一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法

2023-06-04 21:59:21

專利名稱：一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法
技術領域：
本發明涉及一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法，特別涉及一種製備具有優良抗菌、抗紫外線及其良好的抗水洗性能的納米ZnO組裝棉纖維的方法。
背景技術：
棉花，作為一種非常重要的天然纖維，由於它的可再生性、可生物降解、柔軟、舒適和吸溼等性質，廣泛應用於服裝行業。但由於自然棉纖維的抗紫外線性能及抗菌能力比較差，限制了棉纖維更為廣泛的應用。目前，研究、開發抗紫外及其抗菌棉纖維成為一個很活躍的領域。在纖維上附著上一些無機納米粉體，如ZnO、TiO2或Ag粒子等能使棉纖維具有良好的抗紫外、殺菌的目的。納米ZnO粒子抗紫外線性能好，對紫外線屏蔽的波段範圍大，並有抗菌、防黴和消臭的功能，性價比高，是理想的紫外線屏蔽劑。相對滌綸、羊毛等而言，棉織物是紫外線最易透過的面料，而棉織物又是經常用的夏季面料，所以在純棉織物上進行抗紫外後整理很有必要。為了使施加到紡織品上的超細粉體集中在纖維的表面，日本的Yamaguchi等人提出利用ZnO納米粉體懸浮液處理紡織品，實驗中不使用粘合劑可以將ZnO沉積在纖維的表面，且具有一定的耐久性。德國科學家Mahltig提出利用金屬氧化物的溶膠-凝膠技術對紡織品直接進行處理，賦予紡織品特殊的功能性，該方法簡單易行，但由於紡織材料不耐高溫，不能對無機氧化物溶膠處理後的紡織品進行高溫處理，因此不易在纖維表面獲得具有一定晶型結構的無機氧化物晶體，而無機氧化物的晶體結構對其性能有很大的影響。東華大學毛志平等利用在位生長法，在纖維表面形成分布均勻的納米氧化鋅晶體，賦予織物特殊的功能，提高產品附加值。在位生長法是利用溶液中鋅鹽與鹼劑在一定溫度下的化學反應，生成氧化鋅的前聚體，進而在織物表面分解形成納米氧化鋅晶體。張永文等用納米ZnO粉體和N%Si03、KH-570、0P-10、SDS、PEG-600、自製聚丙烯酸酯等製備出分散性穩定的納米ZnO的整理液，再對織物進行處理，獲得具有抗紫外性能的織物。以上方法有的需要預先製備ZnO納米粉體，或是需要高溫處理棉纖才能得到ZnO組裝的棉纖維，並且均是在棉纖維表面附著一層ZnO粉體。專利CN101824745A發明了一種原位製備抗紫外織物的方法，此法是將表面活性劑，氨水，強氧化劑依次加入Ce (NO3) 3溶液中，攪拌均勻，將織物放入溶液中，浸潰10-120分鐘，取出織物，80-180度烘乾1-5分鐘，即可得到耐水洗抗紫外織物。但由於Ce (NO3) 3有毒，對眼睛、皮膚黏膜和上呼吸道有刺激作用，並且成本比較高，因此不適宜大量使用。本專利利用微波加熱法合成納米ZnO組裝的棉纖維，ZnO粒子生長於棉纖維的中腔和纖維間的網絡結構中，製備過程簡單，節約成本，ZnO附著力高，耐水洗性強，具有很高的理論研究價值和市場應用前景。

發明內容
本發明的目的在於採用微波加熱處理棉纖維的方法，在棉纖維上組裝上ZnO、TiO2或Ag等無機粒子，製備出一種具有良好抗紫外、抗菌及其耐水洗性的棉纖維，擴寬棉纖維的應用領域。本發明包括以下三個步驟:(I)鋅氨溶液的配製取相同體積的NaOH溶液和硝酸鋅(硫酸鋅或氯化鋅)溶液，將NaOH溶液緩慢加入到硝酸鋅(硫酸鋅或氯化鋅)溶液中，不斷攪拌，得到沉澱，經抽濾，清洗後得到純淨的氫氧化鋅沉澱，將沉澱轉移至燒杯中，滴加25 %的氨水，至沉澱全部溶解，溶液變澄清，得到鋅氨溶液，將鋅氨溶液物質的量濃度調至約為0.05 0.25mol/l ；(2)微波合成樣品取(I)中反應液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻後，將自然棉放入其中，先超聲分散至棉纖維透明分散；將棉纖撈出擠幹，微波下處理5 30分鐘；(3)清洗和乾燥樣品將(2)中得到的自然棉用水清洗，用偏光顯微鏡觀察，直至自然棉表面無ZnO小顆粒為止，擠幹棉纖中的水分，將棉纖放置在乾燥箱中，溫度設置40 80°C，乾燥2 12h，即得一系列納米氧化鋅組裝棉纖樣品。本發明先進性在於:Zn0、Ti02*Ag等納米粒子的使用賦予了純棉纖維所不具有的抗菌殺菌，抗紫外線及其耐水洗等特性，極大的拓寬了棉纖維的應用領域。


:附圖1中，abc分別為實施例一、實施例二和實施例三所得的ZnO組裝棉纖維的掃描電鏡圖片(a:0.05mol/L, b:0.lmol/L, c:0.15mol/L)，圖中顯不當濃度小於0.lmol/L時，氧化鋅主要在棉纖維的微孔結構中合成，棉纖維的中腔未看到氧化鋅納米顆粒。當鋅氨溶液的濃度為0.15mol/L時，組裝後的棉纖維如圖c所示，看到棉纖維的外表面，微孔結構以及中腔內部都有大量的氧化鋅納米晶。附圖2為實施例二 ZnO組裝棉纖的EDS圖，其中C元素來自於纖維本身，Au元素來源於噴塗的薄膜。Zn原子和O原子的存在，證實了氧化鋅納米晶存在於棉纖維的細胞壁結構中，這與FESEM顯示的內部結構結果一致。下面結合實施例對本發明作進一步描述:實施例一:(I)鋅氨溶液的配製取相同體積的NaOH溶液和硝酸鋅溶液，將NaOH溶液緩慢加入硝酸鋅溶液中，不斷攪拌，得到沉澱，真空抽濾，清洗得到純淨的氫氧化鋅沉澱，將沉澱轉移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉澱全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應液物質的量濃度約為0.05mol/lο(2)微波合成樣品取(I)中反應液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻後，將自然棉放入其中，微波功率296w下處理5分鐘，直到自然棉透明分散；其中硝酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨、磷酸三丁酯與棉花的質量比為:2.8: 0.05: 0.5: 4ο(3)清洗和乾燥樣品將(2)中自然棉用水清洗，用偏光顯微鏡觀察，直至自然棉表面無ZnO為止，擠幹棉纖中的水分，將棉纖放置在乾燥箱中，溫度設置50°C，乾燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。實施例二:(I)鋅氨溶液的配製取相同體積的NaOH溶液和硝酸鋅溶液，將NaOH溶液緩慢加入硝酸鋅溶液中，不斷攪拌，得到沉澱，真空抽濾，清洗得到純淨的氫氧化鋅沉澱，將沉澱轉移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉澱全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應液物質的量濃度約為0.10mol/lο(2)微波合成樣品取(I)中反應液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻後，將自然棉放入其中，微波功率296w下處理5分鐘，直到自然棉透明分散；其中硝酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨、磷酸三丁酯與棉花的質量比為:5.6: 0.1: 0.5: 4。(3)清洗和乾燥樣品將(2)中自然棉用水清洗,用偏光顯微鏡觀察,直至自然棉表面無ZnO為止,擠幹棉纖中的水分，將棉纖放置在乾燥箱中，溫度設置50°C，乾燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。實施例三:(I)鋅氨溶液的配製取相同體積的NaOH溶液和硝酸鋅溶液，將NaOH溶液緩慢加入硝酸鋅溶液中，不斷攪拌，得到沉澱，真空抽濾，清洗得到純淨的氫氧化鋅沉澱，將沉澱轉移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉澱全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應液物質的量濃度約為
0.15mol/l。(2)微波合成樣品取(I)中反應液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻後，將自然棉放入其中，微波功率296w下處理5分鐘，直到自然棉透明分散；其中硝酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨、磷酸三丁酯與棉花的質量比為:8.5: 0.15: 0.5: 4。(3)清洗和乾燥樣品將(2)中自然棉用水清洗,用偏光顯微鏡觀察,直至自然棉表面無ZnO為止,擠幹棉纖中的水分，將棉纖放置在乾燥箱中，溫度設置50°C，乾燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。
權利要求
1.一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法，其特徵在於:具體步驟如下: (1)鋅氨溶液的配製 取相同體積的NaOH溶液和硝酸鋅(硫酸鋅或氯化鋅)溶液，將NaOH溶液緩慢加入到硝酸鋅(硫酸鋅或氯化鋅)溶液中，不斷攪拌，得到沉澱，經抽濾，清洗後得到純淨的氫氧化鋅沉澱，將沉澱轉移至燒杯中，滴加25 %的氨水，至沉澱全部溶解，溶液變澄清，得到鋅氨溶液，將鋅氨溶液物質的量濃度調至約為0.05 0.25mol/l ； (2)微波合成樣品 取(I)中反應液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻後，將自然棉放入其中，先超聲分散至棉纖維透明分散；將棉纖撈出擠幹，微波下處理5 30分鐘； (3)清洗和乾燥樣品 將(2)中得到的自然棉用水清洗，用偏光顯微鏡觀察，直至自然棉表面無ZnO小顆粒為止，擠幹棉纖中的水分，將棉纖放置在乾燥箱中，溫度設置40 80°C，乾燥2 12h，即得一系列納米氧化鋅組裝棉纖樣品。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:硝酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨、磷酸三丁酯與棉纖的質量比為:2.8 15: 0.05 0.15: 0.5: 4。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:微波處理功率為136 960w。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:棉纖組裝的納米ZnO也可以為Ti02*Ag或是 Zn0/Ti02、ZnO/Ag 和 Ti02/Ag 等複合物。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於:所用的棉纖也可以為表面經過處理的棉織物、蠶絲及其蠶絲織物。
全文摘要
本發明公開了一種微波合成納米氧化鋅組裝棉纖的方法，具體涉及一種製備具有優良抗菌、抗紫外線及其耐水洗性能的納米ZnO、TiO2、Ag或上述幾種粒子的複合物組裝棉纖的方法。主要原料硝酸鋅(硫酸鋅或氯化鋅)與NaOH反應生成氫氧化鋅沉澱，氫氧化鋅沉澱在氨水溶液中溶解形成鋅氨溶液，吸附了鋅氨溶液的棉纖在微波的加熱條件下，進行組裝，在棉纖維中腔和棉纖維的網絡結構中形成了納米氧化鋅小粒子。ZnO、TiO2、Ag無機納米粉體的使用賦予了純棉纖所不具有的抗菌殺菌，抗紫外線特性，極大的擴寬了棉纖的應用領域。
文檔編號D06M10/06GK103194885SQ201310136878
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者李釅, 安冬敏, 鄒雲玲, 李國柱 申請人:中國民航大學