纳米氧化锌抗紫外和抗菌棉织物

前言
纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多特殊的性质，呈现出表面效应、体积效应和量子隧道效应，具有非迁移性、荧光性、压电性、光吸收和散射紫外光能力。其可用于制备压敏电阻、变阻器、磁性材料、荧光体、紫外线屏蔽剂、气体传感器、图像记录材料、高效催化剂和光催化剂、抗菌整理剂等。
纳米氧化锌粒径小于100mm，远小于紫外线的波长，因而吸收紫外线能力强。其折射率为2．03，对紫外光具有一定的散射能力，可减少照射方向的紫外线强度。此外，还有耐热、无毒、无刺激、安全有效、性能稳定等优点。
纳米氧化锌在阳光尤其是在紫外光照射下，能自行分解出自由电子(e-)，同时留下带正电的空穴 (h+ )。空穴可激活氧，变成活性氧[O]，而[O]能与多种微生物发生氧化反应，起到杀菌作用。
本试验采用溶胶一凝胶法制备纳米氧化锌功能整理剂，并测试了整理后织物的抗紫外和抗菌等性能。
1 试验
1．1 材料
织物纯棉织物29．5 tex X29．5 tex 425根／10 cmX228根／10 cm
试剂二水合醋酸锌[Zn(CH2CO0) 2·2H2 0，分析纯]，一水合氢氧化锂(LiOH·H2 0，分析纯)，无水乙醇(分析纯)，牛肉浸膏(生化试剂)，营养琼脂培养基(生化试剂)等。
1．2 纳米氧化锌整理剂的制备
采用改进的溶胶．凝胶法制备纳米氧化锌溶胶，试验步骤如下：
①将一定量的zn(Ac) 2·2H2 0以80℃水浴加热，搅拌溶于适量无水乙醇中；然后在250 mL平底烧瓶中回流2 h左右，得溶液A。
②称取一定量LiOH·H 20溶于适量乙醇中，室温超声波处理15 min左右(超声频率100 Hz)，得溶液B。
③在磁力搅拌器强烈搅拌作用下，用滴液漏斗将溶液B逐滴加入到溶液A中，得纳米氧化锌溶胶。将其再与分散剂等助剂按一定比例混合，即制得纳米氧化锌整理剂。
1．3 整理工艺
制备的纳米氧化锌以浸轧法施加到织物上，工艺如下：
织物二浸二轧(轧余率为70％ 一80％)一烘干(80℃X 3 min)-焙烘
焙烘条件100℃ X 3 min，120℃ X 3 min．140℃X 3 min，160℃ X 3 min和160℃ X 30 s
1．4 性能测试
(1)x-射线粉末衍射 自制纳米氧化锌在水浴中低温蒸干，于100 ℃干燥2 h后得到粉末，在RigakuD／max-2500型x一射线粉末衍射仪(日本理学)上测试。
(2)抗紫外线性能参照AATCC Test Method 183—2000 ，其效果用紫外线防护因子(uPF)表示。UPF值越高，则抗紫外线性能越好。
(3)抗菌性能参照FZ／T 73023-2006及GB／T20944．2O-2007 《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》。测试结果以抑菌率表示。
(4)耐皂洗牢度参照GB／T 3921．3—1997《纺织品色牢度试验耐洗色牢度试验3》。
(5)白度 将样品叠成四层，分别放在WSD一3U型全自动白度仪上测试，取平均值。
(6)断裂强力 按照GB／T3923．1一l997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测定。
(7)透气性采用YC461型织物透气仪，测定织物在一定压力差条件下单位时间内通过的空气量Q(L／m 2·S)。按照GB／T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》测试。

2 结果与讨论
2．1 纳米氧化锌整理剂的表征
采用X．射线衍射仪表征自制纳米氧化锌整理剂的结构，其XRD谱图见图1，晶面参数见表1。


由图1及表1可知，自制纳米氧化锌结晶的主要衍射晶面参数和3个主要衍射峰，分别与标准卡片 PDF：36—1451六角纤锌矿型氧化锌较好地吻合。按谢乐(Scherrer)公式估算，制得的氧化锌粒度约为 20／nm，达到纳米级。
2．2 织物抗紫外线性能
2．2．1 焙烘条件的确定
织物二浸二轧(轧余率70％ 一80％)，80 oC下预烘 3 min，然后在不同的温度和时间下焙烘。整理后用 KHF-BP032型防紫外透过及防晒保护测试系统(SDL Atlas公司)测定其抗紫外效果。

图2中，未整理织物的紫外线透过较多；整理后织物的紫外线透过明显减少，对UVB波段的屏蔽几乎达到100％，对UVA波段的透过率也在20％以下。说明整理后织物的抗紫外性能得到提升，能够达到紫外防护的要求。

由表2可知，整理后织物的UPF值明显增加，均超过80。浸轧整理中，焙烘条件对织物的抗紫外线性能有一定影响。随焙烘温度的升高，整理织物的抗紫外线性能提高。但是，当温度升高至160℃时，棉织物会明显变黄。将焙烘时间缩短至30 s，处理后织物泛黄现象明显改善，并保持了很好的抗紫外效果。
由上述测试结果得出，织物抗紫外整理的最佳工艺为：二浸二轧(轧余率70％ ～80％)一烘干(8O ℃×3 min)一焙烘(160 ℃×30 s)
2．2．2 抗紫外线性能的耐久性
为了检测整理棉织物抗紫外线性能，进行了皂洗测试。

由表3可知，整理织物经皂洗后，UPF值稍有增加，说明整理剂在织物上固着很好，纳米氧化锌嵌入棉纤维的凹槽，并在纤维交接缝隙处聚集。这是因为皂洗、烘干过程中，织物经润湿再干燥，纤维由吸湿膨胀恢复到原态，但纤维、纱线间存在摩擦阻力，织物仍将保持收缩时的状态，从而其面积缩小，厚度增加，对紫外线的遮蔽能力增强。2．3 织物抗菌性能
抗菌测试采用大肠杆菌菌株(Escherichia Coil： 44484，天津医科大学提供)。精确称样、灭菌，进行抗菌测试，三次平行试验取平均值。生化培养箱中采用 18 h光照恒温培养。

由表4知，未经整理的空白试样不具有抗菌性能，而整理织物的抑菌率可达99．97％，且经洗涤后抗菌性仍较高，证明纳米氧化锌的抗菌效果具有一定的持久性。
2．4 其它服用性能
2．4．1 白度和断裂强力

由表5知，浸轧焙烘温度不超过160 ℃时，随温度升高，织物的甘茨白度稍有下降，断裂强力略有增加。白度下降部分原因可能是因为醇溶剂在整理过程中溶解了某些杂质，随后带至织物上，对白度产生影响。断裂强力的增加可能是因为浸轧整理后织物的应力弱点减少。当温度升至160℃时，甘茨白度从78．66下降到 60．39，织物的强力也由1 280 N下降至1 257 N，这是由于在高温焙烘下棉织物脆损变黄。160 ℃焙烘30 S，织物的甘茨白度和断裂强力较30 min时为好。
2．4．2 透气性

由表6可知，经纳米氧化锌整理后，棉织物透气性变化不大，不会影响织物的服用舒适性。
3 结论
(1)采用溶胶一凝胶法制备的纳米级氧化锌浸轧整理织物后，uPF值可达95．8，抗紫外效果显著，且耐洗涤。较佳整理工艺为：二浸二轧(轧余率70％一80％)-烘干(8O ℃×3 min)-焙烘(160℃ ×30 s)。
(2)整理织物对大肠杆菌的抑菌率达99．97％，且效果持久。整理织物的白度、断裂强力、透气性能变化不大，基本不影响织物的服用舒适性。

作者： 赵静，邓桦，李海霞