锐钛矿型纳米TiO2在棉织物上的低温原位生长及其抗紫外性能

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由于结晶态的二氧化钛具有很多优异的特性和应用前景,如可用作光催化剂、光电剂、气敏元件、电致显色装置等,因此日益受到人们的关注。纳米二氧化钛粒子的尺寸小、比表面积大、表面原子比例高、悬挂键较多等特点,使得界面极化和多重散射成为其重要的吸波机制,使其具有很高的光电性能。二氧化钛有三种晶体结构:板钛矿型、锐钛矿型和金红石型,其中以锐钛矿型的光化学活性最好,应用也最广泛。锐钛矿型TiO2薄膜具有良好的紫外屏蔽、红外吸收、光催化等性能,将其应用于纺织品上,可赋予纺织品抗菌、抗紫外、抗静电、自清洁等特殊功能,具有很广阔的发展前景。   一般来说,制备锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜的方法主要有溶胶一凝胶法、直流磁控反应溅射法、水热法和化学沉积法等。但是,这些方法都有一个共同的缺点,就是需要高温煅烧才能生成锐钛矿型的纳米二氧化钛薄膜。但是由于纺织品、塑料等材料不耐高温,要想在其上获得透明的锐钛矿型纳米二氧化钛,必须采用低温制备方法。   在低温下以硅片、玻璃、陶瓷为载体制备锐钛矿型TiO2薄膜已有不少报道,如Y.Kotani等人在薄硅片上制得了无定型的SiO2-TiO2复合凝胶膜后,将膜在沸水中处理一定时间,获得了锐钛矿型纳米TiO2薄膜。但在纺织品上低温生成锐钛矿型TiO2薄膜的研究报道还很少。   本文借鉴Y.Kotani等在硅片上制备锐钛矿型纳米TiO2的方法,以在棉织物上获得锐钛矿型纳米TiO2。考虑到锐钛矿型纳米TiO2具有很好的紫外吸收性能,如在织物上生成,织物的抗紫外性能必然大大提高。因此本实验以织物的抗紫外性能好坏作为是否有锐钛矿型纳米TiO2生成的前期判断依据。   本论文先完全采用Y.Kotani等制备锐钛矿型纳米TiO2的方法,制备了SiO2-TiO2复合溶胶并将其整理在棉织物上,发现其对棉织物的紫外防护性能的提高作用不大。在此基础上,本文改变了制备溶胶时的Ti/Si、盐酸用量、聚醚多元醇的种类和用量、乙醇的用量,并讨论了这些因素对溶胶粒径、紫外吸光度和对整理后棉织物紫外防护性能的影响,确定了一种能较好地提高棉织物紫外防护性能的溶胶制备方法。接着,本论文还讨论了后整理工艺中溶胶浓度、超声波振荡时间、水热处理时间等因素,确定了能有效提高棉织物紫外防护能的较佳工艺。   将采用较合理配比制备的溶胶通过较佳后整理工艺整理在棉织物上后,织物的紫外防护性能得到了很大提高,且随水洗次数的增加织物的UPF值逐渐增大,这说明生成的TiO2薄膜与织物具有较好的结合牢度。整理后织物的抗静电性能也有所改善,但织物手感发硬,断裂强力和断裂延伸率也有一定程度的下降。此外,本文还对自制SiO2-TiO2复合溶胶和市场上反应较好的汽巴TINOFAST CELliq产品、上海湛和贸易有限公司的ULS-1700产品进行了抗紫外性能对比。   采用较合理配比制备SiO2-TiO2复合溶胶后,再采用较佳后整理工艺按“浸轧(轧液率50%)→室温晾干→沸水中水热处理(20min)→室温晾干”步骤将溶胶重复整理织物5次后,在棉织物上获得了结晶度较好的粒径为30nm左右的锐钛矿型纳米二氧化钛晶体。
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