二氧化钛胶体对棉纱线性能的影响

曾令玺，邓中民

(武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北武汉430200)



二氧化钛胶体对棉纱线性能的影响

曾令玺，邓中民

(武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北武汉430200)

摘要时下二氧化钛应用越来越广泛。本文探讨了二氧化钛对棉纱线性能的影响。首先,给出了如何制备成功的二氧化钛胶体，然后比较浸泡二氧化钛胶体的棉纱线和没有浸泡二氧化钛胶体的棉纱线的回潮率，阻燃性，从而得出回潮率高；具有阻燃的结论，还分析了它们出现性能差异的原因。为研究二氧化钛对棉织物性能的影响提供参考。

关键词二氧化钛材料棉纱线性能胶体

0前言

二氧化钛，白色固体或粉末状的两性氧化物，分子量：79.88，是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。它的熔点很高，也被用来制造耐火玻璃，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

纳米TiO2具有许多良好的性质。比表面积大，表面活性大，热导性能好，分散性好等[1]。还具有吸湿性，高沸点，高熔点等性质[2]

自从1972年日本的桥本和仁和藤岛昭在《NATURE》杂志上发表了题为“Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”的论文,TiO2就成了国内外的研究热点，如利用纳米TiO2作光催化剂，可处理有机废水，其活性比普通TiO2(约10 μm)高得多；利用其透明性和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、化妆品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种TiO2感光材料[3]。但研究大多围绕高活性纳米TiO2粉体的制备、多相光催化机理、提高TiO2的光催化效率等方面上，而对二氧化钛的溶胶对棉纱线性能的研究很少。

本文基于以上现状,开展了二氧化钛的溶胶对棉纱线性能的研究。溶胶—凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂[4],实验以钛酸丁酯为先驱体,水为溶剂,盐酸，醋酸为催化剂,以溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶。

棉织物作为一种广泛应用的织物，但回潮率有待提高和易燃，若能通过一些处理，改善它的性能，则能产生巨大的经济价值。而影响棉织物性能的一个方面就是纱线的性能。通过对比二氧化钛处理过的棉纱线和没有二氧化钛处理的棉纱线，看二氧化钛处理过的棉纱线性能是否有所改善，并分析原因，为改善棉织物的性能提供一个参考。

1二氧化钛的胶体制备

1.1TiO2溶胶的制备方法

TiO2溶胶的制备方法：在室温24度，先将一定量的冰乙酸和钛酸丁酯进行混合，然后缓慢地滴加到不同浓度的盐酸水溶液中，滴加完毕后，静置一段时间使其分层，便可得到透明度很高的TiO2溶胶。

1.2仪器与试剂

试剂：钛酸丁酯(化学纯)、质量分数37%盐酸、冰醋酸(化学纯)。

仪器：AL204-电子天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)，CL-2调温磁力搅拌机(上海鹏顺科学仪器有限公司)，DZF-6020电热真空干燥箱(上海鹏顺科学仪器有限公司)，TCW-32B箱式气氛炉(上海国龙仪器仪表厂)，烧杯，分液漏斗。

1.3实验步骤

(1) 取17 mL的钛酸丁酯加入到盛有0.5 mL的盐酸的玻璃杯中，得到溶液A；

(2) 另取9 mL冰醋酸和45 mL的水混匀得到溶液B；

(3) 将A溶液缓慢地滴加到B溶液中并且用磁力搅拌器迅速地搅拌，温度40度，直到搅拌不动，得到透明的胶体；

1.4实验结果如下图

图1　二氧化钛胶体的制备

2浸渍二氧化钛胶体的棉纱线实验

2.1粘附二氧化钛胶体的棉纱线的制备

2.1.1粘附二氧化钛胶体的棉纱线的制备方法

把棉纱线浸泡在盛有二氧化钛胶体的烧杯中，密封浸泡

2.1.2仪器与试剂

试剂：前一个实验做的二氧化钛胶体

仪器：烧杯，玻璃片，玻璃棒

2.1.3实验步骤

(1) 选取9根武汉江南纺织的14tex棉纱线，室温24度，在二氧化钛胶体中浸泡1h，3h, 6h,寻找合适的浸泡时间，合适时间是指接触充分，但没有浸泡过度，即纱线强力改变不大，每组实验选3根纱线

(2)根据以上分组做实验，选取20根纱线在胶体中浸泡合适的时间

2.1.4实验结果

浸泡在烧杯中的结果如下表1：

表1　浸泡实验

根据以上结果，选取浸泡3小时较为合适，故选取20根14tex棉纱在二氧化钛胶体中浸泡3小时，让棉纱与二氧化钛胶体充分接触。

2.2粘附二氧化钛胶体对棉纱线回潮率影响

2.2.1实验方法

烘箱法是利用电热丝加热，当烘箱内温度升至规定值时，把试样放入烘箱内，使纱线内的水分蒸发与空中，并利用换气装置将湿空气排出烘箱外。由于纱线内水分不断蒸发与散失，质量不断减少，当质量烘至恒定质量时，即为纱线干重(烘燥过程中的全部质量损失都作为水分)，经计算得出回潮率指标。

国家标准规定供给烘箱的大气应作为标准大气，如为非标准大气，则测得的烘干质量应修正到标准大气条件下的干重。

2.2.2实验仪器

仪器：YG747型通风式快速烘箱。

2.2.3实验步骤

1、电子天平接通并开启电源。等待进入工作状态后，按“校准/去皮”，使读数置零。

2、转动转篮手柄，逐一勾取烘篮，校准每只烘篮使重量相等，并逐一放回篮座。挂钩挂于天平下方秤钩上。

3、按“校准/去皮”，天平置零。

4、称取待测纱线20根，10根浸泡了二氧化钛胶体的纱线，10根没有浸泡的纱线，每根纱线逐一放入1只烘篮中。

5、用挂钩勾取剩下的一只空烘篮，挂于天平秤钩上，按“校准/去皮”，天平置零。

6、空篮放回篮座，并放入最后一根纱线，挂钩悬挂于天平下方秤钩上，关上箱门。

7、烘箱温度设置：

(1)按“电源”按钮，温控仪显示：上排为环境实际温度，下排为设定温度。

(2)按“SET”健，再按“∧”或“∨”进行温度设定(根据纤维品种确定，棉105℃)，再按“SET”健退出设定状态。

8、关闭伸缩盖，打开排气阀，按下“开机”按钮，烘箱开始工作。

9、第一次称重：烘箱工作约30分钟，按下“暂停”按钮，一分钟后打开伸缩盖，关闭排气阀，逐篮称重并记录。

10、称重完毕，关闭伸缩盖，打开排气阀，按下“开机”按钮，烘箱继续工作。

11、第二次称重：5分钟后，按下“暂停”按钮，一分钟后打开伸缩盖，关闭排气阀，逐篮称重并记录。

12、如果两次称重质量差小于第二次质量的0.05%，可结束试验，将第二次质量修正到标准大气条件下的干燥质量；如果两次称重质量差大于第二次质量的0.05%，则重复上述步骤进行第三次称重，以此类推。

2.2.4实验结果记录

挑选10根二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线和10根没有在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线，各取一根，组成10组纱线。

表2　10组纱线回潮率测试

从表2中可以看出在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线比没有在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线回潮率高。平均增加4.06%。

原因分析，二氧化钛有吸湿性，二氧化钛同时也有亲水性，但吸湿性不太强。

2.3粘附二氧化钛胶体对棉纱线燃烧性能影响

2.3.1实验方法

测定纱线的燃烧时间。燃烧时是指在有氧环境中从放入到点燃的时间。

2.3.2实验仪器

仪器：打火机，秒表，镊子，通风橱。

2.3.3实验步骤

在通风橱中用镊子夹住纱线的一段。一同学点燃打火机时，另一同学迅速记时间。

2.3.2实验结果与分析

表3　10组纱线燃烧试验结果记录

从表3中可知在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线比没有在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线燃烧时间长，平均增加1.5秒。这说明在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线有阻燃作用。

原因分析：棉花自燃点在30度开始产生焦油，250度会自燃。而二氧化钛的熔沸点较高，且棉纱线表面粘附的二氧化钛相当于隔绝了棉纱线与氧分子的接触，故在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线有阻燃作用。

3结论

通过本文里的一系列实验，可知在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线比没有在二氧化钛胶体中浸泡过的棉纱线有如下差异：(1)回潮率高；(2)具有阻燃。制作棉织物时用二氧化钛改性，可以获得很多性能的改善，值得在这个方面进行研究。

参考文献

[1] 张立德，牟季美. 纳米材料和纳米结构[M]. 北京:科学出版社，2001.

[2] 李志军, 王红英.纳米二氧化钦的性质及应用进展[J] 广州化工, 2006.34(1)

[3] HARIZANOV O, IVANOVA T, HARIZANOVA A. Study of sol-gel TiO2 and TiO2-MnO obtained from a peptized solution [J]. Materials Letters, 2001, 49(3-4):165-171.

[4] PISCOPO A, ROBERT D, WEBER J V. Comparison between the reactivity of commercial and synthetic TiO2photocatalysts [J]. Journal of Photo chemistry and Photobiology A: Chemistry, 2001, 139 (2):253 -256.

文献标志码：中国分类号：TS106A

通讯作者：邓中民(1964-)，男，教授，博士生导师，研究方向：纺织品CAD/CAM系统研究与开发。

收稿日期：2015-03-19

文章编号：1008-5580(2015)02-026-03