纳米二氧化钛的制备及其在织物上的抗紫外线应用

摘要

自上世纪80年代以来，人类赖以生存的生态环境已引起世界各国的关注。美国的Scotto等人在美国设立许多地面测量紫外线观测点，测量结果表明：地外线辐射量增加明显，对生态环境和人类健康造成了巨大影响。随着人们健康意识的增强，紫外线屏蔽已引起国内外材料学界的广泛关注。
　　 由于纳米材料科学技术的发展，应用某些有紫外线屏蔽性能的纳米无机粒子作为抗紫外线添加剂，已经成为研究的热点之一。近年来诸如纳米氧化锌、二氧化钛和氧化铁红等一批无机粉体的紫外屏蔽剂，因为有很高的化学稳定性、热稳定性、非迁移性、无味、无毒、无刺激性，使用更为安全，因而倍受青睐。应用最广泛的是纳米TiO2、ZnO。纳米ZnO、TiO2本身为白色，可以简单地加以着色，尤其可贵的是吸收紫外线能力强，对UVA、UVB都有屏蔽作用，可见光透过率大。
　　 本论文主要研究了利用溶胶-凝胶技术低温条件下制备稳定的纳米TiO2溶胶。探讨分析了催化剂的种类对TiO2溶胶制备的影响，并对制备出的TiO2溶胶进行了紫外.可见吸收光谱(UV-VIS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试，结果表明：采用溶胶—凝胶法制备的纳米TiO2粒度分布均匀，具有较好的分散性和稳定性，且对UVA和UVB波段的紫外线都有很好的屏蔽作用。在酸性条件下制备的纳米物质为结晶型纳米级TiO2，多数粒子的平均粒径为15nm，呈棒状锥形，但在碱性条件下制得的为无定型纳米级TiO2。
　　 将制得的纳米TiO2复配成织物功能整理剂通过浸一轧、浸渍和等离子体预处理工艺用于织物的后整理，分析了整理剂对织物抗紫外线性能的影响，测试了整理前后织物的强力和白度变化。经整理剂整理后织物具有较好的抗紫外线性能，UPF等级达到50+的水平。织物表面沉积着纳米TiO2颗粒，呈不连续状，且分散不均匀。整理后织物的断裂强力和白度保持良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 文献综述及研究设想

1.1 纳米材料的基本概念和内涵

1.2 纳米材料的基本理论

1.3 纳米微粒的物理、化学特性

1.3.1 纳米材料的抗紫外线性能

1.3.2 纳米材料的抗红外线性能

1.3.3 纳米材料的抗菌和除臭性能

1.3.4 纳米材料的抗静电剂性能

1.3.5 纳米材料的表面化学活性

1.4 纳米材料的合成

1.4.1 气相法

1.4.2 液相法

1.4.3 固相法

1.4.4 制备方法的比较与评估

1.5 紫外线的特性及危害

1.5.1 紫外线特性

1.5.2 紫外线危害

1.5.3 紫外屏蔽剂的特点及种类

1.6 纳米二氧化钛结构及紫外屏蔽机理

1.7 抗紫外线纺织品

1.7.1 影响抗紫外线纺织品防护性能的因素

1.7.2 纳米抗紫外线纺织品的加工方法

1.8 防紫外线纺织品性能测试方法

1.8.1 直接法

1.8.2 仪器法

1.9 选题意义与研究内容

第二章 实验用品

2.1 实验药品

2.2 实验材料

2.3 实验仪器和设备

2.3.1 实验仪器

2.3.2 实验设备

第三章 纳米TiO2溶胶-凝胶法制备和表征

3.1 实验内容

3.1.1 纳米TiO2溶胶的制备

3.1.2 测试内容及性能表征

3.2 结果与分析

3.2.1 催化剂成胶的影响

3.2.2 纳米TiO2溶胶的紫外-可见光谱

3.2.3 TiO2粉末的XRD光谱

3.2.4 纳米TiO2的粒度测试分析

3.2.5 TiO2的Zeta电位特征分析

3.2.6 TiO2的透射电镜(TEM)观察分析

3.3 小结

第四章 纯棉织物的纳米TiO2整理

4.1 织物的抗紫外线整理

4.1.1 浸轧工艺

4.1.2 浸渍工艺

4.2 前处理对抗紫外线整理的影响

4.2.1 织物的前处理

4.2.2 前处理对抗紫外性能的影响

4.3 整理织物的性能测试

4.3.1 织物断裂强力测试与分析

4.3.2 织物折皱回复角测试与分析

4.3.3 织物厚度测试与分析

4.3.4 抗紫外线织物耐皂洗性能测试与分析

4.3.5 织物SEM测试与分析

4.4 小结

第五章 PET的纳米TiO2整理

5.1 PET的纳米TiO2整理

5.1.1 涤纶织物的纳米TiO2整理

5.1.2 PET膜的纳米TiO2整理

5.2 纳米TiO2整理后PET的测试

5.3 结果与分析

5.3.1 整理后PET抗紫外线性能

5.3.2 整理后PET的SEM分析

5.3.3 整理后PET断裂强力分析

5.3.4 整理后PET白度分析

5.4 小结

第六章 纳米 TiO2-SiO2复合材料的制备及对织物抗紫外线应用

6.1 纳米复合材料的制备

6.2 纳米复合材料紫外-可见光谱分析

6.3 纯棉织物的抗紫外线整理

6.3.1 整理工艺

6.3.2 织物抗紫外线性能测试

6.4 纳米复合材料的应用进展

6.5 小结

第七章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢