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除甲醛的紡織物

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甲醛是一種無色的刺激性氣體,沸點為19。5℃,易於揮發,常溫下易溶於水。就室內空氣汙染而言,其主要來源於人造板材、內牆塗料、黏合劑、塑膠桌布、地毯、購置的木質傢俱以及吸菸等產生的煙霧等。甲醛是主要的室內空氣汙染氣體,對人體健康的危害極大,在我國有毒化學品名單上,甲醛位居第二。2004 年,國際癌症研究中心( IARC) 已將甲醛上升為一級致癌物。因此,治理室內空氣汙染,尤其是去除室內空氣中的甲醛,已成為研究的熱點。據統計,現代人約有80%的時間在室內度過,室內空氣質量的優劣直接關係到人體健康。在我國,室內空氣汙染問題仍然比較嚴重。很多癌症、血液病都與室內汙染嚴重緊密相關; 35% 以上的呼吸道疾病、22%的慢性肺病和15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌,均與室內環境汙染有關。目前,治理室內甲醛汙染的空氣淨化技術歸納起來主要有:植物淨化、物理吸附技術、催化技術、化學中和技術、空氣負離子技術、臭氧氧化技術、常溫催化氧化技術、生物技術等。但是,上述方法都存在甲醛去除效率差,且絕大部分為化學試劑,容易造成二次汙染等缺點。

由於紡織品具有表面積大、加工成型、富集汙染物和稀釋分解產物等特殊效能,以其作為載體負載除甲醛劑,製成具有除甲醛功能的紡織品,既可清除空氣中的甲醛,又不會對空氣產生二次汙染,因此已引起了人們的關注。清除空氣中甲醛的紡織品,其清除方法主要有如下三大類,物理吸附法、化學吸附法及物化催化法。

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一是物理吸附法。利用紡織品特有的結構以及負載在紡織品上的吸附劑的作用以吸附甲醛分子。吸附劑其微結構表面有小孔,孔隙多,對甲醛等小分子有很好的吸附作用。吸附劑有活性炭、中間有空腔或螺旋結構的大分子等物質。

又分兩種方式。

一種是及直接利用本身紡織物的吸附特性。一些針織物本身對甲醛有一定的吸附效能,但其吸附效能的強弱與纖維種類有關;其中,羊毛織物吸附效能最好,24h的吸附量可達90%以上,棉纖維次之,在80%~90%之間。織物吸附甲醛氣體後,可透過洗滌去除吸附的甲醛,並重新具有吸附能力,且吸附能力基本沒有降低。日本可樂麗公司開發了一種能吸收甲醛的短纖聚酯織物。該聚酯織物的纖維表面固著有氧化化合物,能有效吸收空氣中的甲醛,其作用能持續約一年。日本住江織物公司開發的一種除臭地毯“Triple Fresh Carpet”,有去除四大惡臭、捲菸煙霧臭及甲醛等三重除臭功能。該地毯表面塗有一層多孔的功能性高分子材料,其中加入了有機胺及幾種金屬鹽類。

另一種是加入吸附好的物質以增加紡織物吸附效能。

加入活性炭。日本興人公司採用纖維紡入法開發了去甲醛紡織品。在粘膠紡絲液中瞬間壓入纖維質量30%的0。5μm活性炭微粉分散液;然後立即經過硫酸和硫酸鈉紡絲凝固浴,紡絲液中的化學物質與水和硫酸反應,生成硫化氫及二硫化碳氣體,從纖維表層排出,形成無數開放的微孔;活性炭微粒則透過微孔直接從外界吸附和去除甲醛等有害物質。

加入竹炭。竹炭纖維內部有微孔、中孔和大孔,且比表面積大。據測定,1cm3竹炭的比表面積高達 350 m2,使竹炭紡織品能吸附多種有害氣體,消除體臭和空氣中的異味。竹炭纖維對甲醛的吸附率為16。00%~19。39%。不同炭化溫度(600~1000℃)的竹炭纖維對甲醛的去除能力不同。經高溫炭化的竹炭吸附甲醛的能力強,且吸附後不易脫附;而低溫炭化的竹炭對甲醛的吸附能力弱。此外還發現,竹炭在50℃時對甲醛有很好的吸附性,因此,在夏天的高溫天氣中,竹炭纖維對甲醛仍有吸附效果。

加入甲殼胺纖維。甲殼胺纖維具有很高的比表面積,與其它纖維混合,可應用於床單、窗簾等室內用品。其透過纖維結構中氨基對甲醛的吸附能力,以去除室內環境中的甲醛。由該纖維製成的過濾裝置,可以去除煙、酒、藥品中的微量甲醛,工業上也可用來處理含甲醛的廢水、廢氣。甲殼胺纖維對甲醛有明顯的吸附作用,每克纖維最多能吸附66。6mg甲醛,預處理溶液的pH值對吸附效能有一定影響,而反應溫度的影響較小。

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二是化學法。使用一些可與甲醛發生分解、氧化、還原、中和、縮合和加成等化學反應的化學試劑,從而將甲醛降解為其他無害物質。甲醛清除劑可在紡織加工過程中附著於紡織品上,主要有纖維紡入法和後整理方法(浸軋、塗料印花或塗層等),從而達到清除存在於空氣中甲醛的目的。

多酚類化合物。它是從天然植物中提取的多羥基酚類衍生物的混合物,具有抗菌和消臭功能。從多酚類植物中提取有效成分,並固著在織物上而製備的除甲醛織物,為功能性紡織品的開發提供了一種新的方法。透過研究植物多酚與甲醛的反應效能,研製了一種除甲醛整理劑。將該整理劑固著於棉織物,並用鋅離子處理,其甲醛去除率高達91。8%,經10次洗滌後,甲醛去除率仍可達到80%以上。

藏青果(一種喬木)提取物。發現其與真絲織物容易直接固著,並且提取物中的多酚成分能與甲醛發生化學反應。利用這一特點,採用浸漬法,在整理液pH值為4,溫度70℃下處理真絲織物2h,製備了具有除甲醛功能的真絲織物。經測試,真絲織物24h對空氣中甲醛的去除率達到84。5%,而相同時間內普通真絲織物的甲醛去除率僅為9。8% 。經藏青果提取物整理後的真絲織物,經Fe2+或Al3+進一步後處理,有助於改善織物除甲醛功能的耐水洗效能。

氯化血紅素。天然的金屬卟啉類化合物,具有良好的催化活性,且催化效能穩定。瀋海蓉等將其接枝到苧麻纖維上,利用密閉空間中甲醛的消除率來表徵該材料對甲醛的吸附降解能力。空間中氧氣含量與纖維吸附降解甲醛成正比,在氧氣含量分別為21%、35。8%、65。4%和95。0%的環境中,接枝率為0。35%的功能苧麻纖維,能吸附降解初始質量濃度約為1mg/kg的甲醛氣體,並分別達60。4%、70。5%、75。9%和80。8%。但是在吸附試驗3h後,對測試系統在60℃下加熱5min,發現甲醛有反釋放現象。功能苧麻纖維的甲醛反釋放量為4。1%,相對60%~80%的甲醛被分解,其反釋放量是較低的。

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三是物化催化法。光催化技術是近幾年發展起來的一項空氣淨化技術。該技術已成為空氣汙染治理技術研究和開發的熱點。光觸媒除甲醛紡織品以其反應條件溫和、能耗低和二次汙染少等優點,將成為未來除甲醛紡織品的主要研究方向之一。效能優良的光觸媒除甲醛紡織品要求具有除甲醛率高、耐洗性好、色牢度、光澤、外觀基本不變,同時保持紡織品本身的強力。日本多家公司利用光催化技術開發了除甲醛產品,在傢俱及汽車用品超市有售,主要是直接噴到空氣或新增到塗料中使用,目前這幾家公司也開發了紡織品後處理用助劑,產品技術水平正在不斷提高。

利用光催化奈米物質氧化原理,使甲醛分解成為二氧化碳和水的方法(也有稱為光觸媒催化法) ,其應用已引起廣泛關注。該法可多次使用,對人體無毒無害。其中奈米TiO2由於具有殺菌廣譜、耐久、安全、無二次汙染等一系列效能優點,在環境淨化方面顯示了良好的應用價值。在國內,研究開發負載奈米TiO2紡織品已成為此領域的熱點。

可將奈米TiO2光觸媒分別負載於滌綸針刺無紡布、毛織物基材上。工藝為,TiO2分散液負載量5mL,光照強度800μW/m2,反應時間48h,採用浸塗法將奈米TiO2光觸媒負載於紡織品上。整理後,滌綸針刺非織造布對甲醛氣體的光催化降解效率可達63。6%。毛織物本身具有一定的吸附甲醛能力,奈米TiO2的負載量為5mL時,高支全毛貢絲錦對甲醛降解率可達96。4%。將自制的奈米TiO2用於棉織物的複合功能整理,整理後織物在紫外光照射下,對空氣中甲醛的光催化分解能力在100min內可達到90%以上,且織物強力和白度無明顯變化。

不同後整理工藝引數對紡織品吸收分解甲醛的效果影響很大。採用軋烘焙工藝將NanoPC系列改性奈米TiO2光觸媒整理劑施加到棉織物上,探討光觸媒整理劑的用量、光觸媒整理劑與交聯劑用量比、以及焙烘條件等對甲醛降解效果的影響。結果表明,經光觸媒整理劑1-1。5%於130℃焙烘處理5min,棉織物對甲醛的降解率達90%以上,且織物仍具有良好的手感、耐洗性,而斷裂強力、撕破強力和纖維聚合度均無明顯變化。

為提高室內裝飾織物對甲醛的吸附能力,以及過濾紡織材料對甲醛的過濾能力,有研究者採用射頻磁控濺射方法,在純棉機織物和滌綸針織物表面負載奈米TiO2功能結構層。結果表明,負載奈米TiO2的棉織物光催化降解甲醛氣體的效能( 降解率為 54% ) 優於負載奈米TiO2的滌綸織物。

採用浸漬法制備負載奈米TiO2的織物,基質布料為棉布,其中,採用聚乙烯醇/奈米TiO2溶膠製備法得到的負載奈米TiO2織物增重率最高,降解甲醛的效果最佳。在模擬車內環境測定裝置中測得2h內甲醛氣體降解達63%。以針刺非織造布為材料,經塗層整理後製成一種新型的可淨化車內甲醛氣體的窗簾材料,測試結果顯示,在254nm、40W紫外燈光照射24h 條件下,該窗簾材料對甲醛氣體的降解率可達82%,且具有較高的強力、適中的柔軟性和良好的透氣效能。

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從技術層面上還有諸多問題需要突破,才能開發出良好的光觸媒除甲醛紡織品。目前,大致有以下幾個技術問題需要解決。

一是紡織品用光觸媒物質的研究。光觸媒對光吸收僅侷限於紫外區波長為387nm附近紫外光,從而限制了其對太陽光的利用。針對上述問題,可研究利用表面螯合、衍生、貴重金屬沉積、半導體耦合、金屬離子摻雜等技術,開發可見光的光觸媒紡織品。

二是當光觸媒粒徑達到奈米級時,小顆粒會產生團聚現象,影響光觸媒的均勻分散及其光催化活性。可研究開發奈米級紡織品用光觸媒高光催化活性的光觸媒物質。

三是光觸媒對纖維摻入或對紡織品塗層過程中,其顆粒粒徑不容易控制,會有分散不均勻、顆粒團聚等問題; 在使用過程中,由於光觸媒較強的氧化還原性,會促使紡織品的纖維材料本身或者聯結兩者的黏合劑過早老化; 再者,光觸媒是利用光能發揮效用的材料,當它混入纖維紡織材料內部時,如果不能充分接受太陽光的照射,也就不能很好地發揮光催化作用。文獻報道,用氟樹脂、烷氧基矽、丙烯酸矽膠與吸水性無機多孔材料混合物和氧化矽等有機矽化合物、磷灰石和沸石等多孔性膜包覆光觸媒微顆粒,在提高光觸媒光催化活性的同時,還阻止光觸媒與纖維紡織品以及兩者間黏合劑的直接接觸,防止纖維或黏合劑過早老化,而有害物質可以透過包覆膜的細孔與光觸媒接觸後消除。

四是加工工藝研究。光催化整理劑負載到織物上主要有三種方式:一是在紡絲時,整理劑與原料一併加入的紡入法;二是後整理法,有表面噴塗或塗敷法,後整理浸軋法。由於光觸媒本身對纖維沒有親和力,僅透過物理吸附固著在織物表面,經一次或多次水洗後,織物就喪失了光催化能力。因此,需要採用合適的方法提高牢度。其它還有均勻性、手感、外觀、提高分解甲醛效率和降低成本等問題。

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隨著人們生活水平的提高,室內用紡織品的更新速度逐年加快,用量逐年提高。室內用紡織品如貼牆布、壁掛、沙發座椅面料、地毯、床上用品和窗簾等,其表面積較大,覆蓋室內的面積也很大,所以,在保持室內紡織品特有的裝飾性和功能性的前提下,除甲醛淨化室內空氣的紡織品應用空間將很廣闊。

除甲醛紡織品在汽車內飾領域中的應用也不可小覷。車內空間狹窄且密閉,車內甲醛氣體大多嚴重超標,尤其是新車。汽車內飾大多為紡織品覆蓋,包括座椅面料、車頂、門飾、護壁、地毯、行李箱襯墊、遮陽板、安全帶等,透過不同的後加工工藝,使得上述車用紡織品具有除甲醛功能,是有效解決車內甲醛汙染問題的一項較好措施。隨著國內汽車生產量的不斷增長,車用除甲醛紡織品的需求也將不斷提升。

參考文獻:

1、李宏豔等,除甲醛紡織品的研究現狀及發展前景,印染,2014年8月

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