專利名稱：一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法，特別涉及一種制備具有優(yōu)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(shù)：
棉花，作為一種非常重要的天然纖維，由于它的可再生性、可生物降解、柔軟、舒適和吸濕等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于服裝行業(yè)。但由于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(yīng)用。目前，研究、開發(fā)抗紫外及其抗菌棉纖維成為一個(gè)很活躍的領(lǐng)域。在纖維上附著上一些無機(jī)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(duì)紫外線屏蔽的波段范圍大，并有抗菌、防霉和消臭的功能，性價(jià)比高，是理想的紫外線屏蔽劑。相對(duì)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(jīng)常用的夏季面料，所以在純棉織物上進(jìn)行抗紫外后整理很有必要。為了使施加到紡織品上的超細(xì)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(shí)驗(yàn)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(xué)家Mahltig提出利用金屬氧化物的溶膠-凝膠技術(shù)對(duì)紡織品直接進(jìn)行處理，賦予紡織品特殊的功能性，該方法簡單易行，但由于紡織材料不耐高溫，不能對(duì)無機(jī)氧化物溶膠處理后的紡織品進(jìn)行高溫處理，因此不易在纖維表面獲得具有一定晶型結(jié)構(gòu)的無機(jī)氧化物晶體，而無機(jī)氧化物的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有很大的影響。東華大學(xué)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(chǎn)品附加值。在位生長法是利用溶液中鋅鹽與堿劑在一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鋅的前聚體，進(jìn)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、自制聚丙烯酸酯等制備出分散性穩(wěn)定的納米ZnO的整理液，再對(duì)織物進(jìn)行處理，獲得具有抗紫外性能的織物。以上方法有的需要預(yù)先制備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，并且均是在棉纖維表面附著一層ZnO粉體。專利CN101824745A發(fā)明了一種原位制備抗紫外織物的方法，此法是將表面活性劑，氨水，強(qiáng)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度烘干1-5分鐘，即可得到耐水洗抗紫外織物。但由于Ce (NO3) 3有毒，對(duì)眼睛、皮膚粘膜和上呼吸道有刺激作用，并且成本比較高，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粒子生長于棉纖維的中腔和纖維間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，制備過程簡單，節(jié)約成本，ZnO附著力高，耐水洗性強(qiáng)，具有很高的理論研究價(jià)值和市場應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采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(jī)粒子，制備出一種具有良好抗紫外、抗菌及其耐水洗性的棉纖維，擴(kuò)寬棉纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下三個(gè)步驟:(I)鋅氨溶液的配制取相同體積的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，得到沉淀，經(jīng)抽濾，清洗后得到純凈的氫氧化鋅沉淀，將沉淀轉(zhuǎn)移至燒杯中，滴加25 %的氨水，至沉淀全部溶解，溶液變澄清，得到鋅氨溶液，將鋅氨溶液物質(zhì)的量濃度調(diào)至約為0.05 0.25mol/l ；(2)微波合成樣品取(I)中反應(yīng)液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻后，將自然棉放入其中，先超聲分散至棉纖維透明分散；將棉纖撈出擠干，微波下處理5 30分鐘；(3)清洗和干燥樣品將(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，擠干棉纖中的水分，將棉纖放置在干燥箱中，溫度設(shè)置40 80°C，干燥2 12h，即得一系列納米氧化鋅組裝棉纖樣品。本發(fā)明先進(jìn)性在于: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(yīng)用領(lǐng)域。


:附圖1中，abc分別為實(shí)施例一、實(shí)施例二和實(shí)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(dāng)濃度小于0.lmol/L時(shí)，氧化鋅主要在棉纖維的微孔結(jié)構(gòu)中合成，棉纖維的中腔未看到氧化鋅納米顆粒。當(dāng)鋅氨溶液的濃度為0.15mol/L時(shí)，組裝后的棉纖維如圖c所示，看到棉纖維的外表面，微孔結(jié)構(gòu)以及中腔內(nèi)部都有大量的氧化鋅納米晶。附圖2為實(shí)施例二 ZnO組裝棉纖的EDS圖，其中C元素來自于纖維本身，Au元素來源于噴涂的薄膜。Zn原子和O原子的存在，證實(shí)了氧化鋅納米晶存在于棉纖維的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中，這與FESEM顯示的內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)果一致。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:實(shí)施例一:(I)鋅氨溶液的配制取相同體積的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，得到沉淀，真空抽濾，清洗得到純凈的氫氧化鋅沉淀，將沉淀轉(zhuǎn)移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應(yīng)液物質(zhì)的量濃度約為0.05mol/lο(2)微波合成樣品取(I)中反應(yīng)液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻后，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(zhì)量比為:2.8: 0.05: 0.5: 4ο(3)清洗和干燥樣品將(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，擠干棉纖中的水分，將棉纖放置在干燥箱中，溫度設(shè)置50°C，干燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。實(shí)施例二:(I)鋅氨溶液的配制取相同體積的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，得到沉淀，真空抽濾，清洗得到純凈的氫氧化鋅沉淀，將沉淀轉(zhuǎn)移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應(yīng)液物質(zhì)的量濃度約為0.10mol/lο(2)微波合成樣品取(I)中反應(yīng)液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻后，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(zhì)量比為:5.6: 0.1: 0.5: 4。(3)清洗和干燥樣品將(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,擠干棉纖中的水分，將棉纖放置在干燥箱中，溫度設(shè)置50°C，干燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。實(shí)施例三:(I)鋅氨溶液的配制取相同體積的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，得到沉淀，真空抽濾，清洗得到純凈的氫氧化鋅沉淀，將沉淀轉(zhuǎn)移至燒杯中，滴加25%的氨水，至沉淀全部溶解，溶液澄清，抽濾該溶液，得到鋅氨溶液，反應(yīng)液物質(zhì)的量濃度約為
0.15mol/l。(2)微波合成樣品取(I)中反應(yīng)液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻后，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(zhì)量比為:8.5: 0.15: 0.5: 4。(3)清洗和干燥樣品將(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,擠干棉纖中的水分，將棉纖放置在干燥箱中，溫度設(shè)置50°C，干燥12h，即得納米氧化鋅組裝棉纖樣品。
權(quán)利要求
1.一種微波合成納米ZnO組裝棉纖維的方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)鋅氨溶液的配制 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，得到沉淀，經(jīng)抽濾，清洗后得到純凈的氫氧化鋅沉淀，將沉淀轉(zhuǎn)移至燒杯中，滴加25 %的氨水，至沉淀全部溶解，溶液變澄清，得到鋅氨溶液，將鋅氨溶液物質(zhì)的量濃度調(diào)至約為0.05 0.25mol/l ； (2)微波合成樣品 取(I)中反應(yīng)液，依次加入十六烷基三甲基溴化銨，磷酸三丁酯，攪拌均勻后，將自然棉放入其中，先超聲分散至棉纖維透明分散；將棉纖撈出擠干，微波下處理5 30分鐘； (3)清洗和干燥樣品 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，擠干棉纖中的水分，將棉纖放置在干燥箱中，溫度設(shè)置40 80°C，干燥2 12h，即得一系列納米氧化鋅組裝棉纖樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:硝酸鋅、十六烷基三甲基溴化銨、磷酸三丁酯與棉纖的質(zhì)量比為:2.8 15: 0.05 0.15: 0.5: 4。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:微波處理功率為136 960w。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:棉纖組裝的納米ZnO也可以為Ti02*Ag或是 Zn0/Ti02、ZnO/Ag 和 Ti02/Ag 等復(fù)合物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所用的棉纖也可以為表面經(jīng)過處理的棉織物、蠶絲及其蠶絲織物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波合成納米氧化鋅組裝棉纖的方法，具體涉及一種制備具有優(yōu)良抗菌、抗紫外線及其耐水洗性能的納米ZnO、TiO2、Ag或上述幾種粒子的復(fù)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(yīng)生成氫氧化鋅沉淀，氫氧化鋅沉淀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(jìn)行組裝，在棉纖維中腔和棉纖維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中形成了納米氧化鋅小粒子。ZnO、TiO2、Ag無機(jī)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(kuò)寬了棉纖的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D06M10/06GK103194885SQ201310136878
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者李釅, 安冬敏, 鄒云玲, 李國柱 申請(qǐng)人:中國民航大學(xué)