CN103409984B - 一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法 - Google Patents

一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，包括：（1）将无水乙醇、冰醋酸和钛酸四正丁酯混合，然后缓慢滴加到pH值为2.5-3的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成二氧化钛溶胶；（2）将棉织物浸在上述二氧化钛溶胶中2-3min，二浸二轧，然后在70-90℃下预烘3-5min，再置于80-100℃汽蒸2-3h即可。本发明的制备方法简单，不需要粘合剂，也不需高温固化处理，通过常规的浸-轧-汽蒸工艺在棉织物表面形成结合牢度好、结晶度高、光催化性能优异的锐钛型薄膜；可应用与车内、室内的空气净化，以及织物的自清洁等。

Description

一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法
技术领域
本发明属于二氧化钛薄膜的制备领域，特别涉及一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法。
背景技术
随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对纺织品的功能需求不仅仅停留在最基本的服用性能上，那些具有自清洁，抗菌除臭，抗紫外线等功能的纺织品往往更容易受到人们的青睐。对于纺织印染企业来说，赋予纺织品特殊的功能对改善产品质量、提高产品附加值具有至关重要的作用。光催化材料TiO2（尤其是锐钛晶型的）光催化活性高、稳定性和耐热性好，对人体无毒及价廉等优点已广为所知，将纳米光催化材料应用于纺织品中，可赋予织物光催化自清洁、抗紫外线、降解VOC等功能，具有非常大的应用潜能。以纳米二氧化钛粉体材料应用于织物中，因其与有机纺织原料亲和性差，需要粘合剂的辅助；分散不均匀，易团聚甚至析出，即便经过表面修饰也不能彻底解决团聚问题，因此该方法的应用受到很大的限制。无机氧化物涂膜整理织物是改善织物性能的新途径，该方法可在织物表面形成一层连续完整的薄膜，该薄膜具有与织物结合牢固、表面面积大等优点，但目前制备二氧化钛的方法很难在低温下获得高结晶度的锐钛型二氧化钛。
中国专利CN1757444A公开了一种在物品表面形成二氧化钛涂层的方法，其不需要粘合剂的辅助，也不需要高温固化过程，可方便、简单地在物品表面形成耐久性好的二氧化钛涂层。但该制备方法在低温下未获得特定晶型、高结晶度的二氧化钛，并未发挥最为优异的光催化能力。
中国专利CN101073768A公开了二氧化钛光催化薄膜的低温成膜方法，用溶胶凝胶法制备二氧化钛溶胶，在基材上涂布氧化钛薄膜后采用高频电场微波照射的方法形成均匀的薄膜。但该方法高频电场加热成本较高，不适合工厂的大规模生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，该方法不需要粘合剂，也不需高温固化处理，通过常规的浸-轧-汽蒸工艺在棉织物表面形成结合牢度好、结晶度高、光催化性能优异的锐钛型薄膜。
本发明的一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，包括：
（1）二氧化钛溶胶的制备
将无水乙醇、冰醋酸和钛酸四正丁酯混合，然后缓慢滴加到pH值为2.5-3的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成淡黄色透明的二氧化钛溶胶；
（2）二氧化钛薄膜的制备
将棉织物浸在上述二氧化钛溶胶中2-3min，二浸二轧，然后在70-90℃下预烘3-5min，再置于80-100℃汽蒸2-3h即可。
步骤（1）中所述的无水乙醇、冰醋酸、钛酸四正丁酯与混合溶液的体积比为3-6：6-10：10-15：120-150。
步骤（2）中所述的二浸二轧中的轧液率为60-80%。
步骤（2）中所述的棉织物为预处理过的棉织物，预处理操作为：将棉织物在60-90℃下，用非离子清洗剂处理10-30min，用去离子水洗净烘干备用。
上述的非离子清洗剂为净洗剂6501或脂肪醇聚氧乙烯醚9（平平加O-9）（江科峰化工有限公司）。
本发明棉织物的成膜性通过扫描电镜图来表征，二氧化钛的结晶性能通过X射线衍射图表征，二氧化钛薄膜的光催化性能利用有机物分解确定，气相中将制备的棉织物置于密闭的容器中，容器内通入少量的有机气体，经过一定的光照射时间后，有机物被分解。液相中，利用红酒、咖啡涂抹在制备的薄膜上，经一定的光照射时间后，红酒、咖啡污渍被降解变为无色。由于有机气体及红酒、咖啡不受紫外光的影响，因此它们的降解可认为是薄膜光催化的作用。
本发明是通过溶胶凝胶法，选用钛酸丁酯作为前驱体，制备锐钛型二氧化钛溶胶，以该溶胶作为整理剂经浸-轧-汽蒸处理后，在棉织物形成锐钛型二氧化钛薄膜。
有益效果：
（1）原料成本低廉、方法简单、制备温度低、适合工业化应用，将本发明应用于织物表面制备薄膜过程中，由于本发明的脱水反应在棉织物表面进行，二氧化钛的羟基与棉织物的羟基易形成共价键结合，可将二氧化钛牢固的结合在织物表面，从而不需要粘合剂，二氧化钛薄膜可耐50次标准洗涤；
（2）本发明制备的薄膜连续完整、不开裂，是高结晶度的锐钛型二氧化钛膜，光催化性能高，在含有紫外光线的灯光、太阳光的照射下，薄膜表面生成具有很强氧化还原能力的电子、空穴，对空气中的有机有害气体、细菌等具有分解作用，对织物上的污渍具有降解的作用；
（3）本发明得到的二氧化钛薄膜可应用与车内、室内的空气净化，以及织物的自清洁等。
附图说明
图1是实施例1中改性后棉织物表面二氧化钛薄膜的X射线衍射谱图。
图2是实施例2中改性前、后棉织物表面的扫描电镜图；其中：a为未改性的棉织物，b为改性后的棉织物。
图3是实施例3中改性前、后棉织物表面的二氧化钛薄膜对有机气体的降解曲线图；其中：a为未改性的棉织物，b为改性后的棉织物。
图4是实施例4中改性前、后棉织物表面的二氧化钛薄膜对红酒渍的降解效果图；其中：a为未改性的棉织物，b为改性后的棉织物。
图5是实施例4中改性前、后棉织物表面的二氧化钛薄膜对咖啡渍的降解效果图；其中：a为未改性的棉织物，b为改性后的棉织物。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将3mL的无水乙醇、6mL的冰醋酸和10mL的钛酸四正丁酯混合，再将其缓慢滴加到120mL，pH为2.5的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成淡黄色透明溶胶。
将预处理过的棉织物浸在二氧化钛溶胶中3min，二浸二轧(轧液率为80%)，在80℃条件下预烘3min，在汽蒸箱中100℃汽蒸3h，完成在棉织物表面制备二氧化钛薄膜的过程。
根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对二氧化钛改性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用A型洗衣机，5A洗涤程序，A型干燥程序)，经过50次洗涤后，对薄膜的XRD图进行表征，见图1。测试结果表明，棉织物表面制备的薄膜晶型结构为锐钛型的二氧化钛，结晶度较高。
实施例2
将3mL的无水乙醇、6mL的冰醋酸和10mL的钛酸四正丁酯混合，再将其缓慢滴加到120mL，pH为2.5的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成淡黄色透明溶胶。
将预处理过的棉织物浸在二氧化钛溶胶中3min，二浸二轧(轧液率为80%)，在80℃条件下预烘3min，在汽蒸箱中100℃汽蒸3h，完成在棉织物表面制备二氧化钛薄膜的过程。
根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对二氧化钛改性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用A型洗衣机，5A洗涤程序，A型干燥程序)，经过50次洗涤后，通过扫描电镜(SEM)对织物表面成膜状态进行表征，见附图2。测试结果表明棉织物表面制备的薄膜连续完整未产生开裂。
实施例3
将3mL的无水乙醇、6mL的冰醋酸和10mL的钛酸四正丁酯混合，再将其缓慢滴加到120mL，pH为2.5的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成淡黄色透明溶胶。
将预处理过的棉织物浸在二氧化钛溶胶中3min，二浸二轧(轧液率为80%)，在80℃条件下预烘3min，在汽蒸箱中100℃汽蒸3h，完成在棉织物表面制备二氧化钛薄膜的过程。
根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对二氧化钛改性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用A型洗衣机，5A洗涤程序，A型干燥程序)，经过50次洗涤后，将制备有二氧化钛薄膜的织物置于密闭的容器中，容器内通入少量的甲醛气体，紫外光照度为1.5mW/cm2±0.05mW/cm2，经过5h的紫外光照射后，有机物被分解(图3)。结果表明织物上的二氧化钛薄膜对有机气体具有很好的光催化降解作用。
实施例4
将3mL的无水乙醇、6mL的冰醋酸和10mL的钛酸四正丁酯混合，再将其缓慢滴加到120mL，pH为2.5的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成淡黄色透明溶胶。
将预处理过的棉织物浸在二氧化钛溶胶中3min，二浸二轧(轧液率为80%)，在80℃条件下预烘3min，在汽蒸箱中100℃汽蒸3h，完成在棉织物表面制备二氧化钛薄膜的过程。
根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对二氧化钛改性后的棉织物进行洗涤和干燥(选用A型洗衣机，5A洗涤程序，A型干燥程序)，经过50次洗涤后，利用红酒、咖啡涂抹在制备的薄膜上，紫外光照度为1.5mW/cm2±0.05mW/cm2，经过8h的紫外光照射后，红酒、咖啡被降解为无色(图4，图5)。结果表明织物上的二氧化钛薄膜对有机污渍具有很好的光催化降解作用。

Claims (4)

1.一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，包括：
(1)将无水乙醇、冰醋酸和钛酸四正丁酯混合，然后缓慢滴加到pH值为2.5-3的醋酸和水的混合溶液中水解，剧烈搅拌后形成二氧化钛溶胶；
(2)将棉织物浸在上述二氧化钛溶胶中2-3min，二浸二轧，然后在70-90℃下预烘3-5min，再置于80-100℃汽蒸2-3h即可；其中，棉织物为预处理过的棉织物，预处理操作为：将棉织物在60-90℃下，用非离子清洗剂处理10-30min，用去离子水洗净烘干备用。
2.根据权利要求1所述的一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的无水乙醇、冰醋酸、钛酸四正丁酯与混合溶液的体积比为3-6：6-10：10-15：120-150。
3.根据权利要求1所述的一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的二浸二轧中的轧液率为60-80％。
4.根据权利要求1所述的一种在棉织物表面低温制备锐钛型二氧化钛薄膜的方法，其特征在于：所述的非离子清洗剂为净洗剂6501或脂肪醇聚氧乙烯醚9。
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