1 前言
纳米材料是近年来迅速发展起来的新型材料。由于这类材料中粒子的粒度小到纳米尺度，因而使其产生了特殊的效应，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等[1]。正是由于纳米材料所具有的独特的物理、化学性质，使它们在电子、光子、催化、传感器、陶瓷、生物和医学诸多领域中得到越来越广泛的应用。
作为现代新型材料，纳米材料在纺织工业中有着广阔的应用前景。如何利用这类材料的特性改善和提高纺织品的功能、开发新原料、新产品，已成为当前纺织领域的研究热点之一。近年来，应用纳米材料和纳米技术制备功能性纺织产品如超双疏（防水、防油）、超双亲、抗紫外线、远红外保健、抗静电、抗菌消臭的纺织品均有报道[2,3]。在应用纳米材料进行功能性纺织品研究中，如何制得稳定的纳米整理液、使纳米粒子均匀地分散在纺织品上，以及实现纳米粒子与纤维之间的牢固结合——即赋予织物耐久的功能性，是纳米功能纺织品开发和应用的关键问题。
本文采用溶胶－凝胶方法，在控制条件下制备出纳米TiO2整理剂，并将其用于棉织物的整理。对制得TiO2粒子的形貌、整理后织物的抗紫外线效果及其耐洗性、手感等进行了研究。
2 实验
2.1 材料
2.1.1 整理剂 纳米TiO2抗紫外线整理剂采用溶胶－凝胶方法自制。
2.1.2 织物 纯棉织物A、B。
2.2 纳米TiO2的制备
制备纳米TiO2有许多不同的方法。其中溶胶－凝胶技术的应用较为广泛，它可分为有机途径和无机途径两类。其基本原理是以钛的醇盐或无机盐为前驱物，将前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液。溶质与溶剂发生水解或醇解反应直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，再经过干燥处理，溶胶转化为凝胶[1]。其反应为：
Ti(OR)4 + n H2O —→ Ti(OR)4-n(OH)n + n HOR
2 Ti(OR)4-n(OH)n —→ [Ti(OR)4-n(OH)n-1]2 O + H2O
总反应式为：
Ti (OR) 4 + H2O —→ TiO2 + 4 HOR
与其他方法相比，溶胶－凝胶法具有纯度高、均匀性好、工艺简单等优点，因此本研究采用溶胶－凝胶法制备纳米TiO2。以有机钛酸酯作为TiO2的前驱物，在控制条件下使其反应，经处理制得纳米TiO2抗紫外线整理剂水溶液。
2.3 织物整理方法
按一定浓度配制纳米TiO2整理液，加入渗透剂JFC(1g/L)。将洁净干燥的精练棉织物浸入到上述工作液中，二浸二轧（轧液率70％）→ 放置（3min）→Na2CO3
溶液处理（Na2CO3 ：1g/ L,1 min）→ 充分水洗→ 烘干(100篊,5 min)。
2.4 测试
扫描电镜（Field SEM Inst.JSM 6335F,Leica Stereoscan 440）,以不同放大倍率观察TiO2粒子的形貌。
织物抗紫外线效果：用紫外—可见分光光度仪（Varian Cary 300 Conc.），按澳大利亚－新西兰标准AS/NZS 4399:1996进行测定。织物抗紫外线性能用紫外线透射率（UVA、UVB）和紫外线防护因子（UPF）表示。
耐洗性测定：用专用洗涤设备参照AATCC61–2001标准进行。
织物白度用Datacolor电子测色系统测试。织物断裂强力参照ASTM D5034-2001标准方法进行。织物手感用织物风格仪（Kawabata KES-FB2）测织物的弯曲刚性。
3 结果与讨论
3.1纳米TiO2形态
将TiO2溶胶滴在洁净的玻璃片上，室温下自然干燥。用扫描电镜观察TiO2粒子的形貌，结果见图1。从图1可看出，自制的整理剂中，TiO2粒子尺寸约在20－30nm
范围，而且颗粒分散比较均匀。

图1 纳米TiO2的SEM 照片
3.2纳米TiO2整理织物的抗紫外线性能
3.2.1 整理液浓度的影响
在试验浓度范围内，反应生成TiO2的量与前驱物含量成正比。分别配制TiO2浓度为0.3－5％的整理液，并对棉织物进行处理。结果见表1。
表1 整理液浓度对抗紫外效果的影响

从表1看出，随整理液中纳米TiO2浓度的增加，二种棉织物的紫外线透射率（UVA%,UVB％）均大大下降，UPF值显著提高。说明整理织物的抗紫外线效果大大增加了。尤其是在UVB段，棉织物A的透射率在试验浓度范围全部降至0.10％；棉织物B的透射率在浓度5％时，可降至1％以下。可见所制备的纳米TiO2整理剂对紫外线的UVB段有极为显著的屏蔽效果，这对保护人体健康是十分有益的。因为已有的研究认为，紫外线中UVB段的辐射对人体皮肤的损伤最大，是导致皮肤癌的主要原因[4]。
此外，对不同组织结构和厚度的棉织物，要达到较高的抗紫外线水平，所需的整理液浓度不同。
3.2.2 纳米TiO2处理织物的耐久性
按AATCC61-2001方法对处理织物进行了耐洗性能试验，结果见表2。从表2可看到，处理后织物经洗涤，其UPF值稍有下降，但幅度不大。经过50次水洗，织物的UPF值仍保持在较高的水平。而且与未洗试样相比，洗50次样品的UPF等级基本不变。由此可以说明，本研究所制备的纳米TiO2整理剂可达到耐久性的抗紫外线效果。这是因为TiO2纳米粒子的小尺寸效应和表面效应，导致表面原子数增多，原子配位不足以及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。而棉纤维中含有大量的-OH，纳米TiO2可通过氢键、范德华力吸附在棉纤维表面，经烘干，液体蒸发，TiO2溶胶转变为凝胶而固着在棉上，而且与棉的结合比较牢固。
表2 处理织物洗涤次数对UPF值的影响

3.3 处理后织物的其他性能
为了评价纳米TiO2整理剂处理后织物的其他性能，分别测试了处理后棉织物B的白度、手感和断裂强度，结果见表3。织物手感采用客观评价方法，用织物的弯曲刚性来表示，其值越小，表示手感越柔软。
表3 处理织物的其他性能

由表3可见，处理织物的白度与整理剂浓度有关。当浓度小于等于1 %时，织物的白度稍有增加；浓度大于1 % 后，织物白度随浓度升高略有下降。织物的手感在低浓度时较好，但随浓度升高稍有下降。织物的断裂强度在整理后有所变化，但整理剂对其影响不大。
4. 结论
用溶胶-凝胶法制得的纳米TiO2有良好的紫外线吸收屏蔽功能。将该整理剂用于织物整理，可通过简单的浸轧烘工艺赋予棉织物优异、耐久的抗紫外线性能，经50次水洗后，效果仍良好。在一定浓度范围内，随整理液中纳米TiO2浓度的增加，处理棉织物的抗紫外线性能也随之提高，但提高幅度因织物组织结构、厚度不同而异。整理后棉织物的白度、手感和断裂强度均较好。
参考文献
[1] 张立德，牟季美. 纳米材料和纳米结构[M].北京：科学出版社，2001. 51－64，135－138.
[2] 李继泉.纳米科技与纺织产业升级[A].第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C].北京：纺织行业生产力促进中心等，2002.118-122.
[3] 邓桦，忻浩忠等. 纳米材料防紫外涂层织物的研制[J]．印染，2005，8.

[4] G. Reinert, F. Fuso, R. Hilfiker, et al.UV-protecting properties of textile
fabrics and

their improvement [J]. Textile Chemist and Colorist 1997,29(12):36-43.