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信息來源：天津工業(yè)大學(xué)材料與化工學(xué)院　　作者：趙曉娣，姚金波，丁 毅，府佳萍
 

摘要： 通過納米ZnO-~拒水拒油整理劑之間的協(xié)同作用，對(duì)棉絨織物實(shí)施抗茵整理加工。并介紹了納米氧化鋅的抗茵機(jī)理、偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理以及整理液的制備方法，通過拒水拒油性能的測(cè)試優(yōu)化出*工藝．借助拒水拒油的作用來防止細(xì)茵的粘附，從而進(jìn)一步提高織物的抗茵性能。

    關(guān)鍵詞： 納米ZnO；抗茵；拒水拒油；偶聯(lián)劑

    本文研究了納米ZnO與拒水拒油整理劑之間的協(xié)同作用。以高速攪拌作為輔助手段，通過偶聯(lián)劑來增加納米ZnO粒子與拒水拒油整理劑間的配伍性．有效防止納米ZnO粒子間的團(tuán)聚，使其穩(wěn)定均勻的把納米ZnO分散在拒水拒油整理劑中，通過拒水拒油性能的測(cè)試優(yōu)化出*工藝。借助拒水拒油的作用來防止細(xì)菌的粘附。從而進(jìn)一步提高織物的抗菌性能。



    1 納米氧化鋅的特性及抗菌機(jī)理

    納米氧化鋅粉體難溶于水，無味、無毒、質(zhì)地細(xì)膩，其粒徑約為30～100 nm，粒子形狀為粒柱形，納米氧化鋅由于其顆粒尺寸的微細(xì)化，比表面積急劇增大，產(chǎn)生了與普通氧化鋅不同的界面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，具有顆粒小、表面活性強(qiáng)、分散性好等特性，具有較高的安全性。對(duì)廣譜范圍的細(xì)菌、霉菌具有優(yōu)良的阻繁和殺滅功能。這些特殊性質(zhì)賦予其成為良好的抗菌材料。

    納米氧化鋅的抗菌機(jī)理可能有兩種途徑，*種是光催化抗菌機(jī)理，即納米氧化鋅在陽光，尤其是紫外線的照射下，在水和空氣中能自行釋放自由電子fe-），同時(shí)留下了帶正電的空穴（h ），h 可以激發(fā)空氣產(chǎn)生活性氧（[O]），微生物與[0]發(fā)生氧化反應(yīng)而致死。第二種是金屬離子溶出抗菌機(jī)理，即游離出來的鋅離子接觸細(xì)菌體時(shí)，與酶蛋白結(jié)合使其失去活性而將細(xì)菌殺死。有充分實(shí)驗(yàn)證明納米氧化鋅的抗菌機(jī)理應(yīng)該是兩種機(jī)理共同作用的結(jié)果[1]。

    2 偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理

    由于納米ZnO的表面能比較高，而拒水拒油整理劑的表面能比較低，兩者相互混合時(shí)，會(huì)發(fā)生所謂的“水和油”的現(xiàn)象，因此采用偶聯(lián)劑在納米ZnO與拒水拒油整理劑之間起到架橋的作用。本試驗(yàn)采用硅烷偶聯(lián)劑。其是在一個(gè)分子中兼有對(duì)無機(jī)物具有反應(yīng)性的基團(tuán)f主要是硅氧烷基）和對(duì)有機(jī)物具有反應(yīng)性或相容性的基團(tuán)f有機(jī)官能團(tuán)）的化合物 ]，一般用下面的結(jié)構(gòu)式表示：

    Y— R—Si≡（OR）3

    式中，Y為有機(jī)官能團(tuán)；SiOR為硅氧烷基。主要機(jī)理為偶聯(lián)劑的親水基團(tuán)能與納米ZnO粒子表面的羥基結(jié)合，其疏水基團(tuán)能與拒水拒油整理劑中的樹脂結(jié)合。偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理取決于YR—SiOR結(jié)構(gòu)中的有機(jī)官能團(tuán)fY）和可水解基團(tuán)（OR）之間的穩(wěn)定連接。有機(jī)官能團(tuán)fY）的選擇要求做到對(duì)樹脂呈現(xiàn)反應(yīng)性或相容性，如含有乙烯基或甲基丙烯酰氧基的硅烷偶聯(lián)劑適用于不飽和聚酯和丙烯酸樹脂f因?yàn)榕悸?lián)劑中的不飽和雙鍵能與樹脂中的不飽和雙鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）。而可水解基團(tuán)（0R）水解后所生成的硅醇會(huì)與納米ZnO表面羥基之間產(chǎn)生牢固的鍵合作用，其中包括硅醇與納米ZnO表面羥基生成氫鍵及范德華力的作用以及硅醇之間醚化脫水作用等．終使納米氧化鋅表面被硅烷偶聯(lián)劑部分或全部覆蓋I3]。

    3 實(shí)驗(yàn)部分

    3．1 試劑和儀器

    納米ZnO粉體、偶聯(lián)劑（自制）、交聯(lián)劑（自制）、整理劑FK一510、異丙醇、氯化鎂。實(shí)驗(yàn)室高剪切分散乳化機(jī)FA25型、接觸角測(cè)試儀JY一82、透氣儀YC461型。

    3．2 納米整理工藝

    在納米抗菌拒水拒油整理過程中，納米氧化鋅在整理劑中的分散穩(wěn)定性是關(guān)鍵，本實(shí)驗(yàn)在高速攪拌的物理分散下，加入偶聯(lián)劑有效的把納米ZnO和整理劑連接起來，并通過交聯(lián)劑使其很好的與纖維結(jié)合。

    3．2．1 整理液的制備工藝

    

    3.3 工藝優(yōu)化

    由于影響整理劑的因素很多，因此采用三水平三因素的正交實(shí)驗(yàn)，通過極差分析進(jìn)行工藝優(yōu)化。

    3．4 性能測(cè)試

    （1）拒水拒油性：拒油性采用AATCC1 l8～1992標(biāo)準(zhǔn)。采用測(cè)接觸角的方法測(cè)拒水性。測(cè)試方法是用針管吸取一定量水滴到織物表面，然后用接觸角測(cè)試儀測(cè)出水滴與織物的接觸角，角度越大，拒水效果越好。

    （2）抗菌性：將試樣和對(duì)照織物（未經(jīng)抗菌整理的織物）分別放于三角燒瓶中接種大腸桿菌。接種后將對(duì)照織物上的細(xì)菌立即洗滌并測(cè)定細(xì)菌數(shù)量，將試樣恒溫培養(yǎng)后洗滌細(xì)菌并測(cè)定細(xì)菌數(shù)量，然后計(jì)算出試樣的細(xì)菌減少率。

    （3）耐久性：為了測(cè)試拒水拒油及抗菌效果的耐久性，實(shí)驗(yàn)將整理后的織物洗滌5次，再測(cè)試其拒水拒油及抗菌效果。洗滌工藝條件：標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑2 g，L，浴比為1：50，溫度：40℃，時(shí)間：10 min。

    （4）透氣性：根據(jù)GB12799—91的標(biāo)準(zhǔn)，取原布及用*工藝整理后的布樣，在YC,461織物透氣儀上進(jìn)行測(cè)試（布樣大小為10 cm~10 cm）。

    4 結(jié)果與討論

    4．1 正交試驗(yàn)結(jié)果

    根據(jù)極差分析法可知，影響拒水拒油的主次要因子次序?yàn)椋壕芩苡驼韯┯昧?gt;硅烷偶聯(lián)劑用量>納米ZnO用量。依次做各因素對(duì)接觸角影響曲線.



    從圖1中可以看出隨著整理劑用量的增加，織物與水的接觸角增大，拒水性能顯著增強(qiáng)，符合一般規(guī)律。

    

    從圖2中可以看出．隨著偶聯(lián)劑用量的增加，織物與水的接觸角變小，說明偶聯(lián)劑的用量的增加會(huì)使得整理劑的拒水性能下降。分析認(rèn)為，這和硅烷類偶聯(lián)劑的作用機(jī)理有關(guān)．在整理劑中處于外側(cè)的硅烷類偶聯(lián)劑單分子層 ]，水解生成硅醇，然后與納米ZnO表面的羥基之間產(chǎn)生牢固鍵合作用，終使ZnO表面被硅烷偶聯(lián)劑牢牢地包覆．隨著偶聯(lián)劑用量的增加，逐步形成多分子層，使硅烷偶聯(lián)劑在水中水解形成的醇羥基，而醇羥基的親水性，會(huì)抵消拒水拒油整理劑的拒水作用。因此偶聯(lián)劑不宜過多，在實(shí)驗(yàn)條件以2％為宜。

     

    從圖3中可以看出隨著納米粉用量的增加，接觸角沒有明顯的變化，由此可以得出納米粉并不是影響拒水拒油性能的主要因素。但考慮到納米粉有提高粗糙因子的作用，分析認(rèn)為以8 g／L為宜。

    綜上所述．得出的拒水拒油性能*工藝是：整理劑用量為60 L，偶聯(lián)劑用量為2％，納米ZnO的用量為8 g／L。

    4．2 抗菌及抗菌持久性測(cè)試結(jié)果

    在上述優(yōu)化工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步測(cè)定其抗菌性能。研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)整理的對(duì)照試樣不具備抗菌性能，培養(yǎng)皿上的菌落數(shù)多不可計(jì)，而經(jīng)過納米ZnO整理的織物抗菌性，培養(yǎng)皿上沒有細(xì)菌生長，證明納米ZnO具有良好的抗菌性能。

    

    從表2中可以看出，整理過的織物經(jīng)洗滌后抗菌性依然很好．仍無細(xì)菌生長，證明納米ZnO的抗菌效果具有持久性。

    4．3 透氣性的變化

    由GB12799—91測(cè)試方法測(cè)得的結(jié)果見表3。

    

    由表3可知．經(jīng)納米整理劑整理后透氣性變化不大．因此不會(huì)影響織物的服用舒適性。

    5 結(jié)論

    （1）通過高速攪拌和偶聯(lián)劑的雙重作用把納米氧化鋅均勻地分散到整理劑中，制備出納米整理劑，并用正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝結(jié)果為：偶聯(lián)劑用量為2％，整理劑用量為60 g／L，納米ZnO的用量為8 g／L；

    （2）用此納米整理劑處理織物后，具有的拒水拒油性能和抗菌性能．持久性強(qiáng)，透氣性影響不大．基本不影響織物的服用舒適性。

    6 參考文獻(xiàn)

    [1]李群，陳水林，姜萬超．納米ZnO的制備與納米功能紡織品的開發(fā)（下）[J]．染整技術(shù)．2003，25（5）：l6-l7．

    [2]李光亮．有機(jī)硅高分子化學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，1999．

    [3]周寧琳．有機(jī)硅聚合物導(dǎo)論[M]．北京：科學(xué)出版社，2000．

    [4]E．P 普魯特曼．硅烷和鈦酸酯偶聯(lián)劑[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，l3l-133．