專利名稱：銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種滌綸纖維改性與染色復(fù)合整理的方法，具體涉及銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N寬禁帶無機(jī)半導(dǎo)體材料,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，價格低廉，屏蔽紫外線能力強(qiáng)，光催化活性高，一經(jīng)面世就倍受青睞，在防曬、殺菌、廢水處理和環(huán)保等方面有著廣闊的應(yīng)用。近年來，二氧化鈦因其良好的光催化活性，廣泛用于紡織材料的改性，以獲得抗菌、紫外線防護(hù)和自清潔功能。然而，由于二氧化鈦禁帶寬度大(3.0 3.2eV)，其吸收光譜處于近紫外線區(qū)(λ < 387nm)，而到達(dá)地面的太陽光中，近紫外線光譜僅占整個光譜的3% 5%，因此，光催化活性受到很大程度限制。為了拓寬二氧化鈦的光譜響應(yīng)范圍，提高對太陽光中可見光的利用率，人們對二氧化鈦光催化劑進(jìn)行了大量研究，主要采取摻雜改性和染料敏化兩種方法，在實(shí)現(xiàn)對可見光有效利用的同時又保持了二氧化鈦的穩(wěn)定、高效和無毒等優(yōu)點(diǎn)。銅、鐵、銀等金屬離子摻入二氧化鈦后，改變了二氧化鈦的能級結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殡s質(zhì)能級位于二氧化鈦禁帶之中，不僅可以接受二氧化鈦價帶上的激發(fā)電子，而且可以吸收長波長的光子，使電子躍遷到二氧化鈦的導(dǎo)帶上，從而擴(kuò)展了二氧化鈦的吸收光譜。同時二氧化鈦導(dǎo)帶上的光生電子和價帶上的光生空穴，也能夠被雜質(zhì)能級俘獲，使電子和空穴分離開來，從而降低了電子-空穴的復(fù)合幾率，延長了載流子的壽命，提高了二氧化鈦的光催化效率。染料敏化是通·過化學(xué)或物理吸附方式將染料分子吸附于催化劑表面，用來拓展吸收波長范圍，增加光催化反應(yīng)效率。納米二氧化鈦具有優(yōu)良的抗紫外線和抗菌功能，將其與普通紡織材料相結(jié)合，可以保護(hù)人們免受紫外線的侵害，減少疾病傳播，因此應(yīng)用前景廣闊。目前，利用納米二氧化鈦對滌綸纖維或織物進(jìn)行改性的方法主要有兩種:一是制備含有納米顆粒的功能性纖維，即在紡絲過程中將納米顆粒分散在化纖原材料中，再紡絲成纖，其優(yōu)點(diǎn)是性能持久，缺點(diǎn)是納米顆粒與聚合物材料親和性較差，納米顆粒分散不均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，大部分納米顆粒包埋在纖維基體中，纖維表面的納米顆粒很少，因此功能性大幅下降；二是采用后整理工藝通過使用粘合劑和助劑等將納米顆粒整理到纖維或織物表面，該方法同樣面臨著納米顆粒團(tuán)聚的問題，而且整理后的織物耐洗滌牢度不好，服用性能受到影響，手感明顯變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，解決了現(xiàn)有改性方法得到的滌綸纖維在可見光下光催化活性低，自清潔功能差，耐洗滌性能不持久，改性后的滌綸纖維或織物手感和透氣性能較差的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
步驟1、將滌綸纖維浸泡于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行刻蝕，再將刻蝕后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干；步驟2、配制改性染色混合溶液，并利用改性染色溶液對經(jīng)步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維進(jìn)行改性染色復(fù)合整理；步驟3、將經(jīng)步驟2改性后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟I具體按照以下步驟實(shí)施:1.1)配制質(zhì)量-體積濃度為80g/L 120g/L的氫氧化鈉溶液；1.2)稱取滌綸纖維，按照浴比1:50 80，將滌綸纖維浸泡在氫氧化鈉溶液中，于80°C 10CTC條件下處理30min 50min ；1.3)將步驟1.2)中預(yù)處理后的滌綸纖維分別用無水乙醇和去離子水清洗，將清洗干凈后的滌綸纖維于80°C 100°C條件下烘燥20min 40min，使刻蝕處理后的滌綸纖維烘干。步驟2具體按照以下步驟實(shí)施:2.1)稱取步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與鈦酸四丁酯的質(zhì)量比為1:1 3稱取鈦酸四丁酯，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與硝酸銀的質(zhì)量比為1:0.1 0.5稱取硝酸銀，按照刻蝕處理后的滌綸纖維質(zhì)量的0.3% 2%稱取分散染料；2.2)按照步驟2.1)稱取的鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:3 10量取乙醇溶液，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇溶液中，并不斷攪拌，制備出鈦酸四丁酯溶液，所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為95% ；2.3)按照步驟2.2)中配制的鈦酸四丁酯溶液與硝酸銀分散染料溶液體積比為1:1 3稱取去離子水，將步驟2.1)中稱取的硝酸銀和分散染料溶解于去離子水中并不斷攪拌，將步驟2.2)中配制好的鈦酸四丁酯溶液添加到硝酸銀和分散染料的混合溶液中，配制成鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料混合溶液；2.4)將步驟I中刻蝕處理后的滌綸纖維浸潰在步驟2.3)中配制的混合溶液中5min IOmin,然后將浸潰好的漆纟侖纖維與混合溶液一起轉(zhuǎn)移至染缸中，混合溶液體積占染缸體積的60% 80%，于120°C 160°C條件下反應(yīng)2h 4h，待反應(yīng)結(jié)束后取出改性染色后的滌綸纖維。步驟2.1)和步驟2.3)中的分散染料為分散藍(lán)SE-2R染料、分散藍(lán)BBLS染料、分散翠藍(lán)S-GL染料或分散藍(lán)H-BGL染料中的一種。步驟3具體按照以下步驟實(shí)施:將步驟2得到的改性染色后的滌綸纖維，按照浴比1:30 50，于80°C 100°C條件下用洗滌液洗滌20min 40min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌3次，烘干或自然晾干，得到改性染色后的滌綸纖維。步驟3中的洗滌液，是由質(zhì)量-體積濃度為2g/L的皂片溶液和質(zhì)量-體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液配制而成的。本發(fā)明的有益效果是，采用水熱法在滌綸纖維表面原位生長銀摻雜納米二氧化鈦顆粒，以擴(kuò)大納米二氧化鈦的光譜響應(yīng)范圍，生成的納米二氧化鈦晶粒發(fā)育完整，粒度分布均勻，晶相單一，顆粒之間團(tuán)聚少，具有較高的比表面積，可以得到理想的化學(xué)計(jì)量組成，滌綸纖維表面生成的納米二氧化鈦薄膜透光性好，厚度易于控制。與此同時，使用分散染料對滌綸纖維進(jìn)行染色，縮短了生產(chǎn)工藝流程，節(jié)約了原料成本，賦予滌綸纖維更高的光催化活性和抗菌性能，提高了產(chǎn)品附加值。(I)采用水熱合成技術(shù)在制備摻銀納米二氧化鈦顆粒的同時，直接在滌綸纖維表面形成薄膜，與此同時分散染料對滌綸纖維進(jìn)行染色，從而賦予滌綸纖維高的光催化活性、抗紫外線、抗菌和染色性能，與其他改性方法相比，本發(fā)明方法能夠?qū)⒏男匀旧徊酵瓿?，具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低、納米顆粒與滌綸纖維結(jié)合牢度高，光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)。(2)通過控制反應(yīng)溫度和時間，調(diào)節(jié)溶液pH值，鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料用量，優(yōu)化出最佳改性染色復(fù)合整理工藝和配方。(3)測試結(jié)果表明，鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料一步法納米二氧化鈦改性染色復(fù)合整理后的滌綸纖維干、濕摩擦色牢度、刷洗色牢度和耐日曬色牢度優(yōu)異，上染率高，染色均勻，光催化活性高，抗菌能力強(qiáng)，經(jīng)過30次標(biāo)準(zhǔn)洗滌之后，改性染色滌綸纖維仍然具有較高的光催化活性和抗菌性能。較其他功能紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工方法，簡化了生產(chǎn)工藝，節(jié)約了原料成本，提高了產(chǎn)品附加值。


圖1是未改性染色復(fù)合整理的滌綸纖維的掃描電鏡照片；圖2是采用本發(fā)明方法對滌綸纖維負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦改性染色的掃描電鏡照片；圖3是采用本發(fā)明方法對滌綸纖維改性染色生成的摻銀納米二氧化鈦的X射線衍射譜圖；圖4是采用本發(fā)明方法對滌綸纖維負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦改性染色的X射線能譜圖；圖5是采用本發(fā)明方法對滌綸纖維負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦改性染色前、后的紫外線可見光漫反射光譜曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，具體按照以下步驟實(shí)施:步驟1、將滌綸纖維浸泡于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行刻蝕，再將刻蝕后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干:1.1)配制質(zhì)量-體積濃度為80g/L 120g/L的氫氧化鈉溶液；1.2)稱取滌綸纖維，按照浴比1:50 80，將滌綸纖維浸泡在氫氧化鈉溶液中，于80°C 10CTC條件下處理30min 50min ；1.3)將步驟1.2)中預(yù)處理后的滌綸纖維分別用無水乙醇和去離子水清洗，將清洗干凈后的滌綸纖維于80°C 100°C條件下烘燥20min 40min，使刻蝕處理后的滌綸纖維烘干。步驟2、配制改性染色混合溶液，并利用改性染色溶液對經(jīng)步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維進(jìn)行改性染色復(fù)合整理:2.1)稱取步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與鈦酸四丁酯的質(zhì)量比為1:1 3稱取鈦酸四丁酯，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與硝酸銀的質(zhì)量比為1:0.1 0.5稱取硝酸銀，按照刻蝕處理后的滌綸纖維質(zhì)量的0.3% 2%稱取分散染料。2.2)按照步驟2.1)稱取的鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:3 10量取乙醇溶液，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇溶液中，并不斷攪拌，制備出鈦酸四丁酯溶液，所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為95% ；2.3)按照步驟2.2)中配制的鈦酸四丁酯溶液與硝酸銀分散染料溶液體積比為1:1 3稱取去離子水，將步驟2.1)中稱取的硝酸銀和分散染料溶解于去離子水中并不斷攪拌，將步驟2.2)中配制好 的鈦酸四丁酯溶液添加到硝酸銀和分散染料的混合溶液中，配制成鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料混合溶液；2.4)將步驟I中刻蝕處理后的滌綸纖維浸潰在步驟2.3)中配制的混合溶液中5min IOmin,然后將浸潰好的漆纟侖纖維與混合溶液一起轉(zhuǎn)移至染缸中，混合溶液體積占染缸體積的60% 80%，于120°C 160°C條件下反應(yīng)2h 4h，待反應(yīng)結(jié)束后取出改性染色后的滌綸纖維；其中的分散染料為分散藍(lán)SE-2R染料、分散藍(lán)BBLS染料、分散翠藍(lán)S-GL染料或分散藍(lán)H-BGL染料中的一種。步驟3、將經(jīng)步驟2改性后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干:將步驟2得到的改性染色后的滌綸纖維，按照浴比1:30 50，于80°C 100°C條件下用洗滌液洗滌20min 40min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌3次，烘干或自然晾干，得到改性染色后的滌綸纖維。其中，洗滌液是由質(zhì)量-體積濃度為2g/L的皂片溶液和質(zhì)量-體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液配制而成的。圖1和圖2分別是未改性染色復(fù)合整理的滌綸纖維的掃描電鏡照片和采用本發(fā)明方法對滌綸纖維負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦改性染色后的掃描電鏡照片?？梢钥闯觯锤男匀旧臏炀]纖維表面十分潔凈，沒有其他附著物；經(jīng)過鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料水熱改性染色復(fù)合整理之后，滌綸纖維表面包覆了一層二氧化鈦顆粒薄膜，高倍電鏡照片顯示，該薄膜是由納米級顆粒構(gòu)成。圖3是采用本發(fā)明方法對滌綸纖維改性染色生成的摻銀納米二氧化鈦的X射線衍射譜圖。可以看出，衍射角2 Θ在25°、38°、48°、54°、56°、63°、68°、70°和75°左右出現(xiàn)較強(qiáng)的衍射峰，與JCPDF卡片比較可知，滌綸纖維表面包覆物為銳鈦礦型納米二氧化鈦，分別對應(yīng)著(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)、(116)、(220)和(215)晶面，由于摻雜的銀離子較少，因此沒有檢測出銀的衍射峰。圖4是采用本發(fā)明方法進(jìn)行水熱改性染色后的滌綸纖維X射線能譜圖。可以看出，改性染色后的滌綸纖維主要由碳、氧、鈦和銀元素組成，表明納米二氧化鈦顆粒中摻雜有銀離子。圖5是采用本發(fā)明方法進(jìn)行改性染色前、后滌綸纖維的漫反射光譜曲線?？梢钥闯觯瑴炀]纖維負(fù)載銀摻雜納米二氧化鈦改性染色之后，不僅對紫外線吸收有所增強(qiáng)，而且對可見光的吸收能力也有了明顯改善。選用亞甲基藍(lán)染料進(jìn)行光催化活性測定。將0.5g的滌綸纖維浸泡在質(zhì)量濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，溶液體積為50mL，當(dāng)達(dá)到吸附平衡后，放置在照度為8.5 X IO4勒克斯的太陽光下進(jìn)行輻照，用7220N型分光光度計(jì)測定染料在最大吸收波長664nm處的吸光度，根據(jù)公式(I)計(jì)算降解率D:
權(quán)利要求
1.銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施: 步驟1、將滌綸纖維浸泡于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行刻蝕，再將刻蝕后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干； 步驟2、配制改性染色混合溶液，并利用改性染色溶液對經(jīng)步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維進(jìn)行改性染色復(fù)合整理； 步驟3、將經(jīng)步驟2改性后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，其特征在于，所述的步驟I具體按照以下步驟實(shí)施: 1.0配制質(zhì)量-體積濃度為80g/L 120g/L的氫氧化鈉溶液； 1.2)稱取滌綸纖維，按照浴比1:50 80，將滌綸纖維浸泡在氫氧化鈉溶液中，于80°C 10CTC條件下處理30min 50min ； 1.3)將步驟1.2)中預(yù)處理后的滌綸纖維分別用無水乙醇和去離子水清洗，將清洗干凈后的滌綸纖維于80°C 100°C條件下烘燥20min 40min，使刻蝕處理后的滌綸纖維烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，其特征在于，所述的步驟2具體按照以下步驟實(shí)施: 2.1)稱取步驟I刻蝕處理后的滌綸纖維，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與鈦酸四丁酯的質(zhì)量比為1:1 3 稱取鈦酸四丁酯，按照刻蝕處理后的滌綸纖維與硝酸銀的質(zhì)量比為1:0.1 0.5稱取硝酸銀，按照刻蝕處理后的滌綸纖維質(zhì)量的0.3% 2%稱取分散染料； 2.2)按照步驟2.1)稱取的鈦酸四丁酯與乙醇溶液的體積比為1:3 10量取乙醇溶液，將鈦酸四丁酯溶解于乙醇溶液中，并不斷攪拌，制備出鈦酸四丁酯溶液，所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為95% ； 2.3)按照步驟2.2)中配制的鈦酸四丁酯溶液與硝酸銀分散染料溶液體積比為1:1 3稱取去離子水，將步驟2.1)中稱取的硝酸銀和分散染料溶解于去離子水中并不斷攪拌，將步驟2.2)中配制好的鈦酸四丁酯溶液添加到硝酸銀和分散染料的混合溶液中，配制成鈦酸四丁酯、硝酸銀和分散染料混合溶液； 2.4)將步驟I中刻蝕處理后的滌綸纖維浸潰在步驟2.3)中配制的混合溶液中5min lOmin，然后將浸潰好的滌綸纖維與混合溶液一起轉(zhuǎn)移至染缸中，混合溶液體積占染缸體積的60% 80%，于120°C 160°C條件下反應(yīng)2h 4h，待反應(yīng)結(jié)束后取出改性染色后的滌綸纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，其特征在于，所述的步驟2.1)和步驟2.3)中的分散染料為分散藍(lán)SE-2R染料、分散藍(lán)BBLS染料、分散翠藍(lán)S-GL染料或分散藍(lán)H-BGL染料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，其特征在于，所述的步驟3具體按照以下步驟實(shí)施: 將步驟2得到的改性染色后的滌綸纖維，按照浴比1:30 50，于80°C 100°C條件下用洗滌液洗滌20min 40min，然后用熱、冷水反復(fù)洗滌3次，烘干或自然晾干，得到改性染色后的滌綸纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法， 其特征在于，所述步驟3中的洗滌液，是由質(zhì)量-體積濃度為2g/L的皂片溶液和質(zhì)量-體積濃度為2g/L的碳酸鈉溶液配制而成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了銀摻雜納米二氧化鈦分散染料改性染色滌綸纖維的方法，首先將滌綸纖維浸泡于氫氧化鈉溶液中進(jìn)行刻蝕，再將刻蝕后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干，然后配制改性染色混合溶液，并利用改性染色溶液對經(jīng)步驟1刻蝕處理后的滌綸纖維進(jìn)行改性染色復(fù)合整理，最后將改性后的滌綸纖維進(jìn)行清洗和烘干。本發(fā)明的方法解決了現(xiàn)有改性方法得到的滌綸纖維在可見光下光催化活性低，自清潔功能差，耐洗滌性能不持久，改性后的滌綸纖維或織物手感和透氣性能較差的問題。
文檔編號D06P3/54GK103215804SQ20131011419
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者張輝, 李芳 , 毛寧濤 申請人:西安工程大學(xué)