nano-super(AB)微晶分散体对桑蚕丝防紫外线及抗茵性能的影响.pdf
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1、第3 1 卷第5 期 2 0 1 0 年5 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 ,N o 5 M a y ,2 0 1 0 文章编号:0 2 5 3 - 9 7 2 1 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 9 1 0 7 n a n o - s u p e r ( A B ) 微晶分散体对桑蚕丝 防紫外线及抗菌性能的影响 苏艳孟,郑敏 ( 苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州2 1 5 0 2 1 ) 摘要为探讨新型功能整理剂n a n o s u p e r ( A B ) 微晶分散体对桑蚕丝的紫外线
2、防护性及抗菌性的影响,以实验室 自制的n a n o s u p e r ( A B ) 微晶分散体为主要原料,通过对浸一轧一烘整理工艺的优化赋予桑蚕丝优良而持久的紫外 线防护性及抗菌性,采用S E M 和X R D 表征了处理前后桑蚕丝表面的微观结构。实验结果表明:处理后的桑蚕丝 表面呈现均匀而细小的纳米粒子,粒径大小约为1 0n m ;X R D 表明蚕丝表面的纳米粒子为纤锌矿氧化锌;当n a n o s u p e r ( A B ) 质量浓度为1 6g L 时,桑蚕丝织物U P F 值达到5 0 + 级别,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均达 到9 9 以上,随水洗次数的增加,紫外线
3、防护性呈现增加趋势,抗菌性仍保持不变。 关键词纳米氧化锌;蚕丝;紫外线屏蔽;抗菌 中图分类号:T S1 9 5 5文献标志码:A A n t i - b a c t e r i a la n da n t i U Vp r o p e r t i e so fs i l kt r e a t e dw i t h n a n o s u p e r ( A B ) m i c r o c r y s t a l l i n ed i s p e r s i o n S UY a n m e n g ,Z H E N GM i n ( C o l f e g eo ,T e x t i l ea
4、 n dC l o t h i n gE n g i n e e r i n g ,S o o c h o wU n i v e r s i t y ,S 懈幻u ,J 沲昭s u2 1 5 0 2 1 ,C h i n a ) A b s t r a c tT h em a i na i mo f t h i sp a p e ri st or e s e a r c ht h ee f f e c t o fn a n o - s u p e r ( A B ) m i c r o c r y s t a l l i n e d i s p e r s i o n ,ak i n do f
5、n o v e lf u n c t i o n a lf i n i s h i n gr e a g e n t ,o nt h ea n t i b a c t e r i a la n da n t i U Vp r o p e r t i e so f s i l k S i l kf a b r i cw a st r e a t e dw i t hs e l f - p r e p a r e dn a n o s u p e r ( A B ) m i c r o c r y s t a l l i n ed i s p e r s i o nt h r o u g h d
6、i p p i n g p a d d i n g b a k i n gp r o c e s s t or e n d e ri tw i t he x c e l l e n ta n dd u r a b l ea n t i U Va n da n t i b a c t e r i a l f u n c t i o n s S E Ma n dX R Dw e r eu s e dt oc h a r a c t e r i z et h em i c r o s t r u c t u r eo ft h es u r f a c eo fs i l kf a b r i c
7、sb e f o r e a n da f t e rt r e a t m e n t T h er e s u l t si n d i c a t e st h a ts m a l la n du n i f o r mn a n o p a r t i c l e sw i t hs i z eo f1 0a mw e r e o b s e r v e do nt h es u r f a c eo ft h ef i n i s h e ds i l kf a b r i c X R Da n a l y s i ss h o w st h a tn a n o p a r t
8、i c l eo nt h es u r f a c e o fs i l ki ss t a n d a r dw u r t z i t ez i n co x i d e T h eu l t r a v i o l e tp r o t e c t i o nf a c t o r ( U P F ) o ft h et r e a t e ds i l kf a b r i c a t t a i n s5 0 + w h e nt h em a s sc o n c e n t r a t i o no fn a n o s u p e r ( A B ) i s1 6s L T
9、h ea n t i b a c t e r i a lr a t er e a c h e s m o r et h a n9 9 f o rS t a p h y l O C O C C U sa n dB a c i l l u sc o l i T h es t a n d a r dw a s h i n g ( s o a p i n g ) t e s ts h o w st h a tt h e a n t i - U Vp r o p e r t yi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fw a s h i n gt i
10、m e s 。a n dt h ea n t i - b a c t e r i a lp r o p e r t yi sn o t a f f e c t e d K e yw o r d sn a n o Z n O ;s i l k ;U Vs c r e e n i n g ;a n t i b a c t e r i a l 目前纺织品常用的抗紫外线物质主要可以分为 有机紫外线吸收剂和无机紫外线屏蔽剂,有机紫外 线吸收剂的作用机制是吸收紫外线能量后,转变成 活性异构体,随之以光和热的形式释放这些能量并 恢复到原子结构,主要缺点是光稳定性较差,易产生 色变,使用寿命短,对皮肤有刺激等
11、;无机紫外线屏 收藕日期:2 0 0 9 0 5 0 5 修回日期:2 0 0 9 0 8 1 8 基金项目:质检公益性行业科研专项( I O _ 6 0 ) 作者简介:苏艳盂( 1 9 8 5 一) ,男,硕士生。研究方向为纳米枋料在纺织领域的应用。郑敏,通讯作者,E - m a i l :z h e n g m i n s u d a e d u e l i o 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 9 2 纺织学报第3 1 卷 蔽剂的主要作用机制是
12、反射或散射紫外线,如氧化 锌、二氧化钛等微粒或超细微粒,紫外线屏蔽剂对 U V B 全波段具有较强的屏蔽性,而且光稳定性好, 本身为白色或无色,整理后无色变现象,对环境友 好。目前纺织品常用的抗菌物质也主要分为有 机抗菌剂和无机抗菌剂,有机抗菌剂主要包括季铵 盐、酚类、卤素类、有机氮类、醛基水溶液类、异噻唑 及咪唑类等,其主要原理是将带正电荷的铵基与细 胞表面的负离子结合,破坏细胞膜,从而杀死细 菌 2 1 。由于有机抗菌剂具有杀菌力强,效果迅速, 来源广泛,价格便宜等优点,曾经得到广泛应用,但 在使用过程中发现,这类抗菌剂具有一定的挥发性, 且耐热性较差,难以与纤维熔纺,并且长期使用有析 出
13、现象,会对人体造成危害,因此人们又将注意力逐 渐转向无机类抗菌剂。与有机类抗菌剂相比,无机 抗菌剂具有较好的耐热性和安全性,且抗菌能力强, 耐久性好“1 。 氧化锌( Z n O ) 属六角纤锌矿结构,是一种新型 的一族多功能直接带隙化合物半导体材料,在室 温下禁带宽度为3 3 7e V ,束缚激子能高达 6 0m e V 。川。Z n O 廉价、无毒,对紫外线屏蔽的波段 范围大,折光率小,对光线的漫射率低,透明度高,是 理想的紫外线屏蔽剂“ “1 。Z n O 还具有抗菌、防臭 功能,是比较理想的功能性纺织材料整理剂。纳米 Z n O 由于比表面积急剧增加,因而具备了块状Z n O 所不具备
14、的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道 效应,在精细陶瓷、紫外线屏蔽、光电材料、高效催化 材料、纺织材料等方面具有广阔的应用开发 前景0 。 目前研究中所使用的无机紫外线屏蔽剂和无机 抗菌剂一般为纳米粉体,由于颗粒尺寸的细化,比表 面积急剧增加,使得纳米粒子在溶剂介质中易发生 团聚,存在分散性差的缺点,严重影响其效果的发 挥。本文采用自制的高分散性n a n o s u p e r ( A B ) 微 晶分散体对桑蚕丝进行功能整理,该分散体具有微 晶粒子粒径小,不团聚,使用前无需再次分散的优 点,重点探讨了不同工艺整理因素对桑蚕丝的抗菌 性及紫外线防护性能的影响。 1 实验部分 1 1 材料和试
15、剂 桑蚕丝机织物( 市售,面密度为1 0g m 2 ) ,n a n o s u p e r ( A B ) 微晶分散体( 实验室自制) ,大肠杆菌 ( E c o l i ) 和金黄色葡萄球菌( S a t t r e 爆) ( 均由苏州 大学生命科学学院提供) 。 1 2 整理工艺 桑蚕丝织物首先在清水中洗涤以除去表面杂 质,自然晾干,然后将洗净后的织物浸渍于一定浓度 的n a n o s u p e r ( A B ) 微晶分散体乳液中,采用常规后 整理工艺即轧一烘一焙处理织物,再经水洗,晾干, 即得功能性织物。 1 3 测试与表征 1 3 1 微观结构测试 采用日本理学公司D m a
16、x 1 l I B 型x 射线衍射 仪对纳米粉体物相进行分析。衍射靶为C u O ( A = 0 1 5 41 8r i m ) ,管电压为4 0k V ,管电流为 1 0 0m A ,收集2 0 = 2 0 。一8 0 0 的衍射峰。 采用日立公司S - 5 7 0 扫描电镜定性观察纤维表 面纳米粒子大小和分布状态。 1 3 2 紫外线防护性能测试 采用美国L a b s p h e r e 公司的U V 1 0 0 0 F 纺织品 抗紫外线因子测定仪,测定整理前后织物的U P F 值。根据U P F 的测量结果评价织物抗紫外线辐射 的防护效果。 1 3 3 细菌生长抑制的定性实验 本文实验
17、菌种为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌, 将营养琼脂培养基置于高压灭菌锅( Y X - 2 8 0 D 型手 提式压力蒸汽消毒器) 中,在1 2 1 、1 0 1 3k P a 下灭 菌3 0m i n ,冷却至4 5 后倒入培养皿中,再冷却至 室温作为培养基。无菌操作注入lm L 菌液于营养 琼脂培养基上,涂抹均匀。将直径为6m m 经不同配 方处理的片状布样放在培养基表面,恒温( 3 7 , H G 3 0 3 3 型电热恒温培养箱) 培养2 4h ,然后用游 标卡尺测量抑菌圈直径。 抑菌圈直径大于7m m 判为有抑菌作用,小于 7m m 者判为无抑菌作用。阴性对照组应无抑菌圈 产生,否则实验无效
18、1 。 1 3 4细菌生长抑制的定量实验 定量实验委托苏州市疾病预防控制中心测试, 依据G B1 5 9 7 9 - - 2 0 0 2 ,所用仪器设备名称与型号为 恒温室( S B 0 1 0 2 1 3 ) ,净化室1 1 ( S B 0 1 0 2 1 4 ) 。 1 3 5 织物紫外线防护性及抗菌性的耐久性测试 在S W 1 2 型耐洗牢度试验机上进行耐洗性测 试,洗涤条件:洗衣粉质量浓度为3g L ,浴比为 1 :3 0 ,温度为4 0 ,时间为1 5r a i n ,根据需要进行不 同次数的洗涤。烘干后测定织物的抗紫外线和抗 菌性。 万方数据 PDF Watermark Remov
19、er DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第5 期苏艳孟等:n a n o s u p e r ( A B ) 微晶分散体对桑蚕丝防紫外线及抗菌性能的影响 9 3 2 结果与讨论 2 1 整理剂浓度对桑蚕丝织物功能的影响 固定其他工艺条件:浸渍时间为1 0r a i n ,轧压为 0 1M P a ,1 0 0 2r a i n 预烘,1 4 0 2r a i n 焙烘, 分别用8 、1 6 、2 4 、3 2 和4 0g Ln a n o s u p e r ( A B ) 对桑 蚕丝织物进行整理,考察
20、n a n o s u p e r ( A B ) 用量对桑 蚕丝织物紫外线防护性的影响,结果如表1 和图1 所示。 表1 不同质量浓度的n a n o - s u p e r ( A B ) 对桑蚕丝 织物的紫外线防护性的影响 T a b 1E 施c lo fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fn a n o s u p e r ( A B ) O Ha n t i - U Vp r o p e r t yo fs i l kf a b r i c s 汪:a 0g L ;b 一8g L ;c 1 6 吕L ; d 一2 4g L ;e
21、一3 2g L ;f 4 0 L 。 图1 不同质量浓度n a n o s u p e r ( A B ) 整理织物的 紫外线防护性能 F i g 1 A n t i U Vp r o p e r t yo ft r e a t e df a b r i c sw i t hd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o no fn a n o s u p e r ( A B ) 比较表1 数据和图l 各曲线可以看出,随着质 量浓度的增加,紫外线防护性逐渐增加,洗涤后有明 显增加趋势,说明纳米材料在蚕丝纤维上的分布随 着洗涤而变得更加均匀致密,因此提高了紫外
22、线防 护效果。但从表1 中洗涤后紫外线防护性数据看, 当n a n o - s u p e r ( A B ) 质量浓度超过1 6g L 后,随纳米 材料浓度的增加,洗涤后有降低的趋势,说明纳米材 料浓度太大时有大量纳米粒子团聚在表面,与纤维 结合力弱,易洗去,使得洗涤后的紫外线防护性能反 而呈下降趋势。另外,从表1 可以看到,当整理剂质 量浓度为8g L 时,达到良好的防护效果,因此可根 据实际需要控制整理剂用量。 2 2 浸渍时间对桑蚕丝织物功能的影响 整理液质量浓度为1 6g L ,其他条件同2 1 ,调 整浸渍时间为3 、5 、7 、1 0r a i n ,将整理后的桑蚕丝进 行扫描电
23、镜观察,结果如图2 所示。 从图2 可以看出,随着浸渍时间的延长,蚕丝上 纳米粒子的数量明显增加。这是因为随着浸渍时间 的延长,蚕丝在水介质中膨胀,微孔变多变大,纳米 粒子可以扩散到纤维的微孔中,因此整理后桑蚕丝 上的纳米粒子增加。通过比较可以看出,当浸渍时 间为3 、5r a i n 时,纳米粒子基本上能很均匀地分布在 织物上。继续延长浸渍时间,纳米粒子会由于重力 作用而少量下沉,发生团聚的机会增加,导致织物上 纳米粒子的数量分布不均匀,如图2 ( c ) 、( d ) 所示。 紫外线防护性测试结果表明,浸渍不同时间后织物 的紫外线防护性指数U P F 值分别为4 4 5 9 、6 2 9
24、1 、 6 5 3 9 、5 3 2 7 ,说明浸渍时间太长对紫外线防护效果 影响不大,而且织物的手感会有所下降,所以根据需 要可将浸渍时间定为3 5m i n 。从x 射线衍射结 果( 图3 ) 可以看出,所使用的n a n o s u p e r ( A B ) 微晶 分散体在织物表面形成的纳米材料其主要衍射峰数 据与标准口Z n O 的x 射线衍射数据( J C P D SN o 5 6 6 4 ) 完全一致,即六方晶系结构,说明桑蚕丝织物 表面的纳米粒子为纤锌矿结构的氧化锌。 2 3 轧压对桑蚕丝织物功能的影响 其他工艺条件同2 2 ,浸渍时间为5r a i n ,调节轧 车压强从0
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