新型環(huán)保除臭功能面料的研究

王 強，張紅霞，黃錦波，祝成炎，李丹丹，趙 勇

（1.浙江理工大學(xué)a.先進紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室；b.紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，杭州310018；2.浙江和心控股集團有限公司，浙江海寧314400）

新型環(huán)保除臭功能面料的研究

王 強1a，張紅霞1a，黃錦波2，祝成炎1b，李丹丹1b，趙 勇1b

（1.浙江理工大學(xué)a.先進紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室；b.紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，杭州310018；2.浙江和心控股集團有限公司，浙江海寧314400）

探討蜂窩光觸媒纖維的含量和織物組織對織物除臭性能的影響。采用蜂窩光觸媒滌綸紗線與蜂窩抗紫外滌綸紗線為緯紗，以不同投緯比織成機織物，并測試其除臭性能。實驗表明：光觸媒纖維的含量越高織物的除臭效果越好，即織物的除臭性能與光觸媒纖維含量成正比例關(guān)系；采用蜂窩光觸媒滌綸紗線為緯紗，以不同的組織織成機織物，對其除臭性能進行測試，表明緞紋的除臭效果要略比斜紋好，即緯組織點比例的增加，織物除臭效果呈現(xiàn)增大趨勢。

光觸媒纖維；蜂窩抗紫外滌綸；投緯比；織物組織；除臭性能

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地豐富了人們的物質(zhì)需求，紡織品也遠遠超出遮羞保暖的作用，人們對紡織品越來越挑剔，紡織品在滿足一些基本需求的同時也要提高自身品質(zhì)，以更好地融入人們生活［1］。功能性紡織品正慢慢地向各個領(lǐng)域滲透，其發(fā)展也是朝著高性能、多功能，以及復(fù)合功能、高附加值的方向［2］。紡織品在汽車和家居裝飾領(lǐng)域的使用率很高，研發(fā)出具有除臭功能的紡織品，如窗簾、沙發(fā)布、墻布裝飾是治理室內(nèi)空氣的有效途徑。蜂窩光觸媒纖維能夠有效地將氨、硫化氫、氮氧化物、煙臭、蒜臭、甲醛和二甲苯吸收降解［3-4］。以TiO2為代表的光催化纖維具有清潔、無污染、成本低、除臭效果顯著等特點［5-6］，TiO2光觸媒在中國紡織產(chǎn)品中應(yīng)用尚未全面推廣［7］，研究在織造過程中各工藝對開發(fā)產(chǎn)品的影響，最大化發(fā)揮原料本身的除臭效果，對于開發(fā)出具有更好效果的功能性產(chǎn)品具有巨大的現(xiàn)實意義。

本文采用蜂窩光觸媒滌綸紗和蜂窩抗紫外滌綸紗以不同投緯比交織而成的機織物，探究其除臭性能的好壞，研究出最適合生產(chǎn)實用的除臭纖維含量比，并探究織物組織在織造過程中對織物除臭性能的影響。

1　原料的選擇及織物的試制

1.1纖維選擇

經(jīng)紗選用阻燃滌綸長絲，緯紗采用蜂窩光觸媒滌綸紗和蜂窩抗紫外滌綸紗。蜂窩光觸媒滌綸纖維是有蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)趨勢的改性聚酯切片與納米二氧化鈦通過現(xiàn)代復(fù)合技術(shù)熔融紡絲制成的，該纖維的最大特點就是每一根聚酯纖維都呈內(nèi)外貫穿的類似蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)（圖1），光照下納米二氧化鈦晶體表面具有吸附氧氣的能力和再生羥基群，其光催化過程發(fā)生在納米二氧化鈦粒子表面，所以，受到光照且暴露在空氣中的納米二氧化鈦粒子都能發(fā)揮光催化的功效。

圖1　光觸媒滌綸纖維的縱向和橫截面結(jié)構(gòu)Fig.1 Longitudinal and cross-sectional structure of photocatalyst polyester fiber

1.2織物試制

在杭州萬谷紡織有限公司設(shè)計試制了兩個系列的織物，其中A系列用來測試蜂窩光觸媒的含量對織物除臭性能的影響，A1～A9均以8.3 tex阻燃滌綸長絲為經(jīng)線，緯紗采用甲緯18.5 tex 100%蜂窩光觸媒滌綸紗和乙緯14.8 tex 100%蜂窩抗紫外滌綸紗，相同的織物組織和經(jīng)緯密（經(jīng)密800根/10cm、緯密380根/10cm）。通過甲緯與乙緯投緯比的變化使得織物中光觸媒滌綸紗和蜂窩抗紫外滌綸紗的含量相應(yīng)隨之改變，具體機織物設(shè)計如表1所示。B系列用來測試不同的織物組織對織物除臭性能的影響，B1～B4均以8.3 tex阻燃滌綸長絲為經(jīng)線，緯線均采用18.5 tex 100%蜂窩光觸媒滌綸紗，相同的經(jīng)緯密（經(jīng)密800根/10cm、緯密380根/10cm），不同的織物組織設(shè)計如表2所示。

表1　A系列織物規(guī)格Tab.1 Specifications of A series fabrics

表2　B系列織物規(guī)格Tab.2 Specifications of B series fabrics

2　試樣織物除臭性能測試

2.1測試方法

2.1.1方法與條件

實驗采用小型氣候箱法，并在標準大氣壓、常溫25℃，濕度65%的條件下，測試12 h氨氣濃度的降解率。

2.1.2設(shè)備與儀器

LB-3J分光六合一室內(nèi)空氣檢測儀（青島路博偉業(yè)環(huán)保科技有限公司），適用于檢測甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC，如圖2所示；橡膠管；氨氣快速檢測管（北京北科綠洲安全環(huán)境科技有限公司），檢測范圍1～30 mg/m3）；透明膠帶；固體氫氧化鈉；氨水（0.90 g/mL）；量筒；表面皿；密閉玻璃箱。

圖2　室內(nèi)空氣檢測儀Fig.2 Indoor air detector

2.1.3實驗步驟

a）取10 mL的氨水溶液，將其稀釋1 000倍用儲液瓶將稀釋后的溶液保存；

b）將2 g的氫氧化鈉固體放置于表面皿中，表面皿放在玻璃容器里，取5 mL稀釋后的溶液倒入表面皿中，同時迅速密封玻璃容器，使氨氣在玻璃容器里充分揮發(fā)1 h；

c）用橡膠管一端與快速檢測管連接，另一端與玻璃容器連接，將快速檢測管插入到室內(nèi)空氣檢測儀的氨氣接口；

d）電源連接好后，按下氨氣測試開關(guān)，設(shè)定采樣時間15 min，設(shè)定時間到達后儀器自停取下氨氣快速檢測管讀取此時試管上氨氣的濃度a；

e）將表1和表2設(shè)計的織物裁取15 cm×15 cm大小的布樣分別放入玻璃容器中，12 h后（如同d法）測試容器內(nèi)氨氣的濃度，記錄為b。

2.1.4性能測試及表征

根據(jù)上文的實驗方法，按下式計算氨氣的降解率，以百分率表示。

式中：K表示氨氣的降解率，%；a表示玻璃容器內(nèi)氨氣初始濃度，mg/m3；b表示12 h后玻璃容器內(nèi)氨氣濃度，mg/m3。

2.2結(jié)果及分析

2.2.1光觸媒含量對織物除臭效果的影響

表3是A系列織物實驗前后氨氣濃度及除臭率，圖3是根據(jù)表3的實驗結(jié)果及表1織物規(guī)格所做不同含量光觸媒滌綸織物的除臭率的折線圖。由圖3可知，隨著蜂窩光觸媒滌綸紗的投緯比的增加，織物的除臭性能越來越好，當(dāng)不含光觸媒滌綸紗的時候織物的除臭率最小，當(dāng)蜂窩光觸媒滌綸紗的投緯比增加到100%時，氨氣的降解率達到峰值50%，當(dāng)緯紗中光觸媒滌綸紗含量的比例在66.7%以上時，織物有比較好的除臭效果，而當(dāng)緯紗中光觸媒滌綸紗的含量為50%及以下時織物的除臭效果不佳。究其原因：當(dāng)自然光照到光觸媒滌綸緯紗上的時候，紗線表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，光照使光觸媒的一個e-從價帶受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶上留下了空穴h+，電子和空穴在電場作用下分別躍遷在粒子表面的不同位置上，e-把吸附在表面空氣中的H2O分子變成極具氧化性的羥基（—OH），該羥基與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將其還原成CO2和H2O［8-9］。不含光觸媒滌綸紗的時候織物的除臭率很低是因為人為操作不可避免地引起少量氨氣逃逸，隨著光觸媒滌綸紗的投緯比增加，織物中光觸媒的含量亦隨之增加，在光照下單位面積內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴增多，與氨氣的氧化還原增加，因此織物的除臭率相應(yīng)逐漸增加，當(dāng)織物中光觸媒滌綸紗增加到一定量（66.7%）時，織物的除臭率增長開始變緩，織物開始有較好的除臭效果。

表3　A系列織物除臭前后氨氣濃度及除臭率Tab.3 Ammonia concentration and deodorization rate of A series fabrics before and after deodorization

圖3　A系列不同含量光觸媒滌綸織物的除臭率Fig.3 Deodorization rate of A series fabrics with different content of photocatalyst polyester fabric

2.2.2織物組織對織物除臭效果的影響

表4是B系列織物實驗前后氨氣濃度及除臭率，圖4是根據(jù)表4的實驗結(jié)果及表2織物規(guī)格所做不同組織的織物的除臭率的折線圖。由圖4可知，B系列中B4織物對氨氣的除臭率最高，即八枚緞紋組織織物的除臭效果最好，而B1、B2的除臭率相對較小，隨著緯組織點所占的比例增加，織物的除臭率呈現(xiàn)相應(yīng)增大的趨勢。分析其原因：在其他條件都相同的條件下八枚緞紋組織的織物緯組織點所占的比例大，其表面浮長較長，結(jié)構(gòu)相對疏松，光觸媒暴露在空氣中與氨氣的接觸面積相對增加，對氨氣的吸附更多，除臭效果更好［10］。

表4　B系列織物除臭前后氨氣濃度及除臭率Tab.4 Ammonia concentration and deodorization rate of B series fabrics before and after deodorization

圖4　B系列不同組織的織物的除臭率Fig.4 Deodorization rate of B series fabrics with different weaves

3　結(jié) 論

通過對不同投緯比的蜂窩光觸媒滌綸紗和蜂窩抗紫外滌綸紗的機織物，以及不同組織的織物進行測試和分析，結(jié)果如下：

1）相同織物組織的條件下，隨著蜂窩光觸媒滌綸紗投緯比的增加，織物中光觸媒的含量相應(yīng)的增加，其除臭率逐漸增大，當(dāng)緯紗中蜂窩光觸媒滌綸的含量增加到66.7%時，織物的除臭率增長開始變緩，織物開始有較好的除臭效果。

2）相同緯紗不同織物組織的條件下，八枚緞紋的除臭性能略高于其他織物組織，且隨著蜂窩光觸媒緯組織點所占比例的增加，織物的除臭性能呈現(xiàn)相應(yīng)的增大趨勢。

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Research on new environmentally-friendly fabrics with deodorant function

WANG Qiang1a，ZHANG Hongxia1a，HUANG Jinbo2，ZHU Chengyan1b，LI Dandan1b，ZHAO Yong1b
（1a.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology，Ministry of Education；1b.National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China；2.Zhejiang Hexin Holding Group Co.，Ltd.，Haining 314400，China）

This paper researches the effects of content of honeycomb photocatalyst fiber and fabric weaves on deodorizing properties of fabrics.Honeycomb photocatalyst polyester yarn and honeycomb uvioresistant polyester yarn were used as the weft and the fabrics were woven in different weft ratio.Then，the deodorizing property of fabrics was tested.The research shows that：the higher of the content of honeycomb photocatalyst fiber，the better of the fabric deodorizing property.In other words，the fabric deodorizing property is in direct proportion to the content of photocatalyst fiber.Honeycomb photocatalyst polyester yarn and honeycomb uvioresistant polyester yarn were used as the weft and the fabrics were woven in different weft ratio to test the deodorizing property.The result shows that satin weave has better deodorizing effect than the twill.In other words，as the proportion of weft weave point increases，the fabric deodorizing effect presents increasing trend.

photocatalyst fiber；honeycomb uvioresistant polyester；weft ratio；fabric weaves；deodorizing property

TS101.923

A

1001-7003（2016）09-0028-04引用頁碼:091105

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.09.005

2016-01-18；

2016-06-21

國家國際科技合作專項項目（2011DFB51570）；浙江省省級工業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)項目（2015FE053）

王強（1990-），男，碩士研究生，研究方向紡織產(chǎn)品設(shè)計、紡織品性能等。通信作者：張紅霞，教授級高級工程師，hongxiazhang8@126.com。