鹼 化 條 件 及 T i O

鹼 化 條 件 及 T i O ² 濃 度 對 T / W 混 紡 織 物 多 功 能 加 工 之 研 究

崑山科技大學高分子材料系 摘要

本研究係以 T/W 混紡織物經不同濃度、不同 溫度之鹼處理，再以不同濃度對應比之 TiO2、偶聯 劑進行二段式熱處加工，並進行加工織物之紅外線 光譜分析（FT-IR）、電子顯微鏡（SEM）觀察、能 量分散光譜分析（EDS）、熱差重力分析（TGA）

及抗菌性、抗紫外線、強伸度、柔軟度、防縮性、

耐洗濯牢度等之檢測，經由實驗結果得知：T/W 混 紡織物經鹼處並進行熱處加工時，偶聯劑與 TiO2

會結合到 T/W 織物上，加工織物之熱裂解溫度隨鹼 處濃度及溫度之增加而下降；T/W 混紡加工物在 1/3 之 TiO2、偶聯劑濃度對應比下有抑菌及抗菌效果，

而 T/W 混紡加工織物之抗紫外線非常好；隨鹼處濃 度及溫度之增加，T/W 混紡加工織物之強度、縮收 率隨之下降，而柔軟度隨之變佳；綜合物性分析，

鹼處濃度以 0.45%、鹼處溫度以 50℃為較佳鹼處條 件，TiO2 濃度對應比以 1/3 為較佳加工條件；T/W 混紡加工織物之耐洗牢度頗佳。

關鍵字：T/W 混紡織物、光觸媒、偶聯劑、鹼化處 理

Abstract

The T/W blended fabrics have been studied in this paper. The fabrics were tested with two-cycle curing treatment using different concentration ratios of TiO2 and coupling agent, and varying curing treatment conditions. FT-IR analysis, SEM observation, EDS analysis, TGA, anti-bacterial property, UV protection, stretching strength, softness, shrink resistance, and washing durability were also carried out. The experimental results show that when T/W blended fabric undergoes alkaline treatment and curing treatment, the coupling agent and TiO₂will be integrated onto the T/W fabric. The pyrolysis temperature of the processed fabric decreases upon increasing the concentration and temperature of alkaline treatment. T/W blended fabric processed with a 1/3 concentration ratio of TiO2to coupling agent can suppress or fight bacteria, while processed T/W blended fabric is good at shielding against UV light.

The stretching strength and shrink resistance of the processed T/W blended fabric decreases as the temperature and concentration of the alkaline treatment increase; whereas the softness increases as the temperature and concentration of alkaline treatment increase. The ideal processing condition, after analysis, is TiO2to coupling agent with thickness ratio of 1/3, alkaline temperature 50℃, alkaline concentration of 0.45%. Processed T/W blended fabric has a rather good washing durability.

Key words: T/W blended fabrics, catalyst, coupling agent, alkaline treatment

一、前言

TiO₂ 光觸媒經由紫外線照射，可因分解反應 而使空氣或用具有防污、抗菌、除臭等功能，所以 將 TiO2 導入纖維、織物或不織布等時，能藉由光 催化作用，達到除臭、空氣淨化及去除揮發性有機 物質，或是達到殺菌等功效，預期當光觸媒材料進 入 奈米 級時 ，將 可更 有效 的提 升光 分解 的效應 [1-4]。

聚酯纖維的減量加工，是將其纖維表面用濃厚

的鹼來進行加水分解，溶蝕後使纖維本來具有的剛 直性消失，此種加工附與了纖維摺綴性（Drape）

之 柔軟 感， 也就 是附 與了 蠶絲 般的 柔軟 度加工 [5-9]。

毛織物之防縮抗菌加工除了傳統方法及應用 幾丁聚醣代替合成樹脂而使用在毛織物之防縮抗 菌加工外，鮮少應用光觸媒對毛織物進行防污抗 菌、抗紫外線[10-17]及防縮等多功能加工之研究，

更少對 T/W 混紡織物多功能加工之研究。故本研究 擬以 T/W 混紡織物預先進行鹼處理，再以奈米光觸 媒 TiO2 及偶聯劑，進行抗菌、抗紫外線、具柔軟 性及防縮之多功能加工之研究，以探討鹼化條件及 TiO₂濃度對 T/W 混紡織物進行多功能加工之影響。

二、實驗

35/65 T/W 織物以 0.30%、0.45%、0.60%、0.75%

濃度之 NaOH，液比為 20：1，在 40℃、50℃、60℃、

70℃不同溫度進行 60min 之鹼化處理，並在 50℃烘 乾 60min。以不同對應比例（4、3、2、1、0 等份）

之偶聯劑，最高濃度為 5%，液比為 10：1，調製偶 聯劑溶液；另外，以不同對應比例（0、1、2、3、

4 等份）之 TiO2，調製 TiO2 溶液；TiO2 溶液與偶 聯劑之對應比例為 0/4、1/3、2/2、3/1、4/0。經鹼 處理之 T/W 織物，先在偶聯劑溶液浸漬 30min，在 壓吸機(Rapid Labortex,Taiwan)以二壓二出壓吸，再 經 熱 處 機 (Rapid Labortex,Taiwan) 以 100℃ 熱 處 2min，然後水洗烘乾。第二階段再以 TiO₂ 溶液浸 漬 30min，之後經熱處溫度 100℃及熱處時間 2min 熱處，然後水洗烘乾，以備檢測。加工物進行紅外 線光譜分析（FT-IR）、電子顯微鏡（SEM）觀察、

能量分散光譜分析（EDS）、熱差重力分析（TGA）

及抗菌性、抗紫外線、強伸度、柔軟度、防縮性、

耐洗濯牢度等之檢測。

三、結果與討論 3-1、FTIR 分析

圖 1(A)為 35/65 T/W 混紡織物之 IR 圖，在 1720cm-1 處為-CO-之振動，1636cm-1 為-NH-之振 動，1245 cm-1 為 ROSO3M 之振動，1099 cm-1 為 C-NH2 之振動，726 cm-1 為 C=C－H 之振動。由圖 1 所示，隨 鹼濃度之 增加，在 1720 cm-1 處與 1636cm-1 處之變化不定，由於 T/W 織物上的聚酯 成份，其-CO-基與毛纖維醘胺基(─CO-HN─)之-CO- 基接近，由於測定之位置關係，造成測定之困難，

在 1245 cm-1 處與 1099 cm-1 處亦有同樣問題。T/W 織物經加工熱處後，在 1099 cm-1 處之 C-NH2 振動 沒有增強，無法顯示偶聯劑結合在 T/W 織物上，即 偶聯劑沒有與 T/W 織物產生化學反應。由圖 2 所 示，隨鹼處溫度之增加，1720 cm-1 向 1636cm-1 移 動，顯示毛纖維之絲氨酸與酥氨酸受到鹼水解作 用 ， 而 聚 酯 受 鹼 水 解 其 表 面 部 份 減 量 而 形 成 NaOOC COONa。由於 T/W 纖物有兩成份，如 測到毛纖維面相與聚酯纖維面相會有不同，造成測 定之困難，而事實上 T/W 混紡織物經鹼處理其二部 分纖維之主成分都不會變，主要在測定時二纖維之 面相ㄧ致時，其 IR 圖都雷同，故此 IR 分析僅作參 考；由下述 SEM 及 EDS 分析可得加工液與 T/W 混 紡織物結合之證明。

3-2、SEM 觀察

由圖 3 所示，圖 3(A)為 35/65 T/W 織物之表面 結構，明顯看出毛纖維較多，而且有明顯之毛鱗；

圖 3(B)為 T/W 織物經鹼處理之表面結構，可看出

毛鱗受鹼作用有較平滑之表面，聚酯表面尚很平 滑，因鹼處理溫度太低，對聚酯減量作用有限；圖 3(C)為經鹼處後再經 TiO2、偶聯劑對應比 2/2 採二 段熱處加工之表面構造，可看出 T/W 織物表面上有 許多結合之加工液，當 T/W 織物第一階段以偶聯劑 加工時，偶聯劑便會由矽烷處裂解而形成氫氧基 (─OH)，會與聚酯與毛纖維產生氫鍵及凡得瓦爾力 結合，在第二階段 TiO2 溶液熱處加工時可與已裂 解之偶聯劑結合，同時 TiO2 尚可直接與毛纖維結 合，如此 TiO2 才可達到最佳結合狀態，如採 TiO2/ 偶聯劑混合加工液，則 TiO2 先與已裂解之偶聯劑 結合，如此可能造成 TiO2 無法全面與 T/W 織物結 合，影響其加工後之物性效果，可由下面之物性實 驗得証。

3-3、EDS 分析

由表 1 所示，T/W 混紡織物經二段式加工後測 得 Si 元素，此為偶聯劑之元素成份，顯示偶聯劑在 加工後有結合於 T/W 織物上；另外，未加工之 T/W 織物上有 Ti 元素，因為聚酯纖維在聚合時可能加有 TiO2 消光劑所致，經加工後 Ti 元素明顯增加，顯 示 TiO2 在二段式加工時分別與偶聯劑結合，而且 也直接滲入毛纖維。

3-4、TGA 分析

35/65 T/W 織物經不同鹼濃度處理之加工布其 TGA 圖如圖 4 所示，原胚 T/W 織物之熱裂解溫度 為 326.6℃ ， 經 鹼 處 之 T/W 織 物 熱 裂 溫 度 為 289.6℃，由於 T/W 織物經鹼處理後，聚酯表面部 份分解成 NaOOC COONa，毛纖維之毛鱗含大量 之胱氨酸亦受鹼處影響而水解，蛋白質分子之絲氨 酸、酥氨酸受鹼水解之作用，這些水解都會降低其 熱裂解溫度。 由圖 4 所示，鹼處濃度愈高，對 T/W 織物水解愈多，故熱裂解溫度愈低，而這些加工物 之裂解溫度皆比圖 4(F)鹼處時高，其原因為這些 T/W 加工織物經二段式加工，其表面結合有 TiO2 及 TiO2/偶聯劑加工液，強化了其結構，致使其熱 裂解溫度較高。圖 5 所示為 T/W 織物經不同鹼處溫 度之 TGA 圖，隨鹼處溫度之增加，熱裂解溫度愈 低，其理由如同上所述。

3-5、抗菌性分析

T/W 混紡織物經不同濃度對應比之 TiO2、偶 聯劑二段式加工處理，再依日本纖維製品新機能協 議會（JAFET）之 JIS 1902-2002 定量法測試加工 布對金黃色葡萄球菌之抗菌試驗，當抑菌值大於 2.2 時表示有抑菌效果，當殺菌值大於 0 時，表示有殺 菌效果。由表 2 所示，TiO2 與偶聯劑對應比 1/3 時，

有抑菌及殺菌效果，而 0/4 稍有殺菌效果，其他皆 沒有殺菌效果。當對應比 0/4 時表示第一加工階段 全部加工液為偶聯劑，加工布上只有偶聯劑沒有 TiO₂，故喪失抗菌作用，當對應比為 1/3 時，表示 第二階段開始有 TiO2，而第一階段加工液之偶聯劑 對應比為 3，為次高量，因此 TiO2 能與偶聯劑之 親水端結合，使其具有殺菌及抑菌效果；而對應比 2/2 以後，因第二階段 TiO₂ 濃度雖漸增，但第一階 段之偶聯劑漸減，TiO2 與偶聯劑結合量變少，以 致於無法顯現抑菌之作用；另外，TiO2 是一種紫 外線光觸媒，在日光下催化之效果不佳，此亦無法 顯示抗菌效果之原因。

3-6、抗紫外線分析

如表 3 所示，其抗紫外線指數皆比空白 T/W 混 紡織物高，而且皆達「優良」等級，因為 TiO2 等 金屬氧化物具有高的折射率，在奈米尺寸下會更容 易反射紫外線。其中 TiO2、偶聯劑對應比 1/3、2/2 有最佳之抗紫外線指數，當對應比為 1/3 時，表示 第二階段開始有 TiO2，而第一階段加工液之偶聯劑 對應比 3，為次高量，因此 TiO2 能與偶聯劑之親 水端結合，其有最佳之抗紫外線效果，而對應比 2/2

亦有相同之效，隨著偶聯劑對應比之下降，其效果 理應下降，但對應比 4/0 時亦有良好之抗紫外線，

因為本實驗採用二段式加工，第二階段之加工液為 TiO2，當其加工時可與偶聯劑親水端結合，亦可直 接與毛纖維結合，故有優良之抗紫外線指數。另 外，T/W 織物經鹼處理亦有良好之抗紫外線，表示 T/W 織物表面鹼水解後，聚酯部份在紡絲過程中可 能加有 TiO2，以作為消艷劑，現在表面經鹼水解 後，使內部之 TiO2 顯現出來，故有抗紫外線之作 用。

3-7、抗拉強度與伸度之分析

由表 4 得知隨鹼濃度之增加，其加工物之強力 隨之降低，因為鹼處理時，聚酯表層受鹼處而減 量，毛纖維表面毛鱗受到破壞，因此強力下滑，而 且都比原胚織物低，伸度亦同時下降。鹼化溫度增 加，鹼水解增加，聚酯之減量及毛鱗之破壞加劇，

使加工物隨之下降。另外，TiO2 與偶聯劑濃度對 應比方面，偶聯劑對應比增加時如 0/4，其強力隨 之增加，因為偶聯劑與 T/W 織物結合，增強其強力。

3-8 柔軟度之分析

如表 4 所示，隨鹼濃度及溫度之增加，其柔軟 度愈佳，因為鹼處理可破壞毛鱗，而且使聚酯表面 受侵蝕而減重，增加其柔軟性，由楊氏係數值可知 有下降之趨勢，而其值都比空白 T/W 織物小，既比 空白織物柔軟。另外，TiO2 及偶聯劑不同濃度對 應比，隨偶聯劑之增加與 T/W 織物結合多，故硬質 感較大，既柔軟度愈差，由楊氏係數值可知隨偶聯 劑比例愈高，楊氏係數愈大，表示硬質感愈大；所 有加工物都經鹼處理，故皆比空白 T/W 織物柔軟。

3-9、縮收性分析

T/W 混紡織物經二段式加工後，經商業洗機

（ES-951 SBF，SYMBOL CO.,Taiwan）洗濯，並依 CNS 8038 L3 138 F1 法測試其面積縮率如表 4 所 示，35/65 T/W 織物之面積縮率為 2.0﹪，經鹼處後 之縮率為 8.5﹪，毛纖維經鹼處後毛鱗受破壞，減 少縮绒作用，理應減少縮收才對，但因毛纖維受鹼 處理時，胱氨酸之雙硫鍵受鹼水解而先形成巰基 團，在巰基一雙硫交換作用未穩定前，由於洗濯受 各種應力關係，在加工中會發生纖物歪扭變形現 象，而增加縮收。T/W 混紡織物經不同鹼處理條件 處理後，再經 TiO2、偶聯劑之二段式加工處理時，

隨鹼濃度之增加其縮收率降低，此由於毛纖維之毛 鱗受水解而破壞，減少縮绒現象而降低縮率；但因 經熱處理，使聚酯部份縮收加上毛纖維受鹼處之上 述原因，故其縮收率皆比原胚高，但比原胚鹼處之 縮率 8.5﹪低，因為加工時，偶聯劑與 T/W 織物結 合，會減少一些縮收。T/W 織物隨鹼處濃度之增加 其縮率隨之下降，因溫度能加劇水解作用，使毛鱗 破壞愈多，降低縮收現象。另外，T/W 織物經鹼處 後，再經不同濃度對應比之 TiO2、偶聯劑二段式加 工，其縮率如表 5 所示，隨 TiO2、偶聯劑濃度對應 比之變化，其縮率變化不大，而且是一種隨機性變 化，顯示 TiO2、偶聯劑之濃度變化對 T/W 織物之 縮收無大關係。

3-10、耐洗牢度分析

35/65 T/W 織物經二段式加工後以商業洗機

（ES-951，SBF，SYMBOL CO.,Taiwan）經 5、10、

15 次洗濯後，以電子顯微鏡觀察其表面構造如圖 6 所示，可觀察到隨洗濯次數之增加，表面結合之加 工液愈少，但到洗濯 15 次尚有少數結合，可見其 耐洗牢度甚佳。另外，T/W 加工織物經 15 次洗濯 之 EDS 分析如表 1 所示，Si 元素明顯減少，而 Ti 元素只有少量減少，可見 Ti 元素並非只與偶聯劑結 合，在第二階段加工時可直接滲入毛纖維。洗濯後 之 T/W 混紡加工織物經抗紫外線檢測如表 3 所示，

得知經 15 次洗濯尚有「優良」等級之抗紫外線指

數，顯示加工織物之耐洗濯牢度頗佳。

四、結論

1.由 SEM 顯示偶聯劑能結合於 T/W 混紡織物上，

而 EDS 分析得知 TiO2 能結合於 T/W 織物上。

2.T/W 混紡織物隨著鹼化溫度提高使得其熱裂解溫 度下降並比原胚布小。

3.由抗菌分析可得知，T/W 混紡織物經 1/3 濃度比 例之 TiO2、偶聯劑加工熱處後，有抑菌及殺菌效 果，其餘濃度比皆無抗菌效果。

4.T/W 混紡織物經不同濃度比例之 TiO2、偶聯劑處 理後，其抗紫外線指數皆比原胚布好，而抗紫外 線等級屬優良級。

5.T/W 混紡加工織物之強度隨鹼處之濃度及溫度之 增加而下降，而強伸度比原胚布差。隨偶聯劑濃 度比之增加其強力隨之增加。

6.T/W 混紡加工織物之柔軟度，隨著鹼處濃度及溫 度之增加而越佳，也比原胚布佳。

7.T/W 混紡加工織物之縮率隨鹼處濃度及溫度之增 加而降低。

8.經耐洗濯後之 T/W 混紡加工織物，其耐洗濯牢度 頗佳。

綜合物性分析，鹼處濃度以 0.45%、鹼處溫度 以 50℃為較佳鹼處條件；TiO2 濃度對應比以 1/3 為較佳加工條件。

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表 1：T/W(35/65)織物之 EDS 分析

Control Treated with processing agents Washing times(15) Element Weight % Atomic% Element Weight % Atomic% Element Weight % Atomic%

C 18.99 50.56 C 21.51 50.64 C 27.69 51.38

N 5.32 12.15 N 0.02 0.05 N 1.95 3.09

O 9.54 19.06 O 14.10 24.91 O 21.39 29.79

Si -- -- Si 2.86 2.88 Si 0.47 0.37

Ti 14.65 9.78 Ti 28.31 16.71 Ti 27.97 13.02 Pt 51.50 8.44 Pt 33.20 4.81 Pt 20.53 2.34

Totals 100 Totals 100 Totals 100

表 2：T/W 混紡織物經不同濃度對應比之 TiO2、偶聯劑二段式加工處理其與抗菌性之關係 TiO2、偶聯劑

對應比

Ma Mb Mc 細菌成長活性質 抑菌值 殺菌值

白棉布 1.8 E+4 2.2 E+6 -- 2.1 -- --

Control -- -- 9.9 E+6 -- 0.0 <0

0/4 -- -- 2.3 E+5 -- 1.0 <0

1/3 -- -- 8.9 E+3 -- 2.4 0.3

2/2 -- -- 1.3 E+7 -- <0 <0

3/1 -- -- ﹥6.0E+7 -- <0 <0

4/0 -- -- 1.5 E+7 -- <0 <0

Control+鹼處 -- -- 1.3 E+7 -- <0 <0 植菌濃度為 0.9 E+5

表 3：T/W 混織物經不同濃度對應比之 TiO2、偶聯劑二段式加工處理其與抗紫外線之關係 紫外線透過率(%)

TiO2、偶聯劑

對應比 UVB 平均值 UVA 平均值

抗紫外線指數 (UPF)

Control 3.3 6.5 25(非常好)

0/4 2.2 4.2 40(優良)

1/3 1.8 3.3 49(優良)

2/2 1.9 3.3 49(優良)

3/1 2.1 3.7 42(優良)

4/0 1.8 3.5 47(優良)

Control+鹼處 2.1 4.1 42(優良)

5 2.0 3.7 43(優良)

10 1.7 3.9 44(優良)

洗濯次數

15 1.9 3.8 41(優良)

表 4：T/W 混紡織物經不同鹼處條件處理並以 TiO2、偶聯劑(2/2)二段式加工熱處理其與物性之關係 試驗項目

鹼處條件

強力 (kgf/mm²)

伸長率

(%) 楊氏係數 柔軟度(cm) 面積縮率 (%) Control 1.68 13.6 1.80 5.9 2.0 Control+鹼處 1.65 9.1 2.21 5.7 8.5 0.30 1.68 12.7 1.50 4.3 8.0 0.45 1.60 12.0 1.59 3.7 6.3 0.60 1.61 11.7 1.58 3.7 6.0 鹼

處 濃 度

(%) 0.75 1.53 12.1 1.59 4.1 5.0

40 1.64 12.2 1.49 3.6 7.0

50 1.60 12.0 1.59 3.7 6.3

60 1.50 12.3 1.49 3.0 6.3

鹼 處 溫 度

(℃) 70 1.33 12.3 1.49 2.4 6.1

表 5：T/W 混紡織物經不同濃度對應比之 TiO2、偶聯劑二段式加工其與物性之關係 試驗項目

TiO₂、 偶聯劑濃度比

強力 (kgf/mm²)

伸長率

(%) 楊氏係數 柔軟度 (cm)

面積縮率 (%) Control 1.68 13.6 1.89 5.9 2.0 Control+鹼處 1.65 9.1 2.21 5.7 8.5

0/4 1.77 11.2 1.89 4.1 5.0

1/3 1.63 11.4 1.67 3.9 4.0

2/2 1.60 12.0 1.59 3.7 6.3

3/1 1.57 11.7 1.53 3.9 6.0

4/0 1.56 11.7 1.51 3.8 3.0

圖 1：T/W 混紡織物經不同鹼處濃度處理並以 TiO₂、偶聯劑加工熱處理之 IR 圖

(A：Control，B：0.30%，C：0.45%，D：0.60%，

E：0.75%，F：鹼處布 )

圖 2：T/W 混紡織物經不同鹼處溫度處理並以 TiO₂、偶聯劑(2/2)二段式加工熱處理之 IR 圖 (A：Control，B：40℃，C：50℃，D：60℃，E：

70℃，F：鹼處布)

A:空白 T/W 混紡織物

B: 鹼處之 T/W 原胚布

C: T/W 混紡織物經 TiO2、偶聯劑(2/2) 二段式加工布

圖 3：T/W 混紡加工織物之 SEM 圖(1000 倍)

圖 4：T/W 混紡織物經不同鹼處濃度處理並以 TiO2、偶聯劑(2/2)二段式加工熱處之 TGA 圖 (A：Control，B：0.30%，C：0.45%，D：0.60%，

E：0.75%，F：鹼處原胚布)

圖 5：T/W 混紡織物經不同鹼處理溫度處理並以 TiO2、偶聯劑(2/2)二段式加工熱處之 TGA 圖 (A：Control，B：40℃，C：50℃，D：60℃，E：

70℃，F：鹼處原胚布)

A：1 次

B：5 次

C：10 次

D：15 次

圖 6： T/W 混紡加工織物經不同洗濯次數之 SEM 圖(1000 倍)