負載率與改性TiO₂復合物紫外屏蔽性能的關系研究

高景峰　巨昊

摘 要：本文采用水熱合成法，以伊利石作為載體制備銳鈦礦型TiO2/伊利石復合物，通過吸收度、透過率和涂層紡織物光老化后抗拉強度分析，著重探討TiO2負載率與復合物紫外屏蔽性能的關系。

關鍵詞：負載率;復合物;紫外屏蔽

TiO2是一種優(yōu)良的紫外線屏蔽材料。但其易團聚、成膜性差等缺陷又限制了其應用。為彌補此缺陷，通常的做法是對TiO2進行改性處理，以獲得既有紫外屏蔽功能又能均勻附著的屏蔽劑。本文采用水熱合成法，以伊利石作為載體制備銳鈦礦型TiO2/伊利石復合物，著重探討TiO2負載率與復合物紫外屏蔽性能的關系，為研制新型紫外屏蔽材料提供一定的參考。

一、復合物的制備

取適量提純伊利石粉體倒入蒸餾水中制成濃度為2g/100ml的漿液，用磁力攪拌器充分攪勻后再超聲處理1h。將適量025mol/l的Ti（SO4）2溶液加入到上述漿液中，制成TiO2含量占復合物總質量為30%的混合液。攪拌均勻后用氨水將混合液的pH值調整到5。待混合液充分反應后將其倒入反應釜中密封進行反應，反應溫度為160℃，反應時間為8h。反應結束后，對樣品進行離心過濾和恒溫干燥，最終所得產物即為TiO2負載率30%的改性TiO2/伊利石復合物試樣。用上述相同的流程制備TiO2負載率分別為10%、30%、50%、60%的復合物試樣。

二、紡織品的預處理

為消除其他因素對涂層紡織品樣品的力學性能和抗紫外性能的影響，本實驗特選純棉平紋針織布并進行預處理。首先將所選平紋布浸入到含有洗潔精的清水中，充分攪拌后浸泡4h，以清除有機殘留物。自然晾干后，沿徑向把平紋布裁成150×30mm的布條。將布條再浸入無水乙醇中用超聲洗滌5min，完全去除紡織物中的雜質和殘留物。再次撈出，晾干備用。

三、涂層紡織物光老化處理

用蒸餾水將5g負載率為50%的復合物粉末試樣配制成20g/l的懸濁液，加入0.1g羥丙基甲基纖維素活性劑，磁力攪拌6h，即為抗紫外整理液。將預先處理好的平紋布條浸入整理液，超聲浸漬5min后撈出晾干，作為涂層紡織品樣本。用兩支功率為28W，波長為185nm，型號為10-15100的紫外燈作為光源制成紫外線老化燈箱。將無涂層布條和涂層樣本布條置于紫外線老化燈箱中，保持樣本在紫外光源正下方20cm處，在空氣中輻照模擬光老化處理過程。

四、結果與分析

（一）改性復合物樣品吸收光譜分析

采用液相測試法。分別將相應試樣用蒸餾水分散成001wt%的分散液，超聲分散后提取適量試樣液體置于T6型紫外可見分光光度計上，在200-800nm波長范圍內掃描。不同試樣的紫外-可見吸收光譜如圖1所示。

由圖1看出，在紫外區(qū)域，不同負載率的樣品紫外線的吸收能力不同，并有吸收能力隨TiO2負載率增加而提高的特征，當負載率超過50%后，吸收能力基本不再提升，應為載體伊利石承載TiO2的能力達到極限。因此，就紫外線的吸收能力而言，50%為伊利石負載TiO2的最佳比例。

（二）改性復合物樣品透過率曲線分析

將試樣用蒸餾水配置成0.1wt%的分散液，充分超聲分散后，提取少許分散液滴到石英玻璃載片上，晾干后置于TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計上，以空白石英玻片為襯底，同樣在200～800nm波長范圍內測試各試樣的透過率。所得曲線如圖2所示。

透過率曲線顯示隨著TiO2負載率的增加，試樣的紫外透過率在降低。當負載率為50%時，紫外線透過率最低，幾乎可屏蔽掉100%的短波紫外線，98%的中波紫外線和超過50%的長波紫外線。從該實驗曲線還可看出50%負載率的樣品對可見光確有著理想的透明性，即該試樣是一種理想的透明紫外線屏蔽材料。

（三）紡織物的拉伸性能分析

用型號為CSS-1102C的電子萬能試驗機對不同輻照時間的試樣進行抗拉強度測試，每個試樣測5次，結果取其平均值。所得試樣的拉伸性能曲線如圖3所示。

結果顯示，未涂層樣品在紫外光輻照下力學性能迅速下降，經(jīng)8h持續(xù)輻照后，斷裂強力保留率僅剩下38%，說明棉織物纖維在紫外光長時間照下會快速老化斷裂。而涂層試樣在相同的輻照下斷裂強力保留率還可達到65%，力學性能明顯優(yōu)于未涂層樣品。說明負載率為50%的復合物具有良好的紫外屏蔽性能。

五、結論

以伊利石作為載體，水熱合成法制備的TiO2/伊利石復合物的紫外屏蔽性能隨TiO2負載率的增加而提高，當負載率為50%時，達到極值，可屏蔽掉100%的短波紫外線，98%的中波紫外線和超過50%的長波紫外線。

參考文獻：

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