《Textiles》：Enhancement of UV Protection and Performance of Reactive-Dyed Cotton Fabrics via TiO2 Nanoparticle Pad–Dry–Cure Treatment
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多功能纺织品的发展，特别是增强紫外线（UV）防护性能，由于对防护和高性能服装的需求增长而受到越来越多的关注。在本研究中，使用三种染料浓度（0.5%、1.5%和3.0% owf）染色的棉织物，通过浸轧-烘干-固化工艺用二氧化钛（TiO2）纳米粒子进行功能化处理。
多功能纺织品的发展，特别是增强紫外线（UV）防护性能，由于对防护和高性能服装的需求增长而受到越来越多的关注。在本研究中，使用三种染料浓度（0.5%、1.5%和3.0% owf）染色的棉织物，通过浸轧-烘干-固化工艺用二氧化钛（TiO2）纳米粒子进行功能化处理。通过色度测量、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析、扫描电子显微镜（SEM）分析和紫外线防护因子（UPF）评估，研究人员研究了TiO2浓度和洗涤对色强度、色牢度、紫外线防护、织物刚度和浸轧-烘干-固化即时洗涤耐受性的影响。TiO2处理仅引起色强度的微小变化，而色牢度和织物刚度基本保持。FTIR和SEM分析提供了与TiO2含量材料沉积及其洗涤后部分去除相一致的证据。最显著的改善出现在紫外线防护方面，TiO2处理的织物表现出显著高于未处理样品的UPF值，同时在洗涤后保持增强的防护。这些发现表明，TiO2纳米粒子浸轧-烘干-固化处理是提高反应性染色棉织物紫外线防护性能的有效后染色策略，而不损害其颜色耐久性或手感特性。
**论文解读：基于TiO2纳米粒子浸轧-烘干-固化处理的反应性染色棉织物紫外线防护增强研究**
**研究背景与问题**
随着功能性纺织品需求的日益增长，紫外线（UV）防护性能已成为高性能服装和防护材料的关键指标之一。长期暴露于紫外线辐射会导致皮肤过早老化、DNA损伤甚至皮肤癌，因此开发具有高效UV屏蔽能力的织物具有重要的现实意义。棉纤维因其舒适性、透气性和皮肤相容性而广泛使用，但未处理的棉织物由于结构相对疏松且固有UV吸收能力低，通常提供有限的UV防护。染色过程，特别是使用反应性染料时，可通过染料分子的共轭发色团吸收部分UV辐射，从而在一定程度上改善防护效果，但其改善程度受染料化学结构、浓度和织物构造等因素制约。此外，反应性染料的光稳定性随发色团结构而异，在长期UV暴露下可能发生光降解。因此，在已染色织物上施加额外的UV屏蔽剂，如二氧化钛（TiO2）纳米粒子，成为一种有前景的改进策略。尽管已有研究探讨了TiO2对未染色棉或同时染色功能化的影响，但对已染色棉织物进行后处理TiO2沉积的系统研究仍相对有限，尤其缺乏对染料类型、染料浓度、TiO2负载量及洗涤处理共同作用的综合评估。现有文献多集中于单独功能化或未染色基材，很少在同一实验框架内全面考察TiO2处理对颜色表现、牢度、刚度、表面形态和洗涤耐久性的联合影响。
**研究内容与结论**
研究人员针对上述空白，采用三种商用反应性染料（Novacron Yellow FN-R、Novacron Blue FN-R和Novacron Red FN-R）在三种浓度（0.5%、1.5%和3.0% owf）下对棉织物进行染色，随后通过浸轧-烘干-固化工艺在两种TiO2浓度（1 g L
?1和2 g L
?1）下进行功能化处理。研究评估了处理前后及一次标准洗涤（ISO 105-C06 C2S）后样品的色强度（K/S）、耐摩擦色牢度、耐光色牢度、弯曲长度、FTIR光谱、SEM形态和UPF值。结果表明，TiO2处理对色强度的影响因染料种类、染料浓度和洗涤条件而异，但总体变化幅度较小；色牢度（干湿摩擦和耐光）在处理后基本保持，甚至略有提升；弯曲长度测量显示织物刚度几乎未受影响。FTIR和SEM分析证实了含TiO2材料在纤维表面的沉积，并指出洗涤后部分去除。最显著的改进体现在UV防护方面：未处理漂白棉的UPF值仅为6.5，而TiO2处理后升至21.1（良好防护等级）；黄色反应性染色并处理样品的UPF达到27.7（很好防护等级），洗涤后虽降至16.4，但仍高于未处理样品。该研究发表于《Textiles》期刊，其意义在于提出了一种有效的后染色功能化策略，能够在保持颜色耐久性和手感的前提下显著提升棉织物的UV防护性能。
**主要技术方法**
研究人员采用的主要技术方法包括：浸轧-烘干-固化工艺用于TiO2纳米粒子（平均粒径21 nm，Merck，印度）的沉积，其中使用丙烯酸粘合剂（Ascuryl E-HL）促进附着，并添加表面活性剂改善分散；色强度通过Datacolor 650分光光度计测量，基于Kubelka-Munk理论计算；耐摩擦色牢度按ISO 105-X12标准测试；耐光色牢度按ISO 105-B02标准使用氙灯测试；弯曲长度使用Shirley硬度测试仪按BS 3356标准测量；FTIR光谱使用PerkinElmer光谱仪记录；SEM分析使用JEOL扫描电镜观察表面形态；UPF值按AATCC测试方法183计算。样本为商用100%棉机织物（105 g m
?2），染料由Huntsman（新加坡）提供。
**研究结果**
**3.1 色强度（K/S）**：黄色样品在低染料浓度（0.5% owf）下，TiO2处理后K/S值略增；中间浓度（1.5% owf）下T2样品K/S值下降；高浓度（3.0% owf）下T1-W样品K/S值最高。蓝色样品在0.5%和1.5%浓度下处理后K/S值略降，但高浓度下洗涤后样品K/S值接近或略高。红色样品整体变化较小，高浓度下所有处理样品K/S值均略增。结论是TiO2处理对色强度影响不显著，变化取决于染料和浓度，可能源于TiO2的散射效应与染料吸收的相互作用。
**3.2 耐摩擦色牢度**：干摩擦牢度在所有样品中均较高（4.7–5），湿摩擦牢度略低，但TiO2处理样品与对照相当，表明处理未损害染料-纤维结合。
**3.3 耐光色牢度**：黄色和红色样品耐光牢度在4.0–4.8之间，蓝色样品最高（接近5），TiO2处理未造成损害，某些条件下略有提高，表明处理未影响染料光稳定性。
**3.4 弯曲长度**：所有样品弯曲长度在1.49–1.60 cm范围内，处理前后差异极小，说明TiO2处理对织物刚度影响可忽略。
**3.5 FTIR分析**：光谱显示典型的纤维素和丙烯酸粘合剂吸收峰，洗涤后部分峰强度降低，尤其在1160–1020 cm
?1区域，表明处理材料部分去除。弱峰（871 cm
?1和720 cm
?1）与Ti-O振动相关，支持TiO2沉积。
**3.6 SEM分析**：未洗涤样品（T1和T2）表面可见颗粒沉积和局部团聚，洗涤后（T1-W和T2-W）覆盖度降低，但仍有残留，证实部分保留。
**3.7 UPF分析**：未处理漂白棉UPF为6.5，处理后升至21.1；黄色染色棉UPF从9.0升至27.7，洗涤后降至16.4，但仍高于未处理样品。结论是TiO2处理显著提高UPF，洗涤后部分下降但保持优于未处理。
**讨论与结论**
讨论部分强调了TiO2纳米粒子与反应性染料在UV吸收和散射上的协同作用，并提出处理材料在洗涤后的部分去除归因于粘合剂和界面相互作用的有限耐久性。结论部分指出，TiO2纳米粒子浸轧-烘干-固化处理是提高反应性染色棉织物UV防护性能的有效方法，且不损害色牢度、色强度和手感。研究局限性包括缺乏表面元素定量分析（如XPS或EDX）和UPF测量仅限黄色染料，建议未来研究改进固定策略以减少团聚，并评估长期洗涤耐久性和工业适用性。
