[发明专利]一种氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维表面改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种羊毛纤维的改性方法，具体涉及一种氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维表面改性的方法。

背景技术

纳米二氧化钛被公认为当今世界最好的光催化材料，具有安全、无毒副作用、性能稳定、成本低廉、无二次污染、优良的抗紫外线、抗菌和自清洁功能，将其与普通纺织材料相结合，可以保护人们免受紫外线的侵害，减少疾病传播，还可以自清洁污渍，因此具有十分重要的实际应用价值和发展前景。

然而，锐钛矿型纳米二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，其对应的吸收波长为387.5nm，吸收波段仅局限于紫外线区，只能利用在太阳光中占3%～5%的紫外线，同时也限制了二氧化钛光催化技术在室内的应用，氮掺杂纳米二氧化钛将吸收波段扩展到了可见光区。因此，制备氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维对于提高太阳能的利用率，推进光催化自清洁技术实用化进程具有重要作用。

目前，制备纳米二氧化钛的方法主要有：溶胶凝胶法、均匀沉淀法、微乳法和水热法等。其中水热法制备的纳米颗粒具有形貌可控、晶粒发育完整、纯度高、分散性好、粒径小且分布均匀、团聚少，并且不用高温煅烧，反应产生的污染物少等优点，因而被人们广泛地研究。羊毛纤维作为一种天然的蛋白质纤维，具有良好的弹性、柔和的光泽、较强的吸湿性和保暖性等优良特性，作为高档纺织面料一直备受消费者的青睐，但是羊毛纤维表面的鳞片结构使其不仅天然疏水，而且容易发生毡缩，吸湿排汗速率较低，染色性能较差，如果洗涤、储藏不当还容易发生虫蛀、变性等问题，因此影响了羊毛织物的风格和尺寸稳定，限制了羊毛服装的使用。

目前使用钛酸四丁酯和氯化铵对羊毛纤维进行水热改性的相关技术还没有。纳米材料在纺织行业中的应用主要通过共混纺丝和后整理两种方法来实现。共混纺丝法无法适用于天然纤维，仅能应用于合成纤维的改性，而且纳米颗粒的制备过程较为复杂，颗粒极易团聚，包裹在纤维内部的纳米颗粒也不能与氧气、水分接触，功能不能发挥出来，因而共混纺丝法的发展受到了限制。后整理方法一般采用溶胶-凝胶技术制备出纳米二氧化钛整理液，然后对织物进行浸渍（轧）、预烘和焙烘等处理，或采用紫外线辐照，在纤维表面包覆一层二氧化钛颗粒，以改善织物的亲水、防毡缩、抗菌和抗紫外线等性能，后整理方法虽然比较简单，但粘合剂对纳米颗粒形成包裹，影响功能的发挥，而且整理后的织物手感明显变差，织物风格大受影响，亦不能很好地解决纳米颗粒在纤维表面均匀包覆和牢固附着等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维表面改性的方法，经改性的羊毛纤维不仅不易毡缩、不易沾污，而且耐洗涤性能显著提高。

本发明所采用的技术方案是，一种氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维表面改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将羊毛纤维放置于配置好的碳酸钠溶液中，进行预处理，将预处理的羊毛纤维洗净、烘干；

步骤2、配置前驱物混合溶液，利用前驱物混合溶液对预处理的羊毛纤维进行水热改性，获得改性后的羊毛纤维；

步骤3、将改性羊毛纤维进行洗涤和烘干，完成氮掺杂纳米二氧化钛羊毛纤维表面改性。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

1）称取羊毛纤维的质量；

2）按照1）中羊毛纤维的质量称取碳酸钠，羊毛纤维与碳酸钠的质量比为1～4：1，量取去离子水，将称取的碳酸钠倒入量取的去离子水中，使碳酸钠充分溶解于去离子水，配置成质量体积百分比浓度为0.5g/L～2g/L的碳酸钠溶液；

3）将1）中称取的羊毛纤维投入2）中配置好的碳酸钠溶液中，于40℃~60℃条件下，将羊毛纤维在碳酸钠溶液中浸泡10min～30min，完成对羊毛纤维的预处理；

4）捞取出预处理的羊毛纤维，再将预处理的羊毛纤维分别用30℃~50℃丙酮和40℃~60℃无水乙醇溶液各清洗5min～15min，之后再用去离子水漂洗1～3次，最后将洗净的羊毛纤维置于70℃~90℃条件下烘干。

步骤2具体按照以下步骤实施：

1）称取经步骤1预处理后的羊毛纤维，按称取的预处理后羊毛纤维的质量称取钛酸四丁酯，预处理后羊毛纤维与钛酸四丁酯的质量比为2～4：1；

2）量取无水乙醇，将1）中称取的钛酸四丁酯溶解于量取的无水乙醇中，每克钛酸四丁酯需要100ml～150ml的无水乙醇，形成混合溶液；