一种Gemini型复合溶胶的制备及在防紫外/抗菌整理上的应用 【技术领域】
本发明属于纺织化工技术领域，具体涉及一种Gemini型阳离子TiO2/SiO2复合溶胶的制备及其在棉织物防紫外线/抗菌复合整理上的应用。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，人们对服装等纺织品的需求也日趋于舒适、健康与安全等方面。棉织物由于价廉物美、吸湿性好、穿着舒适等优点而倍受人们喜爱，但是棉织物对紫外线和微生物低劣的抵抗性使其进一步广泛应用遇到了一些挑战。因此，对棉织物进行防紫外线和抗菌整理具有一定的意义。
目前，国内外正在研究和应用的将纳米材料施加到纺织品上制成抗紫外线或者是抗菌功能纺织品的方法主要有两类：一是纺入法，即将纳米粉体分散熔融在涤纶溶液中，再纺成纤维的方法。这种方法能实现纳米粉体与纺织品较好的结合，但该方法生产工艺复杂，生产难度高，且只能应用于化纤纺织品，而不适用于天然纤维纺织品；二是后整理法，即先将所述的纳米粉体制成抗紫外线整理液或者抗菌整理液，再对织物进行浸轧或涂层整理，制得功能织物。这种方法简单易行，但由于纳米粉体与纺织品之间为粘附关系，没有化学键结合，存在着耐洗牢度较差、功能不能持久和织物手感变劣等缺点。并且由于纳米粒子具有易团聚的特性，这使得纳米粉体的均匀分散、进而制备稳定的整理液都存在很大的困难。
溶胶-凝胶法是织物表面改性的一种新技术。利用溶胶-凝胶技术制备的纳米溶胶通过涂层等方法，可在织物表面形成一层薄而透明的凝胶膜，能够有效改善织物表面性能。专利CN1585496A公开了一种利用溶胶-凝胶法制备钛纳米溶胶对棉织物进行防紫外整理的方法，使用该方法可以赋予织物优异、持久的防紫外性能，且对织物的手感和物理机械性能影响很小。专利CN1631996A中制备了一种SiO2/TiO2复合氧化物紫外屏蔽剂，这种屏蔽剂有很好地分散性能和紫外吸收能力和耐候性，而且避免了二氧化钛应用中的泛蓝现象。专利CN1614133A公开了一种有机溶剂改性的二氧化钛溶胶对棉织物进行防紫外整理的方法，该方法克服了常规纳米颗粒在织物上易聚集，易泳移和结合力弱的缺点，同时发挥出纳米粒子特有的性能。CN165473A中制备了一种钛溶胶并用于对棉织物进行抗菌整理，经溶胶处理过的棉织物拥有优异、持久的抗菌性能，且具有释放负离子的效应，对织物的手感和强力无副作用。专利CN101187079A中公开了一种抗菌防紫外复合功能的纤维，这种纤维是将纳米TiO2、纳米SiO2、纳米ZnO和纳米级AgNO3作为纤维母粒，通过熔融高速挤压纺丝制得的，这种纤维具有很好的防紫外和抗菌效果。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种Gemini型复合溶胶。
本发明的另一目的是提供一种Gemini型复合溶胶的制备方法，该方法选用Gemini阳离子型的化合物、硅和钛前驱体、催化剂、溶剂、水，可在室温或较低温度下制备复合溶胶液。
本发明还有一个目的是提供一种上述复合溶胶在棉织物防紫外/抗菌复合整理上的应用，即采用本发明的复合溶胶整理液对对织物进行浸渍或浸轧处理，再经热处理，整理液中的硅溶胶在纤维表面形成一层薄膜，将一些有防紫外作用的二氧化钛纳米颗粒和一些有抗菌作用的Gemini阳离子锚固在凝胶膜中，使织物具有良好的防紫外线和抗菌效果。
与传统的防紫外线和抗菌工艺相比，本发明有以下特点：
1.这种溶胶凝胶防紫外线/抗菌复合整理液制备工艺简单，反应易于控制，环保节能；
2.制备的复合溶胶粒径小，在织物上形成的薄膜很均匀，具有良好的屏蔽紫外线和抗菌的性能，并且对织物的手感和物理机械性能影响不大；
3.这种溶胶凝胶防紫外/抗菌剂剂为水性织物整理液，组分简单，使用方便，适用于常规的整理设备和基本工艺；
4.特别是本方法将防紫外和抗菌两种整理结合在一起，缩短了工艺流程，大大的节省了人力物力，非常符合了现代工业节能环保的理念要求。
本发明所涉及的钛前驱体是钛酸乙酯、钛酸正丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四丁酯、钛酸异丁酯和钛酸异丙酯等钛酸酯；发明中所涉及的硅前驱体是正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、硅酸异丁酯和硅酸异丙酯等硅酸酯。
本发明中所述的Gemini阳离子化合物可以是2-二丙醇胺-双(十四烷基二甲基氯化铵)、二亚甲基-双(十二烷基二甲基溴化铵)、四亚甲基-双(十六烷基二甲基氯化铵)、六亚甲基-双(十六烷基二甲基溴化铵)等。
本发明中的催化剂可以是盐酸、甲酸、硫酸、硝酸、醋酸等。
本发明中的溶剂可以是乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇等。
本发明所采用的织物是市场上的常规织物，适用于本发明的织物主要有棉织物及其混纺织物。
【具体实施方式】
通过以下的实施例将有助于进一步的理解本发明，但不能限定本发明的内容。
(1)向三颈烧瓶中依次加入溶剂30-42份、硅酸酯20-38份、水15-30份和Gemini阳离子化合物1-5份。在磁力搅拌器上(50-600r/min)搅拌2-35min，在此条件下将1-3份浓度为0.01mol/L的催化剂以20-80drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速(100-600r/min)，在室温下连续搅拌24h，即得到一种Gemini型阳离子硅溶胶。
(2)向三颈烧瓶中依次加入溶剂30-54份、钛酸酯15-26份、水10-30份。在磁力搅拌器上(50-600r/min)搅拌2-35min，在此条件下将5-10份浓度为0.01mol/L的催化剂以20-80drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速(100-600r/min)，在室温下连续搅拌8h，即得到一种二氧化钛溶胶。
(3)取1-20份的Gemini阳离子型硅溶胶，溶于20-70份的去离子水中，在磁力搅拌器上(50-900r/min)搅拌3-40min，在此条件下将5-35份的制得的二氧化钛溶胶以10-90drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速(100-900r/min)，在室温下连续搅拌3h，即得到一种Gemini型阳离子TiO2/SiO2溶胶的防紫外线/抗菌复合整理液。
(4)用此复合整理液通过浸渍、一浸一轧或者两浸两轧的方式对机织物进行防紫外/抗菌复合整理，用浸渍方式对针织物进行防紫外/抗菌复合整理，复合整理液的浓度为0.5-5％(o.w.f)，处理温度为50-80℃，处理时间为30-50min。浸轧的方式复合整理液浓度为1-8％，轧余率60-100％。整理完成后，织物在60-80℃预烘，然后在120-200℃焙烘3-15min。
(5)测试方法，具体分述如下：
①防紫外性能测试
采用分光光度计法来测试织物的紫外线透射性能，采用紫外线透过率(也称透射比，指有试样时的UV透射辐射通量与无试样时的UV透射辐射通量之比)来作为防紫外性能的评价指标。
②抗菌性能测试
抗菌性能参照AATCC100-2004标准测试。
③强力测试
参照GB/T3923.1一1997《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》测试。
④白度测定
WSD-III型白度仪测定织物的白度，以亨利白度值表示。
(6)实施例
实例1 Gemini型阳离子TiO2/SiO2复合溶胶的制备
向三颈烧瓶中依次加入乙醇40份、正硅酸乙酯30份、水27份和二亚甲基-双(十六烷基二甲基氯化铵)1份。在磁力搅拌器上500r/min搅拌15min，在此条件下将2份浓度为0.01mol/L的盐酸以40drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速500r/min，在室温下连续搅拌24h，即得到一种Gemini型硅溶胶。
向三颈烧瓶中依次加入乙醇50份、钛酸四丁酯25份、水20份。在磁力搅拌器上600r/min搅拌15min，在此条件下将5份浓度为0.01mol/L的盐酸以40drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速500r/min，在室温下连续搅拌8h，即得到一种二氧化钛溶胶。
取15份的Gemini型阳离子硅溶胶，溶于65份的去离子水中，在磁力搅拌器上800r/min搅拌3-40min，在此条件下将20份的制得的二氧化钛溶胶以60drop/min的速度滴加到上述混合液中。滴加完成后，调整磁力搅拌器的转速(800r/min，在室温下连续搅拌3h，即得到一种Gemini型阳离子TiO2/SiO2溶胶的防紫外线/抗菌复合整理液。
实例2 纯棉机织物浸渍法防紫外线/抗菌整理
选用布样为经过退浆、精练、漂白的纯棉平纹机织物(20tex×20tex)。
具体的工艺如下：
取2g经过退浆、精练、漂白的纯棉平纹机织物(20tex×20tex)，放入Gemini型复合TiO2/SiO2复合溶胶中处理60min，将整理后的织物在鼓风烘箱内60℃烘干，再在150℃下焙烘3min。
经上述方法整理过的棉织物的紫外光透过率在UVA波段接近于15.5％，UVB波段接近于2.5％，UVC波段则接近于1％，即织物具有较好的抗紫外效果；测得布样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为92.1％，90.5％，即织物具有较好的抗菌效果。处理前后布样强力由798N变为753N，白度则由93.89变为93.25，即这种整理过程对织物的强力和白度影响不是很大。
实例3 纯棉机织物浸轧法防紫外线/抗菌整理
选用布样为经过退浆、精练、漂白的纯棉府绸机织物(40tex×40tex)。
具体工艺如下：
取2g经过退浆、精练、漂白的纯棉府绸机织物(40tex×40tex)，放入Gemini型复合TiO2/SiO2复合溶胶中采用两浸两轧的方式处理，轧余率为65％，将整理后的织物在鼓风烘箱内60℃烘干，再在150℃下焙烘3min。
经上述方法整理过的棉织物的紫外光透过率在UVA波段接近于15％，UVB波段接近于2％，UVC波段则接近于1％，即织物具有较好的抗紫外效果；测得布样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为93.1％，90.5％，即织物具有较好的抗菌效果。处理前后布样强力由812N变为777N，白度则由93.72变为92.87。
实例4 纯棉针织物浸渍法防紫外线/抗菌整理
选用的布样为经过退浆、精练、漂白的全棉精梳针织物(27.8tex)。
取2g将经过退浆、精练、漂白的全棉精梳针织物(27.8tex)放入Gemini型复合TiO2/SiO2复合溶胶中处理60min，将整理后的织物在鼓风烘箱内60℃烘干，再在150℃下焙烘3min。
经上述方法整理过的棉织物的紫外光透过率在UVA波段接近于15.8％，UVB波段接近于1.6％，UVC波段则接近于1.2％，即织物具有较好的抗紫外效果；测得布样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为96.8％，95.5％，即织物具有较好的防紫外线效果。处理前后布样强力由754N变为721N，白度则由93.74变为93.35，对织物的强力和白度影响较小。