布艺之家讯：前言
1972年，Fujishima A等无意间发现将Pt沉积在 TiO2 表面制成单晶电极，可氧化分解水，由此发明了光触媒。金属离子掺杂改性光触媒可以提高催化剂吸收长波光子能量的能力，将催化剂吸收光谱扩展至可见光区，提高对降解物的选择性，从而提高光触媒的光催化能力，抑制晶相的转变。Choi等系统地研究了过渡金属氧化物掺杂的光催化性能与空穴电子复合之间的联系，铁、钒、铬、钻、镧、锰、镍、铅、铜等过渡金属及稀土元素均可被用来掺杂改性TiO2 。众多的研究人员在纳米TiO2 的改性上作出了巨大的贡献。
光触媒，即纳米二氧化钛，具有很好的光催化活性，织物经其负载后可获得很好的抗菌能力及安全性，具有广泛的应用前景。
国内外对使用稀土硫酸铈或CeO2 对光触媒改性进行了一定的研究。改性的方法主要是使用溶胶．凝胶法与浸渍法或共沉淀法相结合，但鲜见对光触媒稀土改性并应用于织物的整理工艺对比研究，本课题就浸轧与涂覆工艺进行了对比试验。
1 光触媒的晶型结构
根据晶型，TiO2 可分为板钛矿型、锐钛矿型和金红石型三种。其中，锐钛矿型属于四方晶系，其晶格参数a0= 3．785 A，C0=9．514 A。锐钛矿型的钛原子处于钛氧八面体的中心，其周围的六个氧原予都位于八面体的棱角处，有四个共棱边。也就是说，锐钛矿型的单一晶格有四个TiO2 分子，其八面体呈明显的斜方晶型畸变，Ti—O键的距离很小且不等长，分别为1．937 A和1．964 A。这种不平衡性导致TiO2 分子极性很强，从而使TiO2 表面易吸附水分子并使水分子极化形成表面羟基，这种表面羟基的特殊结构使其表面改性成为可能。
2 试验
2．1 织物、药品与主要仪器
织物 l9．7 tex X 29．5 tex纯棉织物(新疆石河子)
药品LG水溶性有机硅交联剂(明尼达硅氟皮化应用研究试验厂)、网印106黏合剂(成都盛帮密封有限公司)、有机硅柔软剂ZC-900(常州中策纺织助剂有限公司)，以上均为工业级；锐钛型纳米TiO 粉体(晶体尺寸lO～20 Bin，攀枝花钢铁集团)；六偏磷酸钠(成都科龙化工试剂厂)、无水乙醇(成都科龙化工试剂厂)、乙二醇(成都科龙化工试剂厂)、三乙醇胺(成都金山化学试剂有限公司，以上均为AR)；液体甲醛(河北凯跃化工集团有限公司)、氯化钕(成都科龙化工试剂厂)、钛酸四丁酯(成都科龙化工试剂厂)、十二烷基硫酸钠(西安化学试剂厂)，以上均为CP级。
仪器单盘电子天平(上海力能电子仪器公司)；
YG026C型电子织物强力机(南通三思机电科技有限公司)；甲醛分解测试装置(成都纺织高等专科学校自制)；JY98．3D超声波细胞粉碎机(宁波新芝科器研究所)；DJl40电动搅拌器(金坛市大地自动化仪器厂)； XG026C型光学显微镜(CDIC公司)；7200分光光度仪 (上海UNICO公司)；MD定形烘干小样机(鹤山精湛染整设备厂有限公司)；红外线烘干箱(上海科析试验仪器厂)；甲醛浓度测试仪(PM Technology Limited)；马弗炉(上海科析试验仪器厂)；恒温干燥箱(上海科析试验仪器厂)。
2．2 试验方法
2．2．1 钕掺杂改性光触媒的制备
按照一定的Nd／Ti摩尔比，分别采用沉淀法u 和溶胶．凝胶法制备改性光触媒粉末。准确称取改性后的纳米光触媒粉末试样，用乙二醇润湿试样，加入一定量三聚磷酸钠分散剂，用蒸馏水配成分散体系，用氨水调整pH值至lO，充分搅拌后，用超声波细胞粉碎机超声分散，制得分散液。
2．2．2 织物处理工艺
(1)浸轧工艺
工艺流程 浸轧(一浸一轧或二浸-~L,)一烘干(80 ℃ X2 min)一焙烘(130℃ X 3 min)一冷却
(2)涂覆工艺
按表l处方，在分散改性液中加人黏合剂sT，并加入交联剂。将调制好的涂覆剂均匀涂覆在织物上，于150 ℃焙烘后，在40～5O ℃加入有机硅柔软剂进行柔软整理，烘干，冷却。
2．2．3 性能测试
(1)抗菌测试
分别将未经光触媒处理的织物和经不同工艺参数光触媒处理的织物灭菌后，在紫外光照射和24 ℃恒温条件下培养24 h。
(2)甲醛分解测定
将原布、仅经过光触媒溶液二浸二轧的织物和经过涂覆TiO2 处理后的织物分别置于甲醛分解测试装置中，滴人液体甲醛。待箱体内甲醛气体浓度达到一稳定值，开启装置。以254 nm波长、60 w功率的紫外灯光源持续照射6 h，测定密闭反应装置内的甲醛气体浓度。
(3)织物强力测定
测试织物原始强力及光触媒处理后对基布的强力损伤。
3 结果与讨论
3．1 整理织物的抗菌性能
织物经不同方式处理后的抗菌性能，如表2所示。
从表2可以看出，未经处理的织物对细菌没有任何抑制作用；经过光触媒处理的布样，对细菌均表现出抑制作用。光触媒受到一定能量的光辐射时，能带电子e-被激发到导带上，并在价带上产生带正电荷的空穴h+ ，产生氧化性能很强的O- 、H2 O2 、OH ·，其中· OH是导致细胞失活的主要因素。
处理工艺不同，织物的抗菌性差异很大。经光触媒浸轧工艺处理的织物，只有少量菌落，而且细菌分布均匀；经光触媒涂覆工艺处理的织物，菌落多且分布不均匀。因此浸轧处理效果明显优于涂覆效果。纳米 TiO2 在织物中的百分含量决定了织物抗菌性的优劣程度，含量高效果明显。试验结果证明，经浸轧方式的织物上纳米TiO2 含量明显高于涂覆织物。
3．2 整理织物对甲醛的分解性能
光触媒在紫外光照射下产生的具有强氧化作用的超氧阴离子自由基和羟基自由基，可以降解甲醛气体。
活性羟基自由基和超氧阴离子自由基先共同作用，将甲醛氧化成羟酸，最终将其降解为二氧化碳和水。稀土元素本身不具有光催化活性，钕离子的掺杂会引起光触媒表面结构的变化，Nd3+ 的半径远大于Ti4+ 的半径，Ti4+ 可以进入Nd203 晶格中，导致正负电荷不平衡。为弥补这种不平衡，光触媒会吸附较多的氢氧根离子，表面氢氧根离子与光空穴反应，生成活性羟基，达到光电子与光空穴的有效分离，有效提高光催化活性及光触媒含量。
表3 甲醛分解性能比较
注：l#一3#为一浸一轧工艺，轧液率分别为70％ 、75％ 和80％；4#～6#为二浸二轧工艺，轧液率分别为70％、75％和80％；7#一9#为涂覆工艺一；10#一12#为涂覆工艺二；13#一15#为涂覆工艺三(以下同)。
从表3可看出，未经处理的织物对甲醛无分解作用，采用浸轧工艺处理后的织物，对甲醛的分解作用大于经涂覆工艺处理的织物。轧余率越大，分解甲醛效果越好；轧余率越小，织物上的TiO2 颗粒量随之减少，分解甲醛效果越差；轧余率为70％时，对甲醛的分解率为32．12％。涂覆工艺处方中加入过多的助剂(如黏合剂等)，TiO2 含量减小，分解甲醛效果差。光触媒颗粒包覆在织物纤维的表面，黏合剂在水洗过程中易脱落，使织物失去抗菌性能。从表4可以看出，经40℃温水洗后，涂覆与浸轧处理的各织物中光触媒含量降低，甲醛分解率下降，尤其是浸轧处理的织物下降达50％左右。
3．3 光触媒处理后棉织物的强力
光触媒处理后棉织物的强力如表5所示。
从表5可知，经紫外光照射后，未经任何处理的棉织物强力不变；经稀土改性光触媒处理的棉织物强力均下降。其中，仅经过光触媒乳液浸轧处理的织物强力下降明显。光触媒颗粒与织物表面直接接触会造成纤维损伤，轧余率过大的织物在烘干时易造成“泳移”，使光触媒聚集，从而造成织物局部强力下降严重。涂覆工艺在处理过程中加入了黏合剂、交联剂，在一定程度上隔离了光触媒与织物的直接接触，同时也增加了光触媒与基布的粘结力，增大了它们之间的抗张强力和模量，因此强力损伤较少。
4 结论
经稀土改性光触媒处理的棉织物，在紫外线的照射下具有分解甲醛和抗菌的效果。光触媒的百分含量是影响抗菌和甲醛分解效果的重要因素，光触媒浓度越高，抗菌和甲醛分解效果越好。浸轧工艺处理的棉织物抗菌性与甲醛分解效果明显；涂覆工艺处理的棉织物较浸轧工艺耐水洗性能好，织物抗外力的作用也更强。
布艺之家是集布艺,窗帘布艺,布艺杆,窗帘制作的最新新闻资讯，布艺,窗帘布艺,布艺杆,窗帘制作各十大品牌的装修效果图和各类分类信息，敬请登陆布艺之家：http://chuanglian.jc68.com/
