一种轻质抗紫外面料及其制备方法

技术领域

本发明涉及面料技术领域，具体为一种轻质抗紫外面料及其制备方法。

背景技术

太阳光谱中的紫外线不仅使纺织品褪色和脆化，也可使人体皮肤晒伤老化，产生黑色素和色斑，更严重的还会诱发癌变，危害人类健康；紫外线对人体的皮肤和眼睛的影响最为明显。皮肤对紫外线的吸收与其波长有关。波长越短，透入皮肤的深度越小，照射后黑色素沉着较弱；波长越长，透入皮肤的深度越大，照射后黑色素沉着较强。

基于人们对于紫外线防护的重视，防紫外线面料应运而生，这是一种人体避免过量紫外线的辐射的保护材料，可以防止人体皮肤晒伤老化；但现有的防紫外线面料的制备工艺复杂，且面料功能单一，无法满足实际的使用需求。

基于该情况，本申请公开了一种轻质抗紫外面料及其制备方法，以解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质抗紫外面料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种轻质抗紫外面料，所述面料包括基布，所述基布上表面沉积有二氧化钛层，所述二氧化钛层上方设有金属骨架层。

较优化的方案，所述金属骨架层表面通过功能化壳聚糖、柠檬醛改性处理。

较优化的方案，所述金属骨架层主要由多元羧酸、稀土氯化物反应制得。

较优化的方案，所述稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物中的任意一种或多种。

较优化的方案，所述多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

较优化的方案，一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液浸泡，去离子水超声清洗，下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，超声分散5-10min，去离子清洗，真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，下超声分散5-10min，去离子清洗，真空干燥；

(4)重复(3)步骤3-4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散，加入功能化壳聚糖，混合搅拌，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换，去离子水超声清洗，真空干燥，得到所述面料。

较优化的方案，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡10-20min，去离子水超声清洗10-15min，60-80℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，85-90℃下超声分散5-10min，去离子清洗10-20min，100-110℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，85-90℃下超声分散5-10min，去离子清洗10-20min，100-110℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤3-4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散30-40min，加入功能化壳聚糖，混合搅拌30-40min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3-4h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换2-3d，去离子水超声清洗30-40min，真空干燥，得到所述面料。

较优化的方案，步骤(5)中，所述功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，所述壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为(1.5-2)：1。

较优化的方案，所述双醛壳聚糖的制备方法为：取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1-2h，加入高碘酸钠，微波条件下处理5-10min，避光搅拌20-22h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖。

较优化的方案，步骤(2)中，原子层沉积反应温度为100-105℃，沉积厚度为200-250nm。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本申请公开了一种轻质抗紫外面料及其制备方法，其中面料整体结构为：基布-二氧化钛层-金属骨架层，其中二氧化钛层通过原子层沉积制备得到，当受到紫外光照射时，二氧化钛层会对紫外线进行吸收，同时二氧化钛层还能够散射、反射紫外线，因此二氧化钛层的沉积可以有效提高面料的抗紫外线能力。

金属骨架层为以2-氨基对苯二甲酸作为有机配体制备的MOF材料，正因为有机配体选择为当以2-氨基对苯二甲酸，该配体上吸电子或给电子基团会产生共轭和诱导效应，导致MOF材料与基布之间的结合性能较弱，负载量较少，也正是因为该原因，本申请才会设置二氧化钛层，由于二氧化钛层的沉积，金属骨架层和基布之间存在过渡，金属骨架层的整体吸附量得到进一步提升，远远大于直接在基布表面进行负载时的负载量。

本申请制得得到金属骨架层后，通过功能化壳聚糖、柠檬醛进行改性处理，其中功能化壳聚糖为壳聚糖、双醛壳聚糖混合物，当基布表面通过功能化壳聚糖改性处理后，金属骨架层配体的氨基能够与双醛壳聚糖的醛基发生席夫碱反应，同时壳聚糖本身也会与双醛壳聚糖发生交联，此时体系中含有大量的席夫碱基团，席夫碱基团的生成能够有效提高面料的紫外吸收能力，从而有效提高面料的抗紫外线能力。

同时，柠檬醛是一种优异的抗菌材料，但该组分易氧化变质、易挥发，因此本申请将其接枝在金属骨架表面，以提高其化学稳定性，同时柠檬醛接枝过程中也会与壳聚糖、MOF材料表面的氨基发现席夫碱反应，以进一步提高面料的抗菌性能和抗紫外线能力。

由于席夫碱对酸比较敏感，在后续面料使用时，细菌的生长会导致面料表面呈现微酸环境，此时席夫碱键断裂并释放柠檬醛、双醛壳聚糖，使得面料具有优异的抗菌、杀菌性能。

本申请中基布选择为包括但不仅限于选择棉织物，还可以选择其他材质的面料。

本申请公开了一种轻质抗紫外面料及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，制备得到的面料不仅具有优异的抗紫外线能力，同时还具有较优异的抗菌性能，面料可广泛应用至各个领域，具有较高的实用性。

具体实施方式

下面将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。

实施例1：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡10min，去离子水超声清洗10min，60℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为100℃，沉积厚度为200nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，85℃下超声分散5min，去离子清洗10min，100℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，85℃下超声分散5min，去离子清洗10min，100℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤3次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1h，加入高碘酸钠，微波条件下处理5min，避光搅拌20h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散30min，加入双醛壳聚糖、壳聚糖，混合搅拌30min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换2d，去离子水超声清洗30min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为1.5：1。稀土氯化物为氯化铕六水合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

实施例2：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，去离子水超声清洗13min，70℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为102℃，沉积厚度为225nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，88℃下超声分散7min，去离子清洗14min，106℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，87℃下超声分散8min，去离子清洗18min，105℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1.4h，加入高碘酸钠，微波条件下处理8min，避光搅拌21h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散35min，加入双醛壳聚糖、壳聚糖，混合搅拌35min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3.5h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换3d，去离子水超声清洗35min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为1.8：1。稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物混合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

实施例3：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡20min，去离子水超声清洗15min，80℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为105℃，沉积厚度为250nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，90℃下超声分散10min，去离子清洗20min，110℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，90℃下超声分散10min，去离子清洗20min，110℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌2h，加入高碘酸钠，微波条件下处理10min，避光搅拌22h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散40min，加入双醛壳聚糖、壳聚糖，混合搅拌40min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应4h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换3d，去离子水超声清洗40min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为2：1。稀土氯化物为氯化镧六水合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

对比例1：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，去离子水超声清洗13min，70℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为102℃，沉积厚度为225nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，88℃下超声分散7min，去离子清洗14min，106℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，87℃下超声分散8min，去离子清洗18min，105℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1.4h，加入高碘酸钠，微波条件下处理8min，避光搅拌21h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散35min，加入双醛壳聚糖、壳聚糖，混合搅拌35min，去离子水超声清洗35min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为1.8：1。稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物混合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

对比例1在实施例2的基础上进行改进，对比例1中并未接枝柠檬醛，其他组分含量和步骤参数与实施例2一致。

对比例2：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，去离子水超声清洗13min，70℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为102℃，沉积厚度为225nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，88℃下超声分散7min，去离子清洗14min，106℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，87℃下超声分散8min，去离子清洗18min，105℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1.4h，加入高碘酸钠，微波条件下处理8min，避光搅拌21h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散35min，加入双醛壳聚糖，混合搅拌35min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3.5h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换3d，去离子水超声清洗35min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物混合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

对比例2在实施例2的基础上进行改进，对比例2中仅添加壳聚糖，其他组分含量和步骤参数与实施例2一致。

对比例3：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，去离子水超声清洗13min，70℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，以四异丙醇钛和水作为反应前驱体，氮气吹扫后进行原子层沉积，在基布表面形成二氧化钛层；原子层沉积反应温度为102℃，沉积厚度为225nm。

(3)取步骤(2)处理后的基布，置于多元羧酸水溶液中，88℃下超声分散7min，去离子清洗14min，106℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，87℃下超声分散8min，去离子清洗18min，105℃下真空干燥；

(4)重复(3)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(5)取步骤(4)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散35min，加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3.5h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换3d，去离子水超声清洗35min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物混合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

对比例3在实施例2的基础上进行改进，对比例2中未添加功能化壳聚糖，其他组分含量和步骤参数与实施例2一致。

对比例4：

一种轻质抗紫外面料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取基布，置于氢氧化钠溶液中，浸泡15min，去离子水超声清洗13min，70℃下真空干燥；

(2)取干燥后的基布，置于多元羧酸水溶液中，88℃下超声分散7min，去离子清洗14min，106℃下真空干燥，再置于稀土氯化物水溶液中，87℃下超声分散8min，去离子清洗18min，105℃下真空干燥；

(3)重复(2)步骤4次，真空干燥，形成金属骨架层；

(4)取壳聚糖，乙酸溶解，混合搅拌1.4h，加入高碘酸钠，微波条件下处理8min，避光搅拌21h，抽滤，洗涤干燥，得到双醛壳聚糖；

取步骤(3)处理后的面料，置于二甲基亚砜溶液中，超声分散35min，加入双醛壳聚糖、壳聚糖，混合搅拌35min，再加入柠檬醛、吡啶和二环己基碳二亚胺，氮气环境下避光反应3.5h，离心过滤，DMF洗涤后浸泡至二氯甲烷溶液中，置换3d，去离子水超声清洗35min，真空干燥，得到所述面料。

本实施例中，功能化壳聚糖包括壳聚糖和双醛壳聚糖，壳聚糖和双醛壳聚糖的质量比为1.8：1。稀土氯化物为氯化铕六水合物、氯化镧六水合物混合物；多元羧酸为2-氨基对苯二甲酸。

对比例4在实施例2的基础上进行改进，对比例4中未沉积二氧化钛层，其他组分含量和步骤参数与实施例2一致。

检测试验：

取实施例1-3、对比例1-4制备的面料样品，分别依据GB-T 18830-2002《纺织品防紫外线性能的评定》进行性能测试，UPF为紫外线防护系数；依据GBT20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行抗菌性能测试，试验菌种为大肠杆菌，具体可见下表：

结论：本申请公开了一种轻质抗紫外面料及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，制备得到的面料不仅具有优异的抗紫外线能力，同时还具有较优异的抗菌性能，面料可广泛应用至各个领域，具有较高的实用性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。