TiO2在以溶凝胶热处之棉织物其光催化效应之研究-崑山科技大学.docVIP

檸檬酸對毛織物進行溶凝膠熱處之多功能加工之研究 謝松煌、蘇柏榮 崑山科技大學高分子材料系 摘要 本研究是以溶凝膠的方法將含有R側鏈基團之環氧矽烷(GOTMS)與鈦酸丁酯(TTB)互相作用，並在催化劑下發生水解和聚縮合反應製成溶凝膠，對毛織物進行熱處加工，然後再加以多元羧酸加工液進行後加工熱處，以探討不同加工條件對毛織物加工之影響，分別進行電子顯微鏡(SEM)，紅外線光譜儀(FT-IR)，能量分散光譜儀(EDS)及物性分析。由實驗結果：FT-IR及EDS分析得知毛織物與溶凝膠有結合附著，由SEM表面觀察亦有加工物附著，加工毛織物具有抑菌性及良好的抗紫外線；能減少毛織物之收縮率，具有部分耐洗濯性。 關鍵字：多元羧酸、環氧矽烷(GOTMS)、鈦酸丁酯(TTB)、溶凝膠、毛織物 一、前言 隨著工業科技之發展與生活水準的提高，人們對衣物的穿著性能提出了更高的要求，不僅要求美觀，而且要求多功能性，所以紡織工業技術的發展和紡織品趨向高附加價值化、環保化及多功能的方向發展，而且引導市場的主流產品。研發具有抗菌、抑制細菌繁殖、抗紫外線等功能的紡織產品成為重要的發展方向[1-5]。溶膠-凝膠技術製備無機氧化物奈米級溶膠整理織物是改善織物性能使之功能化的新途徑。 溶膠(sol）是指在液體介質中分散了1-100nm粒子(基本單元)的體系；凝膠(gel)是含有亞微米孔和聚合鏈之相互連接的堅實網狀物。溶膠－凝膠法是指金屬有機或無機化合物經過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經熱處理形成氧化物或其他固體化合物的方法[6]。這種凝膠中的膠粒聚集在一起形成網狀構造，膠粒間的相互作用力是靜電力(包含氫鍵)及凡得瓦爾力[7]。溶膠─凝膠法與其他方法比較有以下之優點[8-9]：(1)操作溫度低，使得製備工程易於控制；(2)製品的純度較高，而且溶劑在處理過程中容易被除去；(3)反應從溶液開始使得製備的材料達到高均勻度；(4)可以製備出各種形狀的材料；(5)可以在很寬的密度、表面積和孔徑之範圍內製得乾凝膠。目前，將溶膠-凝膠技術應用於紡織上的研究性報導極為少見，但是根據其基本原理，將其應用到紡織品上，製備功能性織物是具有可行性且很有意義的。 TiO2光觸媒經由紫外線照射，可因分解反應而使空氣或用俱具有防污、抗菌、除臭等功能，所以將TiO2導入纖維、織物或不織布等時，能藉由光催化作用，達到除臭、空氣淨化及去除揮發性有機物質，或是達到殺菌等功效，預期當光觸媒材料進入奈米級時，將可更有效的提升光分解的效應[2,8-9]； 二氧化鈦為n型半導體[10]，本身無毒、化學穩定性高、價格低廉，結晶構造分正方晶系的金紅石(rutile)型、銳鈦礦(antase)型及板鈦礦(brookite)型，其中銳鈦礦(antase)型最常被應用於光催化反應上[11]。當光子(photon)照射於二氧化鈦觸媒表面且其能量(hν)大於或等於二氧化鈦觸媒之能隙值時，於光觸媒的導電帶(conduction band；CB)及價電帶(valence band；VB)分別產生電子與電洞對(electron- electron hole pair)。導電帶上的電子具有還原能力，可將吸附的溶氧分子還原產生O2-；同時價電帶的h+具有強的氧化能力，可以將吸附的水分子或OH-氧化成OH·自由基。陰極上的O2-在酸性溶液中容易進一步反應成H2O2或OH·。OH·一般被認為是光催化反應中的主要氧化劑，導致反應物的分解反應。 毛織物是α－胺基酸脫水縮合而成的多縮胺基酸鏈高分子具有低強度、高伸度、高回潮率、手感柔軟與保溫透氣等多項優點，廣泛使用於穿著衣料，為人喜愛的材料；毛織物易縮水與縮絨，常造成織物尺寸之不安定性，且毛織物屬蛋白質纖維，其脫落物和人體和水混合，易為細菌、黴菌之生長繁植提供了豐富之營養，使織物產生黴變造成疾病之傳播，另方面因微生物而產生劣化，造成產品變色、破壞，因而防縮及抗菌加工之對毛織物之應用而言是相當重要的[12-14]。綜合以上研究發現，毛織物之防縮抗菌加工除了傳統方式外，如採用TiO2等無機超細粉體奈米及功能材料對纖維進行功能性處理，分別具有抗紫外線及抗菌、耐熱、無毒及穩定性強之特點外，不影響織物之強度之優點。 毛織物除應用超細粉體TiO2光觸媒對毛織物進行防縮、抗菌、抗紫外線之多功能加工外[15-18]，鮮少有應用溶膠-凝膠法及奈米材料對毛織物進行可見光光觸媒功能之研究。本研究擬透過溶膠－凝膠技術將環氧基矽烷(GOTMS)與鈦酸丁酯(TTB)在適當的催化劑下發生水解及聚縮合反應，製成溶凝膠，對毛織物進行熱處加工，再與多元羧酸加工液進行熱處加工，來探討其抗菌、除臭、抗紫外線、防縮等多功能加工之可行性。 二、實驗 2-1實驗材料 毛織物：規格為 2-2實驗藥品 1. 環氧基矽烷：C9H20O5Si，