引言
近年來(lái),由于工業(yè)的快速發(fā)展,致使大氣層中的臭氧層遭到嚴(yán)重破壞,紫外線輻射增加。有專家認(rèn)為,過(guò)量的紫外線輻射引起各種皮膚病甚至皮膚癌等疾病，增加白內(nèi)障的發(fā)病率[1]。服裝在穿著過(guò)程中會(huì)沾染許多汗液等皮膚分泌物及環(huán)境中的污物，在潮濕的條件下，為各種微生物的繁殖提供了良好的環(huán)境。病菌在服裝紡織品上不斷繁殖和分解，使人們受到微生物的侵蝕，也會(huì)導(dǎo)致皮炎及其他疾病的發(fā)生而損害健康。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，穿著健康是人們對(duì)于紡織業(yè)提出的新要求。目前,服裝面料市場(chǎng)對(duì)具有多功能性產(chǎn)品的需求日益增多,如面料不僅需要具備拒水拒油功能,還要具有抗紫外線、抗菌功能等。據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中介紹，納米ZnO具有很好的抗紫外效果，并對(duì)大腸桿菌，黑曲霉菌，褐青霉菌等都具有較強(qiáng)的抵抗力，而且不會(huì)影響織物的其他性能。
納米ZnO由于其尺寸小到1～100 nm之間，具有許多特殊的性能,如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等,且對(duì)人體無(wú)傷害。納米ZnO除了具有傳統(tǒng)的抗菌作用外，由于具有顆粒小，表面活性強(qiáng)，分散性好等特點(diǎn)，對(duì)普通的細(xì)菌，霉菌具有更強(qiáng)的抑菌性。且具有很好的紫外光屏蔽功能。已成為21世紀(jì)功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
目前制備納米ZnO的方法主要有固相法、液相法和氣相法。液相法的制備形式多樣，備受人們重視。其中溶膠-凝膠法反應(yīng)溫度低，反應(yīng)過(guò)程易于控制，所得顆粒粒徑小、純度高且粒度分布窄，應(yīng)用廣泛。本研究擬改進(jìn)溶膠－凝膠法制備納米ZnO。通過(guò)浸軋工藝將其整理到織物上，并對(duì)整理后織物的抗紫外、抗菌等服用性能進(jìn)行了研究。
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4 2機(jī)理
2.1抗紫外機(jī)理
當(dāng)納米ZnO顆粒粒徑小于100 nm時(shí),其禁帶寬度增加到4.5 eV(相當(dāng)于大部分紫外光的能量),使得納米ZnO吸收紫外線能力強(qiáng)。這是由于納米ZnO具有量子尺寸效應(yīng)，對(duì)特定波長(zhǎng)的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象,對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。納米ZnO的紫外線吸收性能就是利用這兩個(gè)特性,因此納米ZnO在較寬的紫外范圍內(nèi)有較強(qiáng)的屏蔽作用。
2.2抗菌機(jī)理
傳統(tǒng)的ZnO也具有抗菌性能,可用金屬離子溶出機(jī)理解釋，游離出來(lái)的鋅離子具氧化還原性,并能與有機(jī)物(硫代基、羧基、羥基)反應(yīng),與細(xì)菌細(xì)胞膜及膜蛋白結(jié)合,破壞其結(jié)構(gòu)使其失去活性,從而達(dá)到抗菌的目的。其抗菌能力也與其表面的空穴數(shù)量有關(guān),當(dāng)其表面具有盡可能多的空穴時(shí),就會(huì)產(chǎn)生更多的電子,同時(shí)空位也可直接參與反應(yīng),使其具有更高的殺菌性能。納米ZnO顆粒由于粒子粒徑達(dá)到納米級(jí)，除具有傳統(tǒng)ZnO的抗菌作用外,可用光催化機(jī)理解釋。它具有納米粒子特有的表面界面效應(yīng),可增加ZnO與細(xì)菌的親和力,提高抗菌效率。在紫外光照射下,價(jià)帶中的電子會(huì)激發(fā)到導(dǎo)帶,形成自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子(e-)和帶正電的空穴(h+),可以激活水和空氣中的氧為活性氧,活性氧具有強(qiáng)化學(xué)性,能與細(xì)菌中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)而殺死細(xì)菌,納米ZnO的抗菌機(jī)理為兩種機(jī)理共同作用結(jié)果，其抗菌性能增強(qiáng)。同時(shí),粒徑越小,納米ZnO的抗菌性能越強(qiáng)[2]。
3實(shí)驗(yàn)
3.1原料及儀器
實(shí)驗(yàn)藥品：二水合醋酸鋅(Zn(CH3 COO)2·2H2O，分析純)、一水合氫氧化鋰(LiOH·H2O，分析純)、大腸桿菌菌株（天津醫(yī)科大學(xué)提供，Escherichia coli:44484）等。
織物規(guī)格：純棉織物（紗支20×20，經(jīng)緯密度425根/10cm×228根/10cm）
實(shí)驗(yàn)儀器：DF-101S型恒溫加熱磁力攪拌器、KQ-100DE型超聲波清洗器、電熱鼓風(fēng)干燥箱、LT型電子天平、常用磁力攪拌器、滴液漏斗、冷凝管、移液管、冰箱等。
測(cè)試儀器：紫外-可見(jiàn)分光光度儀、D8 DISCOVER型X-射線粉末衍射儀、YG461織物透氣儀、英國(guó)SDL防紫外透過(guò)及防曬保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)、WSD-3C型全自動(dòng)白度儀、PC/YG0465強(qiáng)力機(jī)等。
3.2納米ZnO整理劑的制備
用改進(jìn)溶膠－凝膠法制備所需要的整理劑[3]，過(guò)程如下：
將一定量的Zn(Ac)2·2H2O溶于適量無(wú)水乙醇中，回流2小時(shí)左右，得溶液A。稱取一定量LiOH·H2O室溫溶于適量乙醇中，得溶液B。磁力攪拌器強(qiáng)烈攪拌作用下，將溶液B加入到溶液A中，得納米ZnO溶膠。將納米ZnO溶膠、分散劑等按一定比例混合得納米ZnO整理劑。
反應(yīng)方程式如下：
10 Zn(Ac)2+4 H2O=Zn10O4(Ac)12+8 HAc
Zn10O4(Ac)12+12 OH-=10 ZnO+12 Ac-+6 H2O
LiOH+HAc=LiAc+H2O
總的反應(yīng)方程式：
Zn(CH3COO)2+2 LiOH=ZnO+2 LiCH3COO+H2O
最終形成半透明的納米氧化鋅溶膠。
3.3整理工藝
織物二浸二軋（軋余率70%-80%）→烘干（80℃，3min）→焙烘（不同溫度和時(shí)間,分別為100℃，3min；120℃，3min;140℃,3min;160℃,3min;160℃,30s）
3.4性能測(cè)試
（1）抗紫外性：將制備出的納米ZnO整理劑按照上述工藝整理到棉織物上，并用英國(guó)SDL防紫外透過(guò)及防曬保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定其抗紫外效果，測(cè)試規(guī)則參照：AATCC Test Method183—1998。
（2）抗菌性：大腸桿菌測(cè)試：天津醫(yī)科大學(xué)提供大腸桿菌菌株（Escherichia coli:44484），測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 73023—2006及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20944.2—2007紡織品抗菌菌性能的評(píng)價(jià)：吸收法。按照下面公式計(jì)算出試樣的抑菌率。
活菌數(shù)目：（E，菌落數(shù)；N，稀釋指數(shù)；20，生理鹽水的體積）
抑菌率：（Mb，18h培養(yǎng)后空白試樣的活菌數(shù)；Mc，18h培養(yǎng)后抗菌織物的活菌數(shù)）
（3）斷裂強(qiáng)力：按照GB/T3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》測(cè)定整理后織物。對(duì)比不同焙烘溫度和時(shí)間整理織物的強(qiáng)力變化。
（4）白度：通過(guò)采用不同的整理工藝（改變焙烘溫度和時(shí)間）處理織物，在WSD-3C型全自動(dòng)白度儀上分別對(duì)整理前后的織物進(jìn)行白度測(cè)試。經(jīng)緯白度各測(cè)定三次，取平均值。經(jīng)整理后的織物白度性能會(huì)有所變化，進(jìn)行對(duì)比，得出最佳的整理工藝。
4結(jié)果與討論
4.1整理劑的XRD表征：
向上述已經(jīng)制備出來(lái)的溶膠體系中加入約兩倍體積的正己烷，生成白色沉淀。待沉淀完全，離心除去清液，并用無(wú)水乙醇洗滌干燥得到樣品。樣品的結(jié)構(gòu)表征采用X-射線衍射儀。
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圖1納米氧化鋅的X-射線衍射圖 |
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