作者：儲方為 邱佳銘 蔣紅 李戎
摘要：本文介紹了TiO2光觸媒自清潔紡織品的分類、自清潔機(jī)理以及TiO2光觸媒材料自清潔性能的一些評價方法，并結(jié)合TiO2光觸媒紡織品自身的性質(zhì)進(jìn)行適用性分析。特別提出了評價TiO2光觸媒紡織品的自清潔性能時，不能從光催化性能一方面考慮，而要將光催化性和光致超親水性結(jié)合起來綜合去評價其自清潔性能。
關(guān)鍵詞：光觸媒紡織品；光催化；超親水；自清潔；評價方法
0 引言
近年來，隨著半導(dǎo)體光催化技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，由最初的用于污水處理，到后來光觸媒自清潔玻璃、陶瓷、紡織品的出現(xiàn)，光觸媒技術(shù)已經(jīng)慢慢走進(jìn)了人們生活。
光觸媒是一類以TiO2為代表的具有光催化性能的半導(dǎo)體材料的總稱。目前可作為光催化劑的半導(dǎo)體材料主要有TiO2 、CdS、 ZnO 、WO3、 Fe2O3、 SnO2等化合物，但是由于TiO2相對其它半導(dǎo)體材料具有光催化活性高、穩(wěn)定性好、價格低等優(yōu)勢而備受青睞[1]。光觸媒能在太陽光或熒光燈的照射下產(chǎn)生類似光合作用的催化反應(yīng),將空氣中的氧氣和水分子激發(fā),形成氧化能力極強(qiáng)的羥基自由基(•OH)和超氧陰離子自由基(•O2ˉ) 。這些氧化力極強(qiáng)的自由基可將浮游在空氣中的細(xì)菌殺死，并把有機(jī)污染物不斷降解成水和二氧化碳等，從而達(dá)到凈化環(huán)境和保持材料自身清潔不被污染的目的。將光觸媒技術(shù)應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，開發(fā)具有環(huán)保自清潔性能的紡織品對于節(jié)能環(huán)保具有重要意義，所以光觸媒自清潔紡織品已成為紡織行業(yè)發(fā)展的方向之一[2-3]。
1 TiO2光觸媒自清潔紡織品
1.1 TiO2光觸媒紡織品的分類及應(yīng)用
TiO2光觸媒紡織品按照制造工藝大體可分為三種，第一種是以聚四氟乙烯（PTFE）、聚氯乙烯（PVC）等膜材為基材，表面涂有TiO2的膜結(jié)構(gòu)材料，這種膜結(jié)構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用于大型場館和一些公共設(shè)施的頂棚。目前生產(chǎn)光觸媒PTFE材料的主要有日本的中興化成株式會社，生產(chǎn)光觸媒PVC材料的主要有日本的平岡株式會社；第二種是將TiO2與高分子材料結(jié)合，通過一定的紡絲方法將其紡成光觸媒纖維，然后將光觸媒纖維織成光觸媒紡織品。目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出很多這類纖維并且市場化。這類產(chǎn)品主要有日本Exlan工業(yè)株式會社開發(fā)的具有高度自潔功能的光觸媒腈綸纖維“Selfclear”[4]、大和紡公司開發(fā)的“Solesh” 纖維[5]等。我國近幾年也在這方面也取得了突破，浙江上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司在2011年開發(fā)出了一種蜂窩光觸媒纖維，并且取得了不錯的市場份額。這些纖維主要用于運(yùn)動服、工作服、家紡、保健和醫(yī)療衛(wèi)生紡織用品；第三種是以棉、羊毛等織物為基材，通過一定的方法將納米TiO2整理到織物上，使其具有一定的自清潔性能。近幾年很多人從事這類紡織品的研究[6-8]，目前產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品主要有日本東麗株式會社開發(fā)的“lumi magic”系列織物[5] 。“lumi magic ”系列織物主要用來制作泳衣，通過光照作用可以消除氯臭，能夠保護(hù)皮膚和身體不受細(xì)菌的侵害。
1.2 TiO2光觸媒紡織品自清潔機(jī)理
1.2.1 TiO2光催化機(jī)理
TiO2屬于一種n型的半導(dǎo)體，它的禁帶寬度為3.2ev（銳鈦礦），當(dāng)它受到波長小于或等于387.5nm的紫外光照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而躍遷至導(dǎo)帶，形成光生電子（e-），而價帶中則相應(yīng)地形成空穴（h+），產(chǎn)生電子-空穴對，同時激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價帶空穴又能重新復(fù)合，使光能以熱能或其他形式的能量散發(fā)掉。其過程可用下面的方程表示：
價帶空穴是良好的氧化劑，導(dǎo)帶的電子是良好的還原劑。空穴具有更大的反應(yīng)活性，一般與表面吸附的H2O或OH一 離子反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的經(jīng)基自由基。其過程可用下面的方程表示：
電子與表面吸附的氧分子反應(yīng)，氧分子不僅參與還原反應(yīng)，還是表面羥基的另一個來源，具體反應(yīng)式如下：
通過以上反應(yīng)，生成了氧化性很強(qiáng)的羥基自由基、超氧陰離子自由基，能夠?qū)⒏黝愑袡C(jī)物氧化為 CO2 和 H2O 等小分子,從而達(dá)到保持材料自身清潔的目的[9-10]。
1.2.2 光致超親水性機(jī)理
一般而言材料的親水性可通過材料表面的水滴接觸角來判定。接觸角是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θ。當(dāng)接觸角θ>90°時稱為疏水性，θ<90°時稱為親水性，θ>150°時稱為超疏水表面，θ<10°時稱為超親水性[11]。研究發(fā)現(xiàn)[12]， TiO2光觸媒材料表面的親水性在光照下會發(fā)生改變。將水滴在TiO2材料表面，光照后接觸角會慢慢變小，最后接近0°，停止光照后又會慢慢恢復(fù)到原樣。材料表面經(jīng)光照達(dá)到超親水性后，可以降低纖維的靜電引力和分子間作用力，從而防止污物在材料表面聚集，使材料的防污性能和易去污性能都有所增加。
TiO2 表面的超親水性是由于TiO2價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，電子和空穴向表面遷移，電子與 Ti4+反應(yīng)，空穴與表面的氧離子反應(yīng)，分別形成 Ti3+和氧空位。氧空位與空氣中的水分結(jié)合形成化學(xué)吸附水（即羥基），在材料表面形成均勻分布的高度親水微區(qū)，而其他部分還保持原有的疏水性，親水微區(qū)和親油微區(qū)相間排列使材料表面同時具有親水性和親油性，類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。但是由于液滴的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于親水和親油微區(qū)的面積，所以宏觀上表現(xiàn)出來的是雙親性[13]，當(dāng)將水或油滴在材料表面時，分別被親水微區(qū)和親油微區(qū)所吸附，從而潤濕材料表面。當(dāng)停止光照后，化學(xué)吸附水會被空氣中的氧氣取代，又回到初始的疏水狀態(tài)。
2 TiO2光觸媒自潔紡織品評價方法探究
對于日漸繁榮的TiO2光觸媒自清潔紡織品市場，目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的評價方法評價其自清潔性能，這不僅不利于光觸媒紡織品市場的健康發(fā)展，也難以對相關(guān)的產(chǎn)品實(shí)施有效的質(zhì)量監(jiān)控，所以開發(fā)相應(yīng)的評價方法是十分重要的。
雖然目前國內(nèi)外關(guān)于TiO2光觸媒紡織品自清潔性能還沒有一套評價標(biāo)準(zhǔn)，但鑒于TiO2光觸媒陶瓷類材料已經(jīng)出臺了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)[14-18]，另外也有人對TiO2光觸媒材料自清潔性能評價提出了自己的看法，這些方法大體可歸為兩類：薄膜法和溶液法，其中有些評價方法可以值得TiO2光觸媒紡織品借鑒。下面就TiO2光觸媒材料自清潔性能評價方法中五種具有代表性的方法進(jìn)行介紹和分析（見表1），探究其在TiO2光觸媒紡織品的適用性。
[1][2][3]下一頁>>
相關(guān)信息 
推薦企業(yè) 推薦企業(yè)
推薦企業(yè)
編.gif)
您所在的位置：
