2010-06-11
　　光觸媒加工紡織品在抗菌、抗病毒、消臭功能方面的應用

　　北京建元天地環(huán)?？萍加邢薰?努民、鐘建軍、李文秀

　　日本廣瀨又一株式會社 丸山貞夫

　　1、前言：

　　以納米TiO2為主要材料的光觸媒在紫外線光的照射下，與空氣中的水分子接觸，能產(chǎn)生強氧化力的氫氧自由基（--OH-），從而強效分解有機化合物，因此被廣泛應用于與大氣凈化、水凈化、抗菌、除臭四個方面有關(guān)的方方面面。TiO2自體是無害半導體金屬化合物，被應用于防紫外線劑、化妝品等許多領(lǐng)域。在美國和日本為公認的食品添加劑。二十年前TiO2已在瓷磚、涂料中被廣泛使用，各相關(guān)企業(yè)也開發(fā)出很多相關(guān)產(chǎn)品，但除此之外，TiO2光觸媒的實際效果我們卻知之甚少。

　　光觸媒在紫外線或一部分可視光照射下產(chǎn)生效果，這種效果只產(chǎn)生于光觸媒表面，也就是說，對象物質(zhì)只有接觸光觸媒表面才能發(fā)生分解反應。

　　如下圖所示，光觸媒的分解能力取決于下列各種因素：紫外線與光觸媒的接觸面積，觸媒的活性能力（紫外線波長與電子空穴對的生成數(shù)），紫外線強度和照射時間等

　　2、光觸媒應用的限制問題

　　因光觸媒有強烈分解有機物的特點，使其被局限于無機物制品上，如陶瓷、玻璃等，雖然能分解細菌、病毒、有機化合物等，但對有機底材也產(chǎn)生分解作用，因此，在有機纖維制品的應用領(lǐng)域受到很大限制，如何將光觸媒的抗菌、除臭、防靜電、抗紫外線、易去污、吸濕快干等功能應用于紡織纖維制品上，是光觸媒科研人員多年研究的課題。主要問題是：TiO2光觸媒使用的溶膠強度、常溫低壓加工技術(shù)，特別是纖維制品耐熱強度低，使常溫、常壓下光觸媒的加工受到限制。如圖所示;TiO2光觸媒在無機物上的使用圖

　　3、光觸媒在纖維加工制品應用問題的解決

　　經(jīng)多年的研究開發(fā)，我們解決了以下問題

　　1）常溫加工，使光觸媒技術(shù)在紡織品領(lǐng)域應用成為可能；

　　2）采用無機物作為緩和材，抑制有機底材的劣化；

　　3）觸媒與溶膠的完美結(jié)合，解決了附著強度問題，同時，觸媒又有足夠的分解空間。

　　如圖所示：

　　為使TiO2光觸媒不直接接觸纖維（有機物），我們采用了磷灰石和二氧化硅無機物質(zhì)作為光觸媒的緩和材料，緩和材料被覆于觸媒之上，如圖所示：磷灰石的緩和作用起到不損傷纖維的作用。磷灰石有很多種種類，我們使用羥基化合磷灰石，它是鈣磷酸鹽的一種，其成分與人體骨骼相近，生體適應性強，常被應用于人造骨骼，人造牙齒等方面，是安全的無機物質(zhì)。研究證明，磷灰石成分中的Ca++、氨基酸中的酸性基（-COO-）、HPO42-、PO43-、OH-、-NH3+都有很強烈的吸附作用。

　　以磷灰石為緩和材的光觸媒加工液有以下特點；

　　1）不改變織物顏色

　　2）不改變手感

　　3）耐洗滌

　　經(jīng)十幾年的研究開發(fā)，納米TiO2與磷灰石均勻分散的技術(shù)已達到最價狀態(tài)，因而解決了光觸媒在纖維制品上應用的諸多困難，因而我們籍此開發(fā)了常溫硬化型“康潔紡”光觸媒纖維加工液。

　　4、康潔紡光觸媒纖維加工液

　　康潔紡主要成分是納米TiO2與磷灰石，本液體根據(jù)加工制品的帶液量進行稀釋使用。浸泡后擰干（或浸壓處理），是常溫常壓下可進行加工的簡單工序，此外，稀釋后的液體也可進行噴霧方法處理。

　　如圖所示：（纖維上的光觸媒作用示意圖）

　　光觸媒與吸附劑復合使用是最常見的加工方法，吸附劑吸收速度較快，首先將各種異味吸附，之后由光觸媒逐漸分解，將異味分解后觸媒還原，又可繼續(xù)分解。觸媒的分解范圍近100納米（-OH的平均擴散距離），為此，觸媒總數(shù)并不多，但只要有光，就可長期持續(xù)分解。

　　康潔紡光觸媒（如圖）突出部分的緩和材強烈吸附異味分子，光觸媒的高活性物質(zhì)將異味分解，因而吸附與分解達到了最快最佳狀態(tài)。

　　5、康潔紡的功能

　　近十年，我們與許多紡織、化纖、印染、衣料企業(yè)進行了合作和溝通，雖然康潔紡光觸媒紡織品加工技術(shù)已被部分企業(yè)掌握，但受很多因素影響（如環(huán)保意識、成本增加、檢測和標準等），這一技術(shù)始終沒有在中國市場推廣。在中國經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，高附加值、功能性、差別化的紡織品是發(fā)展的大方向。

　　康潔紡對所加工的纖維制品無選擇性，機織、針織、無紡；化纖、天然纖維及混紡織物等均可，經(jīng)光觸媒加工的纖維制品有以下主要功能:

　　1)抗菌效果：有效分解金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、MRSA、綠膿桿菌、肺炎桿菌等幾乎所有種類細菌，抗菌率達99.8%以上，如圖所示，經(jīng)康潔紡加工的毛巾，在365nm紫外線照射、0.1mW/cm2照度下2小時，4小時、8小時的抗菌效果。

　　2)除臭效果：光觸媒處理后的織物對氨氣、乙酸、硫化氫、乙醛、甲醛、VOC等可有效分解（