔能力。經(jīng)過(guò)1min等離子體預(yù)處理后，織物的UPF值變?yōu)?.77，防紫外線性能優(yōu)于TiO2/SiO2溶膠整理織物，這是因?yàn)榈入x子體預(yù)處理可以增大織物的比表面積，增加TiO2/SiO2納米粒子在織物表面的吸附量，因此經(jīng)過(guò)等離子體1min預(yù)處理織物的抗紫外性能要優(yōu)于TiO2/SiO2溶膠整理織物。隨著等離子體預(yù)處理時(shí)間增加到5min和20min時(shí)，UPF值出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)樵诓煌入x子體預(yù)處理時(shí)間下，TiO2/SiO2溶膠對(duì)織物表面的覆蓋程度不同。經(jīng)過(guò)等離子體1min+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面比較均勻，沒(méi)有產(chǎn)生裂痕；經(jīng)過(guò)等離子體5min+TiO2/SiO2溶膠整理織物表面有剝離現(xiàn)象發(fā)生，織物表面發(fā)生反射和折射的概率增大，被織物吸收的光線也多，因此透過(guò)織物的光線變?nèi)?，抗紫外性能變好；?dāng)?shù)入x子體預(yù)處理時(shí)間增加到20min時(shí)，織物表面產(chǎn)生了大量的裂痕，但并未出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，光線透過(guò)的能力介于等離子體預(yù)處理1min試樣和等離子體預(yù)處理5min試樣之間，因此抗紫外線性能又有所下降。

表4　未處理和整理試樣的紫外線透過(guò)率和UPF值

參考文獻(xiàn)

[1]Klemm D, Heublein B, Fink HP, Bohn A. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material[J]. Angewandte Chemie, 2005, 44:3358-3393.

[2]S Kaenthong DASP, A H M Renfrew and M A Wilding. Accessibility of man-made cellulosic fibres Part 2: Examination of the exhaustion profiles of a series of reactive dyes on never-dried and dried lyocell, viscose and modal fibres in the presence of varying electrolyte concentrations[J]. Coloration Technology, 2004:49-52.

[3]Abdullah I, Blackburn RS, Russell SJ, Taylor J. Tensile and elastic behavior of tencel continuous filaments[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 99:1496-1503.

[4]葉鳳英，黃雅婷，王黎明，沈勇，張惠芳. 棉織物納米TiO2溶膠自清潔功能整理工藝[J]. 印染, 2013:11-15.

[5]燕紅雁，張建華，張輝. 自清潔型純棉針織物[J]. 針織工業(yè), 2013, 12:60-63.

[6]王侃，陳英旭，葉芬霞. SiO2負(fù)載的TiO2光催化劑可見(jiàn)光催化降解染料污染物[J]. 催化學(xué)報(bào), 2004, 25:931-936.

[7]Darka Mihailovic′a ZSab, Marija Radoicˇic′b, Ricardo Molinac,, Tamara Radetic′d PJia, Jovan Nedeljkovic′b and Maja Radetic′a. Novel properties of PES fabrics modified by corona discharge and colloidal TiO2nanoparticles[J].Polymers advanced technologies, 2011(22):703-709.

[8]Baghriche O, Rtimi S, Pulgarin Cetal. RF-plasma pretreatment of surfaces leading to TiO2coatings with improved optical absorption and OH-radical production[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2013, 130-131:65-72.

[9]Kaihong Qi JHX, and Walid A. Daoud. Functionalizing Polyester Fiber with a Self-Cleaning Property Using Anatase TiO2and Low-Temperature Plasma Treatment[J]. Applied Ceramic Technology, 2007(4):554-563.

Self-cleaning and Finishing Property of TiO2/SiO2 Gel of Plasma-treated Tencel Fabric

JIANGHui-chao,ZHANGXiao-min,LIUHong-ling

(College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620)

Abstract:Tencel fabric was pretreated by plasma and self-cleaned and finished by using TiO2/SiO2 gel in order to improve self-cleaning property. By using scanning electron microscopy (SEM), contact angle measuring instrument, Datacolor 650 and UV-VIS-NIR Spectrophotometer, the surface morphology, hydrophilicity, self-cleaning property, anti-ultraviolet performance of fabric were characterized. The decease of K/S value showed that plasma treatment could lower the dyeing of dirt on the surface of fabric, the apparent increase of ΔE value showed that the self-cleaning property of the fabric was improved greatly and the increase of UPF value indicated that the anti-ultraviolet performance of the fabrics was improved.

Key words:Tencel fabricplasmaTiO2/SiO2self-cleaning

中圖分類號(hào)：TS190.645

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-5580(2016)02-0031-05

收稿日期：2015-12-28

第一作者：江會(huì)超(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：Tencel織物的自清潔整理。