二氧化锆纳米溶胶对真丝织物的抗紫外整理

陈楠楠，黄海建，王 强，田保中

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123；3.吴江市新森林印染品有限公司，江苏 苏州 215228)

二氧化锆纳米溶胶对真丝织物的抗紫外整理

陈楠楠1,2，黄海建1,2，王 强3，田保中1,2

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.现代丝绸国家工程实验室，江苏 苏州 215123；3.吴江市新森林印染品有限公司，江苏 苏州 215228)

采用溶胶-凝胶法制备了二氧化锆(ZrO2)纳米溶胶，利用浸轧法将溶胶整理到真丝织物上，高温烘焙。通过激光粒径测试仪和扫描电镜(SEM)对ZrO2纳米溶胶及其整理后的真丝织物表征发现，织物表面形成了一层ZrO2纳米颗粒，其平均粒径约为60 nm。真丝织物经ZrO2溶胶整理后，其防护系数(UPF)从13.69提高到32.47(120 ℃烘焙处理)，在长波紫外线(UVA)区域紫外透过率明显降低,经50次水洗后织物的抗紫外性能没有下降，反而有所提高。

抗紫外整理；纳米二氧化锆；溶胶-凝胶；真丝织物

二氧化锆(ZrO2)是一种十分重要的功能材料，具有非常优异的物理和化学性能，被广泛应用于能源、环境、材料等领域。纳米材料作为“21世纪最有前途的材料”，一直备受人们的关注，已经成为当今新材料研究领域的热点。在纳米复合材料研究中，将纳米ZrO2用于进行增强韧化，已取得显著的效果，特别是纳米ZrO2的特殊结构和性质已使其在电子、冶金、航天航空、化工、环境、生物及医学等领域显示了广阔的应用前景。越来越多的研究发现其可被应用到纺织领域，如作为远红外保温材料[1]、光催化剂[2-3]等。对于纳米ZrO2的制备，目前已成为研究热点，方法也有很多[4]，但都有一定的不足，而溶胶凝－胶法操作过程简单，原料成本较低，近年来已引起国内外学者的兴趣，利用该法将纳米ZnO[5]，纳米TiO2[6]，纳米MgO[7]整理到纺织品上，在国内外已有很多报道，但是利用该法将纳米ZrO2整理到纺织品上的研究还处于起步阶段。真丝织物本身具有许多优良性能，但其在紫外线的照射下会发生光氧化反应而黄变且强度下降，为了提高真丝织物的附加值，本研究主要以ZrCl4为原料，制备纳米ZrO2溶胶[8-10]，然后整理到真丝织物上，探讨了纳米ZrO2溶胶在织物抗紫外整理中的应用。

1 试 验

1.1 材料与仪器

原料：真丝平纹织物(61.16 g/m2)。

药品：无水乙醇(分析纯，上海联试化工试剂有限公司)，四氯化锆(98 %，分析纯，上海阿拉丁试剂有限公司)，过氧化氢(30 %，上海联试化工试剂有限公司)。

仪器：HPP5001型激光粒度测试仪(英国马尔文公司)，UV-1000F型织物紫外透过率测试仪(美国蓝菲光学有限公司)，S-4700型冷场发射扫描电镜(日本日立公司)，DZF-6051型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)，90-3型恒温双向磁力搅拌器(上海振荣科学仪器有限公司)。

1.2 ZrO2纳米溶胶的制备

将ZrCl4溶于无水乙醇，形成不同浓度的透明溶液，强烈搅拌下，向溶液中滴加一定体积的水解促进剂(水或过氧化氢),溶液逐渐变成了含有ZrO2前躯体的透明稳定的溶胶[8-10]。

1.3 真丝织物整理工艺

1.3.1 织物的洗净处理

将织物在去离子水中清洗，60 ℃烘干。

1.3.2 整理工艺

洗净后的织物浸渍ZrO2纳米溶胶→轧干→低温预烘(60 ℃，20 min)→高温烘焙(80～140 ℃，15 min)。

1.4 测试方法

1.4.1 ZrO2溶胶的粒径表征

用HPP5001型激光粒度测试仪观察溶胶中胶粒的粒径分布。

1.4.2 纳米ZrO2在织物表面的形态分析

利用冷场发射扫描电镜(SEM)对整理前后的真丝织物表面进行观察。

1.4.3 织物抗紫外性能测试

利用UV-1000F型织物紫外透过率测试仪，按照AS/NZS 4399—1996《日光防护服评定和分级》进行测试[5]。

1.4.4 耐洗牢度性能测试

按GB/T 8629—2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》标准进行[6]。

2 结果与讨论

2.1 ZrO2溶胶的粒度分布

按一定工艺条件制备的纳米ZrO2溶胶粒径分布如图1所示。由图1可见，产物粒径在50～70 nm，平均粒径为60 nm，粒度分布较为均匀。

2.2 纳米ZrO2在织物表面的分布

经ZrO2纳米溶胶整理前后真丝织物的表观形貌如图2。图2a为整理之前的真丝表面，较为光滑。经过ZrO2纳米溶胶整理后，织物表面覆盖了一层纳米颗粒，如图2b，2c。图2b为低倍放大，由该图可见，纤维表面有一些粒径较大的颗粒，说明在热处理过程中，发生了颗粒的团聚；图2c为高倍放大，由该图可见，粒子的直径在几十纳米到几百纳米不等，局部有整块的抗紫外剂。

图1 一定工艺条件下制备的ZrO2纳米溶胶的粒径分析Fig.1 Particle size distribution of nano-ZrO2 sol prepared in certain reaction conditions

图2 整理前后的真丝织物表面Fig.2 Surface of silk fabrics before and after treated

2.3 织物的抗紫外性能

2.3.1 整理前后织物抗紫外性能的变化

织物经过ZrO2纳米溶胶整理后，抗紫外性能的变化情况如图3所示。由图3可见，处理前的真丝织物在UVA区域紫外透过现象非常严重，而经过纳米ZrO2整理后，在该区域的紫外线透过率明显降低，UPF值从整理之前的28.31升高到40.43，抗紫外性能明显提高。

图3 整理前后真丝织物的紫外线透过率曲线Fig.3 Curves of UV transmission of silk fabrics before and after treated

2.3.2 烘焙温度对整理品抗紫外性能的影响

由图4可见，随着烘焙温度的升高，织物的UPF值不断增大。烘焙温度的升高有助于黏附在纤维表面的整理液残留物中有机组分的快速分解，加速纳米ZrO2微晶的形成。当温度超过120 ℃时，真丝织物的物理性能会受到影响。综合考虑，适宜的烘焙温度为120 ℃。

图4 不同温度烘焙处理后真丝织物的抗紫外性能Fig.4 UV resistance performance of silk fabrics cured at different temperature

2.3.3 整理品抗紫外性能的耐久性

经过ZrO2纳米溶胶后整理的真丝织物(120 ℃烘焙)，经历不同次数的水洗后，其UPF值的变化情况如表1所示。由表1可见，3次水洗后，织物的UPF值由37.33上升到50.56；随着水洗次数的继续增加，织物的UPF值不断上升，50次水洗后，UPF值由50.56升高到77.87，抗紫外性能有了进一步提高。水洗后，织物的UPF值不断上升，原因可能是ZrO2整理过程中，水洗将织物表面的杂质洗除掉，使ZrO2完全裸露，从而使抗紫外性能进一步提高。东华大学的王明勇[11]等在棉织物表面原位生长TiO2来进行抗紫外整理，情形与本试验类似。但不管什么原因，通过水洗试验可以充分证明，水洗后，真丝织物的抗紫外性能没有下降，反而有所提高。

表1 不同次数水洗后真丝织物的抗紫外性能Tab.1 UV resistance performance of silk fabrics after different times of washing

3 结 论

1)用制备的ZrO2纳米溶胶对真丝织物进行整理，可在织物表面形成一层纳米级的ZrO2颗粒。

2)真丝织物经过ZrO2纳米溶胶整理后，在UVA和UVB段紫外线透过率均明显降低，分别从21.83 %和4.00 %降低到9.11 %和2.00 %(120℃热处理)，其UPF值从13.69提高到32.47，抗紫外性能显著提高；水洗试验表明，经ZrO2纳米溶胶整理后的真丝织物，随着水洗次数的增加，抗紫外性能提高。

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Anti-ultraviolet fi nishing of silk fabrics with nano-ZrO2sol

CHEN Nan-nan1,2, HUANG Hai-jian1,2, WANG Qiang3, TIAN Bao-zhong1,2
(1.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China; 2.National Engineering Laboratory for Modern Silk,Suzhou 215123, China; 3.Wujiang New Forest Dyeing and Printing Co., Ltd., Suzhou 215228, China)

Nano-ZrO2sol was prepared by sol-gel method, and the silk fabrics was treated with the ZrO2sol by dip-padding process, baked in high temperature. The laser particle analyzer and SEM were used to characterize the ZrO2on treated silk fabrics, a thin layer of nano-ZrO2particles was formed on fiber surfaces of fabrics after being cured, and the average particle size is about 60 nm. The ultraviolet protection factor (UPF) of the treated silk fabrics reached 32.47 from 13.69 (cured at 120 ℃), which have a much lower ultraviolet ray transmission in UVA. The standard tests to washing (soaping) showed that the UPF value was further improved after 50 washing cycles, the UV resistance property of the silk fabrics even enhanced instead of decreasing.

Anti-ultraviolet finishing; Nanometer ZrO2; Sol-gel; Silk fabric

TS195.2

A

1001-7003(2011)10-0001-03

2011-03-11；

2011-05-05

江苏省自然科学基金项目(BK2009149)；现代丝绸国家工程实验室资助项目(20102903)

陈楠楠(1986－ )，男，硕士研究生，研究方向为面料整理和化学纤维。通讯作者：田保中，副教授，tianbaozhong@suda.edu.cn。