專利名稱：棉織物的溶膠凝膠抗紫外整理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種棉織物的溶膠—凝膠抗紫外方法。
背景技術(shù)：
溶膠—凝膠技術(shù)的基本原理是將金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽水解直接形成或者經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)凝膠化，再將凝膠干燥、焙烘，去除有機(jī)成分，最后得到無(wú)機(jī)材料。目前主要應(yīng)用在制備玻璃、超細(xì)粉體和薄膜上，要采用300～800℃的高溫焙燒，在制膜時(shí)采用玻璃、金屬、塑料等光滑表面作為基質(zhì)進(jìn)行涂層，在基質(zhì)表面形成連續(xù)膜，膜與載體之間靠范德華力結(jié)合，不存在化學(xué)結(jié)合。這樣的工藝用在紡織品上是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)榧徔椘窡o(wú)法承受高溫焙燒。
運(yùn)用納米技術(shù)提高織物抗紫外性能是新發(fā)展起來(lái)的一門技術(shù)，目前還處于探索階段，如在紡絲過(guò)程中添加納米TiO2、SiO2、ZnO微粒紡織纖維，或者將納米TiO2、ZnO、SiO2微粒分散在涂層劑中對(duì)紡織品進(jìn)行涂層等，但還存在一些有待解決的問(wèn)題，如納米微粒的分散性問(wèn)題，納米微粒在織物的結(jié)合性和結(jié)合牢度問(wèn)題，納米微粒的添加對(duì)纖維和織物本身的物理化學(xué)性質(zhì)的影響等問(wèn)題。
所以人們期望出現(xiàn)一種克服直接采用納米材料分散乳化后處理織物的新型納米抗紫外方法，賦予棉紡織品優(yōu)異的抗紫外性能，耐洗性好且織物物理機(jī)械性能損失小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種棉織物的溶膠-凝膠抗紫外方法。
本發(fā)明采用鈦酸四丁酯作為前驅(qū)體在一定條件下制備了含鈦元素的穩(wěn)定、透明的納米溶膠，在一定條件下對(duì)織物進(jìn)行整理，直接在織物表面形成納米凝膠粒子，強(qiáng)烈的吸收和反射紫外線，賦予織物優(yōu)異的抗紫外的性能，克服了納米顆粒在織物上易聚集和結(jié)合力弱的缺點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮出納米粒子特殊的性能。
本發(fā)明使用合成膠乳不但增強(qiáng)了織物抗紫外的耐久性，而且極大的提高織物的抗紫外能力，使用熒光增白劑增強(qiáng)了織物在UVA波段對(duì)紫外線的吸收能力，同時(shí)提高了織物的白度。
本發(fā)明的一種凝膠-溶膠抗紫外方法，包括下列步驟(1)制備整理液由下列重量百分比物質(zhì)組成鈦酸四丁酯0.1％～15％有機(jī)溶劑0％～80％鹽酸0.03％～0.1％醋酸2％～25％水20％～96％所述的有機(jī)溶劑是與水互溶的有機(jī)溶劑，如乙醇、異丙醇、乙二醇、丙酮、乙腈等，以醇類溶劑為好。
制備方法將鈦酸四丁酯溶解在醋酸中，在機(jī)械攪拌下將鈦酸四丁酯的醋酸溶液滴加到含有鹽酸和有機(jī)溶劑的水溶液中，室溫下攪拌一定時(shí)間后陳化24小時(shí)得到透明的含鈦溶膠。
(2)鈦溶膠整理將棉織物在上述整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，在鼓風(fēng)烘箱中烘干，然后水洗或用堿中和(去除織物上過(guò)量的酸，避免高溫焙烘引起織物強(qiáng)力損失)，最后在100～180℃焙烘3～5分鐘。
(3)增白處理棉用熒光增白劑對(duì)320～400nm(UVA)波段的紫外線有較強(qiáng)的吸收能力，織物經(jīng)過(guò)增白處理后，在UVA波段的抗紫外能力明顯改善，同時(shí)白度也得到提高。
如VBL熒光增白劑，具體方法如下使用VBL熒光增白劑0.1～0.5％(對(duì)織物重)，用一價(jià)金屬的無(wú)機(jī)堿調(diào)節(jié)pH到8～9，如氫氧化鈉或鉀、碳酸鈉或鉀、碳酸氫鈉或鉀等，但是以碳酸鹽或碳酸氫為好，浴比50∶1，50℃下將經(jīng)鈦溶膠整理的棉織物浸漬在容器中10～30分鐘。
(4)合成膠乳后處理為了提高納米凝膠粒子抗紫外的耐久性，織物經(jīng)(3)抗紫外整理后需用合成膠乳處理。如用聚丙烯酸酯合成膠乳，具體方法如下將棉織物在合成膠乳的整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，將整理后的織物在鼓風(fēng)烘箱中100℃以下烘干。
所述的合成膠乳是聚丙烯酸酯合成膠乳。所述的棉織物與合成膠乳重量百分比為0.1～8％。
本發(fā)明選用鈦酸四丁酯作為前軀體制備了含鈦的納米溶膠，采用浸軋這一適合紡織品的整理方法，只需對(duì)紡織品進(jìn)行100～180℃的熱處理，即可在纖維內(nèi)、外表面形成二氧化鈦納米凝膠粒子，其對(duì)紫外線有強(qiáng)烈的反射和吸收作用，同時(shí)結(jié)合熒光增白劑處理織物，大大降低了織物的紫外線透射率，達(dá)到抗紫外線的目的。整理后合成膠乳的使用極大的改善了織物抗紫外的能力和耐久性。
這種抗紫外方法與現(xiàn)有納米材料抗紫外方法不同，它是運(yùn)用溶膠—凝膠過(guò)程在織物上形成二氧化鈦納米凝膠粒子，從而起到抗紫外的作用?？朔顺Ｒ?guī)納米顆粒在織物上易聚集、易泳移和結(jié)合力弱的缺點(diǎn)，同時(shí)發(fā)揮出納米粒子特殊的性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的溶膠—凝膠法工藝和納米材料防紫外方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.焙烘溫度低，只需要在100～180℃焙烘，比傳統(tǒng)溶膠—凝膠工藝的焙烘溫度低200～600℃；2.克服了納米粒子整理織物時(shí)難分散以及其穩(wěn)定性差的問(wèn)題；克服了納米粒子在織物上易聚集、易泳移、分散不均勻的缺點(diǎn)；克服了納米粒子與織物結(jié)合力弱，耐洗性差的弱點(diǎn)。
3.熒光增白劑的使用增強(qiáng)了織物對(duì)320～400nm(UVA)波段紫外線的吸收能力，同時(shí)提高了織物的白度。
4.合成膠乳的使用，提高織物抗紫外的耐久性，而且還顯著增強(qiáng)了織物的抗紫外能力。


圖1是棉織物經(jīng)本發(fā)明方法處理前后的紫外透射率曲線圖。
具體實(shí)施例方式通過(guò)實(shí)驗(yàn)例可以進(jìn)一步理解本發(fā)明。但不能限制本發(fā)明內(nèi)容。實(shí)施例中所述的制備步驟和織物性能測(cè)試如下(1)整理液的制備將鈦酸四丁酯溶解在醋酸中，在機(jī)械攪拌下將鈦酸四丁酯的醋酸溶液滴加到鹽酸和與水互溶的有機(jī)溶劑的水溶液中，上述物質(zhì)的重量百分比依次為0.1％～15％、2％～25％、0.03％～0.1％和0％～80％使它們混合均勻，攪拌速度300～600轉(zhuǎn)/分，在室溫下攪拌2小時(shí)，陳化24小時(shí)。
(2)鈦溶膠整理將棉織物在上述整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，在鼓風(fēng)烘箱中烘干，水洗或用堿中和(去除織物上過(guò)量的酸，避免高溫焙烘引起織物強(qiáng)力損失)，然后在100～180℃焙烘3～5分鐘。
(3)增白處理棉用熒光增白劑對(duì)320～400nm(UVA)波段的紫外線有較強(qiáng)的吸收能力，織物經(jīng)過(guò)增白處理后，在UVA波段的抗紫外能力明顯改善，同時(shí)白度也得到提高。
如VBL熒光增白劑，具體方法如下使用VBL熒光增白劑0.1～0.5％(對(duì)織物重)，用碳酸鈉調(diào)節(jié)pH到8～9，浴比50∶1，50℃下將布浸漬在容器中10～30分鐘。
(4)合成膠乳后處理為了提高納米溶膠粒子抗紫外的耐久性，織物抗紫外整理后需用合成膠乳處理。如用聚丙烯酸酯類合成膠乳，具體方法如下
將棉織物在聚丙烯酸酯合成膠乳(0.1～8％)的整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，將整理后的布在鼓風(fēng)烘箱中烘干，溫度通常為60～100℃以下。
(5)對(duì)整理織物進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試，具體如下①紫外透射率及紫外防護(hù)系數(shù)(Ultraviolet Protection Factor)測(cè)試UPF依據(jù)AS/NZS 4399-96標(biāo)準(zhǔn)，使用美國(guó)Labsphere公司生產(chǎn)UV-1000F紫外透射率分析儀測(cè)得。
②耐水洗性按照AATCC Test Method 135-2000測(cè)試.
③撕破強(qiáng)力按照ASTM D1424-96標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試④拉伸強(qiáng)力按照ASTM D5034-95標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試⑤織物彎曲剛度按照Z(yǔ)BW04003-87標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試實(shí)施例(1)平紋機(jī)織棉布(140g/m2)的抗紫外整理步驟如下棉布(140g/m2)在溶膠整理液中二浸二軋，壓力3kg/cm2，帶液率60～70％，在鼓風(fēng)烘箱中70℃烘干，然后水洗，最后在130～150℃焙烘5分鐘。
實(shí)施例(2)平紋機(jī)織棉布(140g/m2)的抗紫外整理步驟如下①棉布(140g/m2)人溶膠整理液中二浸二軋，壓力3kg/cm2，帶液率60～70％，在鼓風(fēng)烘箱中70℃烘干，然后水洗，最后在150℃焙烘5分鐘。
②將織物在含0.4％(對(duì)織物重)VBL熒光增白劑的水溶液中浸漬25分鐘(pH＝8～9，浴比50∶1，溫度50℃)
實(shí)施例(3)平紋機(jī)織棉布(140g/m2)的抗紫外整理步驟如下①棉布(140g/m2)在溶膠整理液中二浸二軋，壓力3kg/cm2，帶液率60～70％，在鼓風(fēng)烘箱中70℃烘干，然后水洗，最后在150℃焙烘5分鐘。
②將織物在含0.4％(對(duì)織物重)VBL熒光增白劑的水溶液中浸漬25分鐘(pH＝8～9，浴比50∶1，溫度50℃)③將織物在含聚丙烯酸酯低溫合成膠乳(4％)的整理液中二浸二軋，壓力3kg/cm2，帶液率60～70％，將整理后的布在鼓風(fēng)烘箱在100℃下烘干。
表1織物處理前后UPF評(píng)價(jià)

注T(UVA)表示UVA區(qū)的紫外透射率，T(UVB)表示UVB區(qū)的紫外透射率。
表2紫外防護(hù)系數(shù)UPF分類方案

表3洗滌50次的UPF評(píng)價(jià)

由圖1、表1可知，織物經(jīng)過(guò)鈦溶膠整理后紫外透射率顯著下降，尤其在UVB(280～320nm)區(qū)域，織物的UPF顯著提高，從原來(lái)的6.51提高到79.18，UPF等級(jí)達(dá)到最高級(jí)50+，而織物再經(jīng)熒光增白劑處理后，紫外透射率曲線在UVA區(qū)域(350～400nm)大幅度下降，UPF又有明顯提高，從79.18升至221.02，所以輔助使用熒光增劑，使織物在UVA和UVB區(qū)域都有很好的抗紫外性能。
由表3可知經(jīng)合成膠乳處理過(guò)的織物在50次水洗后，紫外透射率反而有所降低，UPF高達(dá)291.36，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)合成膠乳處理過(guò)的織物的UPF從221.02下降到177.72，由此可知合成膠乳不但提高織物的抗紫外耐久性，而且提高了織物的UPF，極大的改善了織物的抗紫外性能，作用顯著。
表4、5反映了織物經(jīng)溶膠、熒光增白劑、合成膠乳處理前后物理機(jī)械性能的變化情況。
表4整理前后織物撕裂強(qiáng)力變化

表5整理前后織物斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸率變化

由表4、表5可知經(jīng)過(guò)一系列整理后，棉織物的撕破強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸率變化很小，物理機(jī)械性能未受影響。
表6反映了織物整理前后彎曲剛度的變化情況。
表6處理前后織物彎曲剛度變化

由表6可知處理后織物的剛度反而有所下降，經(jīng)過(guò)一系列的整理棉織物的手感的變化不大。
權(quán)利要求
1.一種棉織物的溶膠-凝膠抗紫外方法，其特征是通過(guò)下述方法制得(1)將棉織物在含鈦溶膠整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，整理后烘干，然后水洗或用堿中和，最后在100～180℃焙烘3～5分鐘；(2)相對(duì)織物重的0.1～0.5％棉用熒光增白劑，用一價(jià)金屬的無(wú)機(jī)堿調(diào)節(jié)pH到8～9，浴比50∶1，50℃下將所述(1)的棉織物浸漬10～30分鐘；(3)將(2)所述的棉織物在相對(duì)織物重0.1～8％的合成膠乳整理液中二浸二軋，壓力2～3kg/cm2，帶液率60～70％，然后焙干；所述的含鈦溶膠整理液由下述物質(zhì)重量百分比組成鈦酸四丁酯0.1％～15％、與水互溶的有機(jī)溶劑0％～80％、鹽酸0.03％～0.1％、醋酸2％～25％和水20％～96％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棉織物的溶膠-凝膠抗紫外方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑是乙醇、異丙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種棉織物的溶膠-凝膠抗紫外方法，其特征在于所述的合成乳膠是聚丙烯酸酯類合成膠乳。
全文摘要
本發(fā)明運(yùn)用溶膠—凝膠技術(shù)，以鈦酸四丁酯作為前驅(qū)體制備了含鈦納米溶膠，并采用軋—烘—焙工藝對(duì)棉織物進(jìn)行抗紫外整理，同時(shí)結(jié)合熒光增白劑和合成膠乳的使用，賦予織物優(yōu)異、持久的抗紫外性能，且對(duì)織物的手感和物理機(jī)械性影響很小。
文檔編號(hào)D06B1/00GK1587496SQ200410053059
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者陳水林, 徐鵬 申請(qǐng)人:東華大學(xué)