纳米TiO2/SiO2/氧化石墨烯复合涂层涤棉织物的制备及性能研究

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医用床单、手术服、医用窗帘等医用纺织品，主要以棉和涤纶纤维为原料，在使用过程中容易被污垢污染，而且纺织纤维属多孔材料，容易吸附菌类，人体排出的汗液、脱落的皮脂等都为菌类繁殖提供了丰富的营养。细菌的滋生易造成交叉感染而传播疾病，产生异味，损伤纤维。因此，开发具有自清洁、耐久抗菌功能的纺织品是此类医用纺织品发展的必然要求之一。
　　TiO2具有优良的光催化性能，在利用太阳能和解决环境污染问题等方面具有潜力，但其自身的缺点严重阻碍了其进一步推广应用。近十几年来，世界各国的科学家一直致力于探索多种制备方法和改性手段来提高 TiO2对太阳光的利用率以及解决其与织物的粘合牢度等问题。
　　本课题从TiO2二元和三元掺杂改性以及超声原位复合织物入手，试图解决TiO2改性涤棉织物“可见光下”光催化利用率低以及耐洗性能差的问题。
　　首先，采用SiO2和氧化石墨烯分别对TiO2进行改性。实验证明， SiO2的加入能增加TiO2表面酸性位对有机物的强吸附作用，在表面形成较强的基团，这些基团作为空穴的捕获位，阻止了电子空穴对的复合。此外，由于Ti-O-Si键的存在，SiO2能有有效控制TiO2颗粒的长大，从而获得较小的粒径和较大的比表面积，从而提高了TiO2的光催化降解活性。氧化石墨烯（GO）的引入，使禁带宽度显著减小，促使吸收边发生红移，增加了粒子的可见光吸收效率。而且氧化石墨烯具有良好的导电性，价电子受光照激发后由TiO2迁移到氧化石墨烯，从而使光生电子-空穴对分离开来，光量子效率得以提升。可见光下二元复合涂层织物光催化性能测试表明，二元复合提高了TiO2在可见光下的光催化性能，TiO2/SiO2以及TiO2/氧化石墨烯涂层织物对亚甲基蓝的降解率分别从10％提升至31%和40%。
　　为了进一步提高织物在可见光下的光催化性能和污物降解率，本课题利用SiO2和氧化石墨烯同时对TiO2进行掺杂改性，意图发挥纳米SiO2、氧化石墨烯与TiO2的协同作用，制备了TiO2/SiO2/氧化石墨烯三元复合涂层织物。光催化性能测试结果表明，织物在可见光下具有优良的光催化自清洁性，在12h的可见光照射下，对亚甲基蓝的降解率提升至92%，可见光下光催化性能明显提高。其机理可能解释为TiO2与SiO2同时负载在氧化石墨烯上，利用石墨稀良好的传输电子能力，有效地将TiO2在光照下产生的电子转移到石墨稀片层上，因此，创造更多的空穴参与光催化氧化过程，从而使光催化能力显著提高。
　　在制备方法上，本课题采用超声原位涂层方法将纳米功能粒子的形成和附着织物一步完成。利用超声产生的声流效应和声空化效应，使反应得到的分散相纳米粒子粒径降低，同时发挥主声辐射力使纳米粒子向声压节或声压腹处（即织物空隙处）聚集，次声辐射力增加微粒间凝聚的作用，有效提高了织物多孔结构对分散微粒的收集和固着能力。因此，在解决纳米粒子分散性问题的同时，使复合涂层织物的功能持久性和耐洗性能得到显著改善。经过30次水洗后，仍能完全分解亚甲基蓝。此外，超声原位复合方法较以往的溶胶凝胶法制备工艺简化，用时时间短，处理效率明显提升。
　　最后，本文还对三元涂层织物的亲水性能、抗菌性能及服用性能等进行了测试分析。实验结果表明，在可见光下，水滴在三元复合涂层织物表面只需450ms被完全吸收，抑菌率达到99%以上。经过30次水洗后，抑菌率仍能保持在98.5%。三元涂层织物的拉伸断裂性能、透气性能、手感等损失可以控制在较小范围内。
　　因此，基于三元涂层织物优良的可见光下的光催化降解能力、自清洁能力、抗菌能力以及耐用持久性，为其应用于纺织面料，尤其是医用纺织品领域提供了巨大的优势。

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作者
李婉迪;
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作者单位

东华大学;

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授予单位东华大学;
学科纺织生物材料与技术
授予学位硕士
导师姓名高晶;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类机织（织造工艺）;
关键词
医用织物; 纳米复合涂层涤棉材料; 制备工艺; 自清洁性; 抗菌功能;

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