一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料及其制备方法，属于纺织制造技术领域。
背景技术
随着科学技术的不断进步,物质生活水平的逐步提高,人们对纺织品的需求已远远超越了遮体、保暖等基本要求,而更多的是强调对个性的追求,因此,对纺织品的舒适性、功能性等也就有着更多、更高的要求。另外,纺织品除了用于服装外,还广泛地应用于装饰产业等各个领域,这些领域对纺织品的功能性要求也很高。因此,开发功能性纺织品不仅能产生巨大的经济效益和社会效益,也是当今世界纺织品发展的大潮流的要求。棉是自然界中分布最广、最重要的一种天然高分子化合物,其主要成分是纤维素。近年来,虽然有大量的化学纤维应用在人们的日常生活中,但棉织物良好的吸湿性和透气性、穿着舒适、手感较柔软、保暖性又好等优点,使得棉织物仍是人们最大众化的理想面料。
目前应用较多的防污整理剂都为有机氟类整理剂。由于有机氟类防污整理剂分子中的氟离子的电负性大、直径小,可以使化合物的表面自由能显著下降,表现出优异的防污拒油性和稳定性。因此,经有机氟整理剂整理过的织物能显示出一般长碳链、有机硅树脂整理剂所不能达到的防污效果。然而,有机氟也存在价格昂贵、生态环保等挑战。采用溶胶一凝胶技术易于对溶胶进行物理或化学改性,可以方便快捷地赋予纺织品防污性能,其效果等效甚至优于许多传统防污整理剂,还排除了常用的传统整理剂的污染和环保问题。因此,纺织品的溶胶一凝胶法防污整理具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
所述的长效抗污面料主要制备步骤为：
（1）自制改性地纱；
（2）将地纱和面纱织造成基体面料：
（3）纳米凝胶液处理制备长效抗污面料。
根据权利要求1所述的一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料及其制备方法，所述的纳米凝胶液中负载有胶原纤维；
所述的长效抗污面料具体制备步骤为：
（1）自制改性地纱：取蚕丝并按将其置于碳酸钠溶液脱胶处理，静置冷至室温，收集脱胶蚕丝，再取去离子水、氯化钙、无水乙醇和脱胶蚕丝搅拌混合并透析处理，离心分离并收集上层清液，旋转浓缩得再生丝素蛋白颗粒，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，静电纺丝并收集纺丝纤维，得改性填充纤维，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成；添加丝素和胶原纤维混合纺丝的同时，再在材料凝胶处理液中添加胶原纤维包覆改性，胶原纤维和复合纤维之间会发生缠结，起到了骨架作用，改性材料交联结构和性能；
（2）将地纱和面纱织造成基体面料：将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造，织造得基体面料；
（3）纳米凝胶液处理制备长效抗污面料：取去离子水、盐酸和正硅酸乙酯超声振荡后搅拌混合，得溶胶基体液，将胶原蛋白纤维与六氟异丙醇搅拌混合，收集混合液并静电纺丝并收集纺丝纤维，得胶原纤维，按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，研磨分散过筛网，收集得纳米凝胶液，将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧后并置于干燥装置中，用戊二醛溶液蒸汽处理，热压成型，静置冷却至室温，即可完成纳米凝胶液处理；采用了二氧化硅凝胶材料为基体凝胶处理材料，这是由于硅溶胶是低粘度的胶体溶液，分散性好，可充分浸渍充填到纤维材料内部中，特别是本发明技术方案针对的面料这一类的多孔性物质中，并使其表面平滑良好的粘结性，再通过干燥或烧结，可形成坚固的膜，不仅成膜温度较低，而且一旦成膜就不会再溶解在水中或变质，溶胶通过水解后吸附至材料表面，再经过与棉织物之间的氢键作用而吸附在棉织物上，有效包覆改性形成抗污面料。
所述的自制改性地纱制备步骤为：
（1）取蚕丝并按质量比1:10，将其置于质量分数0.5％碳酸钠溶液中浸泡并加热煮沸，脱胶处理1～2h后，静置冷至室温，过滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次后，真空干燥并收集脱胶蚕丝，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～6份氯化钙、5～10份无水乙醇和10～15份脱胶蚕丝置于烧杯中，搅拌混合并置于75～80℃下搅拌溶解，收集溶解液并透析处理，待透析完成后，离心分离并收集上层清液，再在35～40℃下旋转浓缩至原体积的1/5，得再生丝素蛋白颗粒；将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，将纺丝液添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为15～17kV，纺丝温度为20～25℃，湿度为55～65％，同时控制纺丝液流速为2～3mL/h，接收距离为8～10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥3～5h，得改性填充纤维；
（2）按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造。
所述的基体面料制备步骤为：
取精梳棉纺纱并用添纱纬平针结构进行制造，纱线以添纱方式进行喂入，织造处理并控制自制改性地纱为按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成，控制面纱长度为120mm/50线圈，地纱线圈长度为40mm/50线圈，织造得基体面料。
所述的纳米凝胶液处理步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份0.05mol/L盐酸和25～30份正硅酸乙酯置于三口烧瓶中，搅拌混合并超声振荡处理，再在45～55℃下保温搅拌混合25～30min，得溶胶基体液；
（2）按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，搅拌混合并置于研钵中，研磨分散10～15min后，过0.28～0.30μm筛网，收集得纳米凝胶液；
（3）将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧，控制轧余率为70％，待轧制完成后，再在干燥装置中，采用戊二醛溶液蒸汽处理6～8h，收集的蒸汽处理面料并置于65～70℃下干燥10～15min，收集干燥面料并置于XLB-400平板硫化机中，控制热压温度为50～55℃，压强为3～5MPa，压制3～5s后，静置冷却至室温，即可完成纳米凝胶液处理。
所述的戊二醛溶液为质量分数20％的戊二醛溶液。通过20％质量分数的戊二醛溶液进行交联改性，由于戊二醛蒸汽对其改性后，使其交联反应并使纤维化程度提高，交联作用使丝素含量较多的纤维由螺旋结构向折叠结构转变，结晶度增加，使交联后纤维复合材料力学性能更为优异，这样包覆在面料中的纤维和凝胶改性中形成三维缠结和有效的粘黏，进一步提高抗污面料表面凝胶薄膜材料的长效性能。
所述的纺丝液比例为按质量比1：2：10，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合。
所述的过筛网处理采用的是0.28～0.30μm筛网。通过筛选较为合适的材料，有效控制纤网长度和缠结的结构性能，使其不会因为过长，缠结过高，导致材料表面凹凸不平，降低材料表面结构性能的现象发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明技术方案首选采用了二氧化硅凝胶材料为基体凝胶处理材料，这是由于硅溶胶是低粘度的胶体溶液，分散性好，可充分浸渍充填到纤维材料内部中，特别是本发明技术方案针对的面料这一类的多孔性物质中，并使其表面平滑良好的粘结性，再通过干燥或烧结，可形成坚固的膜，不仅成膜温度较低，而且一旦成膜就不会再溶解在水中或变质，溶胶通过水解后吸附至材料表面，再经过与棉织物之间的氢键作用而吸附在棉织物上，有效包覆改性形成抗污面料；
（2）本发明技术方案在针对抗污面料制备的同时，亦提高其长效性能，本发明技术方案通过在基体面料中添加丝素和胶原纤维混合纺丝的同时，再在材料凝胶处理液中添加胶原纤维包覆改性，胶原纤维和复合纤维之间会发生缠结，主要缠结现象中，棉质纤维和胶原纤维的相互交叉缠结，并首先起到了骨架作用，胶原纤维和丝素复合纤维在被热压过程中，在压力作用下先形成缠结网络，同时成型后的纤网受热作用，纤网中纤维在温度和压力的作用下发生变形，同时伴随着纤维组分的流动与扩散，纤维变形部分相互接触并产生扩散，扩散作用有利于形成良好的黏合，通过纤维表面形成的黏结，形成有效的包覆缠结，同时复合材料之间的相互缠结是材料强力的主要来源，所以本发明技术方案采用的凝胶包覆后，其内部负载的胶原纤维与面料中的复合纤维发生缠结，在通过戊二醛溶液进行交联改性，由于戊二醛蒸汽对其改性后，使其交联反应并使纤维化程度提高，交联作用使丝素含量较多的纤维由螺旋结构向折叠结构转变，结晶度增加，使交联后纤维复合材料力学性能更为优异，这样包覆在面料中的纤维和凝胶改性中形成三维缠结和有效的粘黏，进一步提高抗污面料表面凝胶薄膜材料的长效性能，进一步提高其长效抗污性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份0.05mol/L盐酸和25～30份正硅酸乙酯置于三口烧瓶中，搅拌混合并超声振荡处理，再在45～55℃下保温搅拌混合25～30min，得溶胶基体液；取蚕丝并按质量比1:10，将其置于质量分数0.5％碳酸钠溶液中浸泡并加热煮沸，脱胶处理1～2h后，静置冷至室温，过滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次后，真空干燥并收集脱胶蚕丝，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～6份氯化钙、5～10份无水乙醇和10～15份脱胶蚕丝置于烧杯中，搅拌混合并置于75～80℃下搅拌溶解，收集溶解液并透析处理，待透析完成后，离心分离并收集上层清液，再在35～40℃下旋转浓缩至原体积的1/5，得再生丝素蛋白颗粒；按质量比1：2：10，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，将纺丝液添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为15～17kV，纺丝温度为20～25℃，湿度为55～65％，同时控制纺丝液流速为2～3mL/h，接收距离为8～10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥3～5h，得改性填充纤维；再按质量比1:5，将胶原蛋白纤维与六氟异丙醇搅拌混合，收集混合液并添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为12～15kV，纺丝液流速为2～3mL/h，接收距离为9～10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥2～3h，得胶原纤维；按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，搅拌混合并置于研钵中，研磨分散10～15min后，过0.28～0.30μm筛网，收集得纳米凝胶液；取精梳棉纺纱并用添纱纬平针结构进行制造，纱线以添纱方式进行喂入，织造处理并控制自制改性地纱为按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成，控制面纱长度为120mm/50线圈，地纱线圈长度为40mm/50线圈，织造得基体面料；将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧，控制轧余率为70％，待轧制完成后，再在干燥装置中，采用质量分数20％戊二醛溶液蒸汽处理6～8h，收集的蒸汽处理面料并置于65～70℃下干燥10～15min，收集干燥面料并置于XLB-400平板硫化机中，控制热压温度为50～55℃，压强为3～5MPa，压制3～5s后，静置冷却至室温，即可制备得所述的一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料。
实施例1
按重量份数计，分别称量45份去离子水、10份0.05mol/L盐酸和25份正硅酸乙酯置于三口烧瓶中，搅拌混合并超声振荡处理，再在45℃下保温搅拌混合25min，得溶胶基体液；取蚕丝并按质量比1:10，将其置于质量分数0.5％碳酸钠溶液中浸泡并加热煮沸，脱胶处理1h后，静置冷至室温，过滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3次后，真空干燥并收集脱胶蚕丝，再按重量份数计，分别称量45份去离子水、3份氯化钙、5份无水乙醇和10份脱胶蚕丝置于烧杯中，搅拌混合并置于75℃下搅拌溶解，收集溶解液并透析处理，待透析完成后，离心分离并收集上层清液，再在35℃下旋转浓缩至原体积的1/5，得再生丝素蛋白颗粒；按质量比1：2：10，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，将纺丝液添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为15kV，纺丝温度为20℃，湿度为55％，同时控制纺丝液流速为2mL/h，接收距离为8cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥3h，得改性填充纤维；再按质量比1:5，将胶原蛋白纤维与六氟异丙醇搅拌混合，收集混合液并添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为12kV，纺丝液流速为2mL/h，接收距离为9cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥2h，得胶原纤维；按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，搅拌混合并置于研钵中，研磨分散10min后，过0.28μm筛网，收集得纳米凝胶液；取精梳棉纺纱并用添纱纬平针结构进行制造，纱线以添纱方式进行喂入，织造处理并控制自制改性地纱为按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成，控制面纱长度为120mm/50线圈，地纱线圈长度为40mm/50线圈，织造得基体面料；将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧，控制轧余率为70％，待轧制完成后，再在干燥装置中，采用质量分数20％戊二醛溶液蒸汽处理6～8h，收集的蒸汽处理面料并置于65℃下干燥10min，收集干燥面料并置于XLB-400平板硫化机中，控制热压温度为50℃，压强为3MPa，压制3s后，静置冷却至室温，即可制备得所述的一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料。
实施例2
按重量份数计，分别称量47份去离子水、12份0.05mol/L盐酸和27份正硅酸乙酯置于三口烧瓶中，搅拌混合并超声振荡处理，再在47℃下保温搅拌混合27min，得溶胶基体液；取蚕丝并按质量比1:10，将其置于质量分数0.5％碳酸钠溶液中浸泡并加热煮沸，脱胶处理1h后，静置冷至室温，过滤并收集滤饼，用去离子水洗涤4次后，真空干燥并收集脱胶蚕丝，再按重量份数计，分别称量47份去离子水、4份氯化钙、7份无水乙醇和12份脱胶蚕丝置于烧杯中，搅拌混合并置于77℃下搅拌溶解，收集溶解液并透析处理，待透析完成后，离心分离并收集上层清液，再在37℃下旋转浓缩至原体积的1/5，得再生丝素蛋白颗粒；按质量比1：2：10，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，将纺丝液添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为16kV，纺丝温度为22℃，湿度为60％，同时控制纺丝液流速为2mL/h，接收距离为9cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥4h，得改性填充纤维；再按质量比1:5，将胶原蛋白纤维与六氟异丙醇搅拌混合，收集混合液并添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为13kV，纺丝液流速为2mL/h，接收距离为10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥2h，得胶原纤维；按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，搅拌混合并置于研钵中，研磨分散12min后，过0.29μm筛网，收集得纳米凝胶液；取精梳棉纺纱并用添纱纬平针结构进行制造，纱线以添纱方式进行喂入，织造处理并控制自制改性地纱为按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成，控制面纱长度为120mm/50线圈，地纱线圈长度为40mm/50线圈，织造得基体面料；将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧，控制轧余率为70％，待轧制完成后，再在干燥装置中，采用质量分数20％戊二醛溶液蒸汽处理7h，收集的蒸汽处理面料并置于67℃下干燥12min，收集干燥面料并置于XLB-400平板硫化机中，控制热压温度为52℃，压强为4MPa，压制4s后，静置冷却至室温，即可制备得所述的一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料。
实施例3
按重量份数计，分别称量50份去离子水、15份0.05mol/L盐酸和30份正硅酸乙酯置于三口烧瓶中，搅拌混合并超声振荡处理，再在55℃下保温搅拌混合30min，得溶胶基体液；取蚕丝并按质量比1:10，将其置于质量分数0.5％碳酸钠溶液中浸泡并加热煮沸，脱胶处理2h后，静置冷至室温，过滤并收集滤饼，用去离子水洗涤5次后，真空干燥并收集脱胶蚕丝，再按重量份数计，分别称量50份去离子水、6份氯化钙、10份无水乙醇和15份脱胶蚕丝置于烧杯中，搅拌混合并置于80℃下搅拌溶解，收集溶解液并透析处理，待透析完成后，离心分离并收集上层清液，再在40℃下旋转浓缩至原体积的1/5，得再生丝素蛋白颗粒；按质量比1：2：10，将再生丝素蛋白颗粒、胶原蛋白颗粒与六氟异丙醇搅拌混合并置于室温下搅拌混合得纺丝液，将纺丝液添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为17kV，纺丝温度为25℃，湿度为65％，同时控制纺丝液流速为3mL/h，接收距离为10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥5h，得改性填充纤维；再按质量比1:5，将胶原蛋白纤维与六氟异丙醇搅拌混合，收集混合液并添加至玻璃注射器中，控制纺丝电压为15kV，纺丝液流速为3mL/h，接收距离为10cm，静电纺丝并收集纺丝纤维，真空干燥3h，得胶原纤维；按质量比1:15，将胶原纤维添加至溶胶基体中，搅拌混合并置于研钵中，研磨分散15min后，过0.30μm筛网，收集得纳米凝胶液；取精梳棉纺纱并用添纱纬平针结构进行制造，纱线以添纱方式进行喂入，织造处理并控制自制改性地纱为按质量比1:4，将改性填充纤维和精梳棉纺纱进行织造而成，控制面纱长度为120mm/50线圈，地纱线圈长度为40mm/50线圈，织造得基体面料；将制备的基体面料浸泡至纳米凝胶液中，两浸两轧，控制轧余率为70％，待轧制完成后，再在干燥装置中，采用质量分数20％戊二醛溶液蒸汽处理8h，收集的蒸汽处理面料并置于70℃下干燥15min，收集干燥面料并置于XLB-400平板硫化机中，控制热压温度为55℃，压强为5MPa，压制5s后，静置冷却至室温，即可制备得所述的一种基于纳米凝胶处理的长效抗污面料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
取本发明技术方案实施例1、实施例2和实施例3与对照组进行试验对比。
对照组1采用的技术方案为未添加改性填充纤维的地纱和基体溶胶液中未添加胶原纤维制备的复合面料；
对照组2采用的技术方案为基体溶胶液中未添加胶原纤维制备的复合面料；
实验步骤：（1）将上述所述的实施例和对照组材料分别进行洗涤处理，皂洗条件为AATCC%2061A-2003，随后干燥处理，干燥完成后测试重量，检测面料改性后凝胶保留率。
（2）接触角用光学接触角测量仪于室温环境温度下测定，5μL的蒸馏水滴至样品表面15s后开始测量其接触角。
（1）由上表可知，本发明制备面料材料在皂洗5次后，其保留率较未添加改性填充纤维的地纱和基体溶胶液中未添加胶原纤维制备的复合面料具有明显的提高，同时也较未添加胶原纤维制备的复合面料有很好的的保留率，这就说明，本发明技术方案采用了胶原纤维和丝素复合纤维在被热压过程中，在压力作用下先形成缠结网络，同时成型后的纤网受热作用，纤网中纤维在温度和压力的作用下发生变形，同时伴随着纤维组分的流动与扩散，纤维变形部分相互接触并产生扩散，扩散作用有利于形成良好的黏合，通过纤维表面形成的黏结，有效提高材料的长效性能；
（2）由上表可知，本发明制备的面料材料在洗涤前后都具有较好的拒水性能和抗污性能，同时，对照组材料也表现出优异的抗污性能，这是由于本发明技术方案采用了二氧化硅凝胶材料为基体凝胶处理材料，这是由于硅溶胶是低粘度的胶体溶液，分散性好，可充分浸渍充填到纤维材料内部中，溶胶通过水解后吸附至材料表面，再经过与棉织物之间的氢键作用而吸附在棉织物上，有效包覆改性形成抗污面料，使材料抗污性能优异和耐久。
