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　　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(yīng)用

　　北京建元天地環(huán)保科技有限公司 努民、鐘建軍、李文秀

　　日本廣瀨又一株式會(huì)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(qiáng)氧化力的氫氧自由基（--OH-），從而強(qiáng)效分解有機(jī)化合物，因此被廣泛應(yīng)用于與大氣凈化、水凈化、抗菌、除臭四個(gè)方面有關(guān)的方方面面。TiO2自體是無害半導(dǎo)體金屬化合物，被應(yīng)用于防紫外線劑、化妝品等許多領(lǐng)域。在美國(guó)和日本為公認(rèn)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(shí)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(duì)象物質(zhì)只有接觸光觸媒表面才能發(fā)生分解反應(yīng)。

　　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(zhǎng)與電子空穴對(duì)的生成數(shù)），紫外線強(qiáng)度和照射時(shí)間等

　　2、光觸媒應(yīng)用的限制問題

　　因光觸媒有強(qiáng)烈分解有機(jī)物的特點(diǎn)，使其被局限于無機(jī)物制品上，如陶瓷、玻璃等，雖然能分解細(xì)菌、病毒、有機(jī)化合物等，但對(duì)有機(jī)底材也產(chǎn)生分解作用，因此，在有機(jī)纖維制品的應(yīng)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(yīng)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(qiáng)度、常溫低壓加工技術(shù)，特別是纖維制品耐熱強(qiáng)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(jī)物上的使用圖

　　3、光觸媒在纖維加工制品應(yīng)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(yīng)用成為可能；

　　2）采用無機(jī)物作為緩和材，抑制有機(jī)底材的劣化；

　　3）觸媒與溶膠的完美結(jié)合，解決了附著強(qiáng)度問題，同時(shí)，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(jī)物），我們采用了磷灰石和二氧化硅無機(jī)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(yīng)性強(qiáng)，常被應(yīng)用于人造骨骼，人造牙齒等方面，是安全的無機(jī)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(qiáng)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(diǎn)；

　　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(dá)到最價(jià)狀態(tài)，因而解決了光觸媒在纖維制品上應(yīng)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(jìn)行稀釋使用。浸泡后擰干（或浸壓處理），是常溫常壓下可進(jìn)行加工的簡(jiǎn)單工序，此外，稀釋后的液體也可進(jìn)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(fù)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(kuò)散距離），為此，觸媒總數(shù)并不多，但只要有光，就可長(zhǎng)期持續(xù)分解。

　　康潔紡光觸媒（如圖）突出部分的緩和材強(qiáng)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(dá)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(jìn)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(shí)、成本增加、檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)等），這一技術(shù)始終沒有在中國(guó)市場(chǎng)推廣。在中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(duì)所加工的纖維制品無選擇性，機(jī)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(xì)菌，抗菌率達(dá)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(shí)，4小時(shí)、8小時(shí)的抗菌效果。

　　2)除臭效果：光觸媒處理后的織物對(duì)氨氣、乙酸、硫化氫、乙醛、甲醛、VOC等可有效分解（#p##e#包括汗味、體臭、煙草氣味等）。如圖所示，100%合成纖維窗簾經(jīng)光觸媒加工后的消臭效果結(jié)果（采用乙醛為臭源），可以看出，加工后的織物對(duì)乙醛分解效果十分明顯。

　　下面報(bào)告為我公司在北京室內(nèi)裝飾協(xié)會(huì)，中國(guó)室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心所做100%棉織物經(jīng)光觸媒處理后，在2支40W日光燈照射下，甲醛及VOC分解實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示，經(jīng)光觸媒處理后的織物在普通日光燈照射下對(duì)甲醛及VOC有明顯分解效果。

　　3）抗污及易清洗效果：光觸媒對(duì)各種有機(jī)污染物有強(qiáng)烈分解作用，使污物不易在纖維表面附著并使其持續(xù)分解，可有效解決因有機(jī)化合物造成的對(duì)織物和所處環(huán)境的污染。

　　4）TiO2具有良好的抗紫外線功能

　　5）穿著實(shí)踐證明，光觸媒織物加工的成衣有良好的吸濕透氣性，這主要得益于納米粒子極大的比表面積和康潔紡材料表面具有吸附功能。

　　6）耐洗滌性：經(jīng)光觸媒處理的織物經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)洗滌30次后各項(xiàng)性能不變。

　　6、康潔紡的抗病毒效果：光觸媒的抗病毒效果過去只是理論上的推想，去年2月，經(jīng)光觸媒加工處理的口罩無紡布，經(jīng)日本北里環(huán)境中心病毒部采用A型流感病毒（實(shí)驗(yàn)方法JISR1702）檢測(cè)，抗病毒率達(dá)到99.98%，這一結(jié)論也讓國(guó)際病毒專家們吃驚，在甲型H1N1流感流行期間，光觸媒口罩被日本政府作為醫(yī)用物資收儲(chǔ)

　　7、康潔紡的產(chǎn)品認(rèn)證情況：

　　2006年首家通過日本纖維評(píng)價(jià)技術(shù)協(xié)議會(huì)認(rèn)證

　　2007年首家通過日本纖維制品抗菌、消臭SEK認(rèn)證

　　2009年通過日本光觸媒工業(yè)會(huì)PJA-JISR1702認(rèn)證

　　2009年JISR1702標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證為ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO20743-2009

　　康潔紡的中國(guó)檢驗(yàn)狀況：

　　2009年8月通過中國(guó)室內(nèi)環(huán)境與室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心QB/T2761-2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)定方法》檢測(cè)，對(duì)空氣中甲醛、TVOC有一定祛除作用。（2支40W家用日光燈平行照射，24小時(shí)后甲醛濃度下降68%，TVOC濃度下降64%）

　　2010年2月通過中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所依據(jù)《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》2007年版產(chǎn)品安全性檢測(cè);

　　急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)經(jīng)檢測(cè)為實(shí)際無毒級(jí)（報(bào)告編號(hào)：2009KF1042）；

　　多次皮膚刺激性試驗(yàn)經(jīng)檢測(cè)為無刺激性（報(bào)告編號(hào)：2009KF1043）；

　　皮膚變態(tài)反應(yīng)試驗(yàn)經(jīng)檢測(cè)結(jié)果為未見皮膚變態(tài)反應(yīng)（報(bào)告編號(hào)：2009KF1044）；