負載納米TiO2后錦綸織物的染色性能分析*

朱 紅 張 輝 楊 璐

(西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

負載納米TiO2后錦綸織物的染色性能分析*

朱 紅 張 輝 楊 璐

(西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

為了探討納米TiO2對錦綸染色性能的影響，采用活性染料雷馬素艷藍R在相同條件下，對負載納米TiO2和未改性錦綸織物進行染色，測試它們的上染百分率，并借助掃描電鏡和熱重測試手段對染色刷洗前后的試樣表面形貌和熱學性能進行表征，測試織物的漫反射光譜、耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日曬和光澤度等性能。結(jié)果表明，負載納米TiO2后錦綸的上染百分率小于未改性錦綸;刷洗后，負載納米TiO2錦綸上的TiO2顆粒部分脫落;纖維熱起始分解溫度有所下降;紫外線吸收能力明顯增強;耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度均為5級;日曬后K/S值降幅較小;兩者光澤性變化不大。

活性染料，錦綸織物，納米TiO2，染色性能

20世紀80年代末以來，納米技術(shù)迅速發(fā)展［1］。在紡織領(lǐng)域，通過添加某些超微或納米級無機粉體，可使織物纖維獲得抗菌、抗紫外、遠紅外、抗電磁輻射和自清潔等特殊功能［2］，為開發(fā)功能紡織品開創(chuàng)了一條新渠道［3］。納米TiO2是寬帶隙半導體材料，具有多種同質(zhì)變體結(jié)構(gòu)，主要有金紅石相、銳鈦礦相、板鈦礦相;從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學性質(zhì)顯著變化的細小微粒的尺寸在100 nm以下，并且具有抗紫外線、抗菌、自潔凈、光催化活性高等功效。錦綸具有強力高、耐磨性好、手感柔軟、質(zhì)感輕盈、懸垂性好、透氣、吸濕等特點，是一種高附加值纖維，適合做運動衣、休閑服、高性能功能性織物及高檔縫紉線。楊璐等研究得出，負載納米TiO2后的錦綸織物具有極強的屏蔽紫外線功能，而其服用性能不受影響［4］，但是對其染色性能并沒有做出系統(tǒng)詳細的分析。本文應(yīng)用活性染料雷馬素艷藍R對負載納米TiO2和未改性錦綸織物進行染色，借助掃描電鏡和熱重測試手段對染色刷洗前后的試樣表面形貌和熱學性能進行表征，測定了織物的漫反射光譜、耐刷洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐日曬和光澤性等性能。

1 試驗

1.1 試驗材料

織物:負載納米TiO2錦綸織物(在實驗室以鈦酸丁酯為前驅(qū)體和錦綸織物水熱法制備)，經(jīng)緯紗線的線密度均為 6.8 tex，經(jīng)緯紗密度為434根/(10 cm)×314根/(10 cm);未改性錦綸織物，經(jīng)緯紗線的線密度均為8 tex，經(jīng)緯紗密度為420根/(10 cm)×300根/(10 cm)。

試劑:活性染料雷馬素艷藍R［德司達(上海)貿(mào)易有限公司］;無水乙醇(CH3CH2OH，AR.);醋酸(CH3COOH，AR.);氨水(NH3·H2O，AR.);碳酸鈉(Na2CO3，AR.);皂片;去離子水。

1.2 試驗過程

稱取未染色錦綸織物0.7 g，尺寸約為10 cm×10 cm，用無水乙醇和去離子水漂洗干凈，80℃烘干備用。

對錦綸織物進行染色。雷馬素活性艷藍R染料用量為1%(質(zhì)量分數(shù))，浴比1∶50，用醋酸調(diào)節(jié)染液pH值為4～5。染浴配置完畢后，將染浴升溫至50℃，將已在溫水中潤濕的錦綸織物擠干后投入染浴中開始染色。染浴以1～2℃/min的速度升溫至100℃，保溫處理1 h;然后加入氨水固色，pH值控制在 8～9，染浴降溫至 85℃，處理15～20 min;染色完畢自然冷卻后，取出織物，皂煮(工藝為:浴比 1∶30，皂片 2 g/L，碳酸鈉 2 g/L，95℃處理10 min);最后水洗，80℃烘干。染色后的織物留作測試用。

1.3 表征方法

錦綸織物染色刷洗前后的表面形貌和納米TiO2粒徑大小用JSM-6700F型掃描電子顯微鏡觀察。染色前后的錦綸織物纖維熱性能用 TGA/SDTA851e型熱重分析儀測定，從而得到纖維的熱重曲線，氮氣保護，流速10 mL/min，升溫速度10℃/min，升溫范圍40～600℃。

1.4 性能測試

采用721型分光光度計和配套的玻璃比色皿測試負載納米TiO2后錦綸織物和未改性錦綸織物染色的殘液濃度(波長590 nm)，計算染料的上染百分率。

采用帶有積分球(直徑150 mm)的U-3010型紫外—可見分光光度儀測定錦綸織物染色前后的漫反射光譜曲線，測量范圍200～800 nm，掃描速度120 nm/min。

采用YG571C型色牢度儀測定織物染色后的耐摩擦和耐刷洗色牢度，根據(jù)耐摩擦色牢度標準GB/T 3920—2008和耐刷洗色牢度標準 GB/T 420—2009，評定沾色和褪色牢度等級。采用YG611型日曬氣候色牢度測試儀對染色織物進行耐人造光(氙弧燈)輻照，根據(jù)標準ISO 105-B04—1994測定染色織物的耐日曬色牢度。采用Datacolor SF-300型思維士電腦測色配色儀測定染色織物在594 nm處的K/S值，K/S值越大，表示織物顏色越深。采用YG841型織物光澤儀(A類光源)，依據(jù)GB/T 8686—1988測定織物的光澤度，根據(jù)式(1)計算光澤度GC:

式中:GD——漫反射光強度(%);

GS——正反射光強度(%)。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌

圖1表示未改性錦綸織物染色后和負載納米TiO2后的錦綸織物染色刷洗前后的掃描電鏡照片。從圖1可以看出，未改性錦綸織物染色后，其纖維表面十分潔凈［圖1(a)］;負載納米TiO2后的錦綸織物染色刷洗前纖維表面包覆了一層蠟狀薄膜，同時還黏附有一些細小的白色顆粒［圖1(b)］，但比染色前已相對減少，說明在染色過程中納米TiO2從纖維表面脫落，掉入染液中;負載納米TiO2后的錦綸織物染色刷洗后其纖維表面比較光滑，同時納米TiO2變得相對很少［圖1(c)］，說明納米TiO2已被刷掉。從高倍電鏡照片［圖1(d)］可見，該薄膜是由納米級的晶粒緊密堆積形成的，大小分布均勻，平均粒徑小于20 nm。

圖1 錦綸織物的SEM照片

2.2 熱性能分析

圖2 表示未改性錦綸織物和負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的TG曲線。由圖2可見，未改性錦綸織物染色后，其熱起始分解溫度為395.46℃，熱終止分解溫度為431.34℃，質(zhì)量損失率為92.87%;負載納米TiO2后的錦綸織物染色后，其熱起始分解溫度為337.62℃，熱終止分解溫度為369.94℃，質(zhì)量損失率變?yōu)?1.89%，都有一定程度的降低。說明錦綸表面包覆的TiO2納米顆粒會使纖維的熱性能發(fā)生變化，而質(zhì)量損失率降低的幅度取決于纖維表面負載納米TiO2顆粒的多少。

圖2 兩種錦綸織物染色后的TG曲線

2.3 上染百分率

表1為未改性錦綸織物和負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的上染百分率和K/S值。可以看出，與未改性錦綸織物相比，負載納米TiO2后的錦綸織物的上染百分率降低，K/S值減小。這是由于負載納米TiO2后的錦綸織物上有一層納米TiO2薄膜，染料大分子無法上染納米TiO2顆粒，但能穿透TiO2包覆層上染錦綸，因此對染色性能稍有改變。值得一提的是，負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的殘液明顯渾濁，如果此時測吸光度一定會影響上染百分率的測定，因此，必須等殘液澄清后，取上層清液進行測試。

表1 兩種錦綸織物的上染百分率和K/S值

2.4 漫反射分析

圖3表示未改性錦綸織物和負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的紫外—可見光漫反射光譜曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，錦綸織物染色后有三個特別明顯的特征吸收峰，分別在波長230、320和580～610 nm處。負載納米TiO2后的錦綸織物對紫外線吸收能力明顯增強，UVB波段(280～315 nm)平均吸收率在90%以上，UVA波段(315～400 nm)平均吸收率也在80%左右。這是因為TiO2作為寬帶隙半導體材料，當其處于基態(tài)時，電子分布在價帶的電子軌道上，受到紫外線照射時，價帶的電子被激發(fā)到能量較高的導帶，從而實現(xiàn)對紫外線的吸收(O2p→Ti3d軌道電荷遷移躍遷)［5］。在 580～610 nm 處，可見光平均吸收率在85%以上，這是因為染料化學結(jié)構(gòu)中存在較大共軛體系，所以能吸收特定波長的可見光［6］。

圖3 兩種錦綸織物染色后的漫反射曲線

2.5 耐刷洗色牢度分析

表2給出了未改性錦綸織物和負載納米TiO2后的錦綸織物染色后刷洗前后的K/S值比較。可以發(fā)現(xiàn)，未改性錦綸織物染色刷洗前后的K/S值變化不明顯，略有降低;而負載納米TiO2后的錦綸織物刷洗后，K/S值明顯增大，且染色不勻現(xiàn)象消失，說明織物刷洗之后纖維表面黏附的納米顆粒明顯減少，部分TiO2顆粒發(fā)生脫落，包覆層變薄，纖維基體得以暴露，因此顏色變深。根據(jù)GB/T 420—2009評定褪色牢度等級，測定未改性錦綸織物染色耐刷洗色牢度等級為5級;負載納米TiO2后的錦綸織物染色刷洗色牢度也為5級，兩者的耐刷洗色牢度都較好。

表2 兩種錦綸織物染色后刷洗前后的K/S值比較

2.6 耐摩擦色牢度分析

根據(jù)GB/T 3920—2008評定沾色牢度等級，測定未改性錦綸織物染色干、濕耐摩擦色牢度等級為5級;負載納米TiO2后的錦綸織物染色干、濕耐摩擦色牢度也為5級?？梢?，兩者的耐摩擦色牢度都較好。

2.7 耐日曬色牢度分析

圖4表示日曬時間對染色織物K/S值的影響?？梢钥闯?，刷洗后的錦綸織物經(jīng)過日曬，K/S值都在降低，但是未改性錦綸織物與包覆TiO2納米顆粒的錦綸織物相比較，后者的降幅要小得多。日曬150 h后，未改性錦綸織物的K/S值由3.66降至2.56，降幅為30%;負載納米 TiO2后的錦綸織物由于有納米TiO2包覆層，其K/S值由3.65降為 3.21，僅下降 12%。

圖4 日曬時間對染色錦綸織物K/S值的影響

2.8 光澤度分析

表3為未改性錦綸織物和負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的光澤度測試結(jié)果?？梢钥闯?，負載納米TiO2后的錦綸織物染色后的光澤度稍差些，但影響不是太大。

表3 兩種錦綸織物染色后的光澤度分析

3 結(jié)語

(1)由掃描電鏡照片看出，負載納米TiO2后的錦綸織物染色刷洗后，其纖維表面的TiO2納米顆粒脫落非常明顯;包覆納米TiO2的錦綸織物的熱起始分解溫度和熱終止分解溫度較未改性錦綸織物有所降低，質(zhì)量損失率有所減小。

(2)負載納米TiO2后的錦綸織物比未改性錦綸織物的上染百分率稍低，吸收紫外線能力增強，且染色后的織物對可見光的吸收能力有所提高。

(3)兩者的耐刷洗色牢度均為5級，耐摩擦色牢度也均為5級，說明納米TiO2對這兩項性能沒有太大影響。對于耐日曬分析，負載納米TiO2后的錦綸織物的K/S值降幅較小;納米TiO2晶體對染色錦綸織物的光澤度無太大影響。

［1］白春禮.納米科技:現(xiàn)在與未來［M］.成都:四川教育出版社，2001:16-17.

［2］LAPERRE J，錢和生，黎明.紡織品生產(chǎn)中的納米技術(shù)［J］.新紡織，2003(4):5-11.

［3］陳韶娟，崔建國，劉偉.納米抗菌錦綸的染色性能［J］.青島大學學報:工程技術(shù)版，2004，19(1):22-24.

［4］楊璐，張輝.水熱法制備納米 TiO2改性錦綸織物［J］.紡織學報，2011，32(11):83-89.

［5］高濂，鄭珊.納米氧化鈦光催化材料及應(yīng)用［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2002:23-34.

［6］謝雪琴，陳如.現(xiàn)代分析測試技術(shù)在印染行業(yè)的應(yīng)用(一):紫外+可見吸收光譜分析技術(shù)［J］.印染，2007(3):42-43.

Dyeing properties of polyamide fabric loaded with TiO2nanoparticles

Zhu Hong，Zhang Hui，Yang Lu
(College of Textile and Material，Xi’an Polytechnic University)

The influence of TiO2nanoparticles on dyeing behavior of polyamide fabric was studied.In the same condition，polyamide fabric loaded with TiO2nanoparticles and normal polyamide fabric were dyed with reactive dyes with Remazol Brillant Blue R and dyeing percentage of them were tested.Scanning electron microscope(SEM)and thermal gravimetric(TG)analyses were used to characterize the morphology and thermal stability of TiO2coated fabric.The properties of reflectance spectrum，scrub resistance color fastness，rubbing resistance color fastness，insolation resistance and glossiness for polyamide fabric were also measured.It was observed that the dyeing percentage of polyamide fabric after loaded with TiO2nanoparticles was lower than normal polyamide fabric’s.Nano-TiO2on polyamide fabric was fallen off after scrubing.Compared with the original polyamide，the onset decomposition temperature of TiO2-coated fabric decreased，and the capability of against ultraviolet radiation was improved.The color fastnesses to scrubing and rubbing were all 5 levels.The color yield(K/S value)decreased slightly after insolated，but then increased after being washed with water.Glossiness for polyamide fabric did not change.

reactive dye，polyamide fabric，TiO2nanoparticle，dyeing property

TS193.8

A

1004－7093(2012)06－0014－04

*西安工程大學研究生創(chuàng)新基金項目(chx110906)

2011－06－29

朱紅，女，1985年生，在讀碩士研究生。主要從事功能性紡織材料的研究與開發(fā)。