光触媒加工纺织品在抗菌、抗病毒、消臭功能方面的应用

　　2010-06-11
　　光触媒加工纺织品在抗菌、抗病毒、消臭功能方面的应用

　　北京建元天地环保科技有限公司 努民、钟建军、李文秀

　　日本广濑又一株式会社 丸山贞夫

　　1、前言：

　　以纳米TiO2为主要材料的光触媒在紫外线光的照射下，与空气中的水分子接触，能产生强氧化力的氢氧自由基（--OH-），从而强效分解有机化合物，因此被广泛应用于与大气净化、水净化、抗菌、除臭四个方面有关的方方面面。TiO2自体是无害半导体金属化合物，被应用于防紫外线剂、化妆品等许多领域。在美国和日本为公认的食品添加剂。二十年前TiO2已在瓷砖、涂料中被广泛使用，各相关企业也开发出很多相关产品，但除此之外，TiO2光触媒的实际效果我们却知之甚少。

　　光触媒在紫外线或一部分可视光照射下产生效果，这种效果只产生于光触媒表面，也就是说，对象物质只有接触光触媒表面才能发生分解反应。

　　如下图所示，光触媒的分解能力取决于下列各种因素：紫外线与光触媒的接触面积，触媒的活性能力（紫外线波长与电子空穴对的生成数），紫外线强度和照射时间等

　　2、光触媒应用的限制问题

　　因光触媒有强烈分解有机物的特点，使其被局限于无机物制品上，如陶瓷、玻璃等，虽然能分解细菌、病毒、有机化合物等，但对有机底材也产生分解作用，因此，在有机纤维制品的应用领域受到很大限制，如何将光触媒的抗菌、除臭、防静电、抗紫外线、易去污、吸湿快干等功能应用于纺织纤维制品上，是光触媒科研人员多年研究的课题。主要问题是：TiO2光触媒使用的溶胶强度、常温低压加工技术，特别是纤维制品耐热强度低，使常温、常压下光触媒的加工受到限制。如图所示;TiO2光触媒在无机物上的使用图

　　3、光触媒在纤维加工制品应用问题的解决

　　经多年的研究开发，我们解决了以下问题

　　1）常温加工，使光触媒技术在纺织品领域应用成为可能；

　　2）采用无机物作为缓和材，抑制有机底材的劣化；

　　3）触媒与溶胶的完美结合，解决了附着强度问题，同时，触媒又有足够的分解空间。

　　如图所示：

　　为使TiO2光触媒不直接接触纤维（有机物），我们采用了磷灰石和二氧化硅无机物质作为光触媒的缓和材料，缓和材料被覆于触媒之上，如图所示：磷灰石的缓和作用起到不损伤纤维的作用。磷灰石有很多种种类，我们使用羟基化合磷灰石，它是钙磷酸盐的一种，其成分与人体骨骼相近，生体适应性强，常被应用于人造骨骼，人造牙齿等方面，是安全的无机物质。研究证明，磷灰石成分中的Ca++、氨基酸中的酸性基（-COO-）、HPO42-、PO43-、OH-、-NH3+都有很强烈的吸附作用。

　　以磷灰石为缓和材的光触媒加工液有以下特点；

　　1）不改变织物颜色

　　2）不改变手感

　　3）耐洗涤

　　经十几年的研究开发，纳米TiO2与磷灰石均匀分散的技术已达到最价状态，因而解决了光触媒在纤维制品上应用的诸多困难，因而我们籍此开发了常温硬化型“康洁纺”光触媒纤维加工液。

　　4、康洁纺光触媒纤维加工液

　　康洁纺主要成分是纳米TiO2与磷灰石，本液体根据加工制品的带液量进行稀释使用。浸泡后拧干（或浸压处理），是常温常压下可进行加工的简单工序，此外，稀释后的液体也可进行喷雾方法处理。

　　如图所示：（纤维上的光触媒作用示意图）

　　光触媒与吸附剂复合使用是最常见的加工方法，吸附剂吸收速度较快，首先将各种异味吸附，之后由光触媒逐渐分解，将异味分解后触媒还原，又可继续分解。触媒的分解范围近100纳米（-OH的平均扩散距离），为此，触媒总数并不多，但只要有光，就可长期持续分解。

　　康洁纺光触媒（如图）突出部分的缓和材强烈吸附异味分子，光触媒的高活性物质将异味分解，因而吸附与分解达到了最快最佳状态。

　　5、康洁纺的功能

　　近十年，我们与许多纺织、化纤、印染、衣料企业进行了合作和沟通，虽然康洁纺光触媒纺织品加工技术已被部分企业掌握，但受很多因素影响（如环保意识、成本增加、检测和标准等），这一技术始终没有在中国市场推广。在中国经济高速发展的今天，高附加值、功能性、差别化的纺织品是发展的大方向。

　　康洁纺对所加工的纤维制品无选择性，机织、针织、无纺；化纤、天然纤维及混纺织物等均可，经光触媒加工的纤维制品有以下主要功能:

　　1)抗菌效果：有效分解金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、MRSA、绿脓杆菌、肺炎杆菌等几乎所有种类细菌，抗菌率达99.8%以上，如图所示，经康洁纺加工的毛巾，在365nm紫外线照射、0.1mW/cm2照度下2小时，4小时、8小时的抗菌效果。

　　2)除臭效果：光触媒处理后的织物对氨气、乙酸、硫化氢、乙醛、甲醛、VOC等可有效分解（