/幾丁聚醣對毛織物進行處理 其分散性及抗紫外線之研究

以奈米 TiO

/幾丁聚醣對毛織物進行處理 其分散性及抗紫外線之研究

謝松煌 顏麗華 劉佳宜 崑山科技大學 高分子材料系

摘要

本研究係以毛織物經不同濃度、不同氧化溫度 之 H2O2氧化，再以不同濃度比之 TiO2/Chitosan 加 工液對毛織物進行處理，並進行奈米 TiO2加工液粒 徑分析及加工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）、

熱重量損失分析、抗紫外線之檢測，經由實驗得 知：奈米 TiO2/Chitosan 分散體粒徑隨超音波振盪時 間增加而變小，而且 2﹪TiO2濃度比 4﹪濃度之 TiO2

粒徑小；毛織物以 H2O₂氧化後在電子顯微鏡下看 出其表面毛鱗破壞後消失之痕跡，而隨 H2O2濃度 及氧化溫度之增加其毛鱗破壞愈嚴重，經氧化後再 以 TiO2/Chitosan 之加工液熱處後產生交鏈反應不 明顯，但有明顯之附著於毛纖維表面, 對熱之反應 小; 其有良好的抗紫外線效果，但奈米 TiO2濃度增 加，其抗紫外線效果並未增加。

關鍵詞: 抗紫外線, 幾丁聚醣, FT-IR, 奈米 TiO2

Abstract

This experiment is to research the chemical composition of the processed woolen fabrics, oxidized with H2O2 of various densities and temperatures, treated with the TiO2/ Chitosan liquid of the different proportions, inspected for the dispersive diameters of nanometer TiO₂liquid, and then observed by means of Fourier Transfer Infrared Spectrometer (FT-IR) Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive Spectrometer (EDS), Thermo-Gravity Analyzer (TGA) and anti-ultraviolet. From the result, we can see, as the time of supersonic vibration increases, the dispersive diameter of nanometer TiO2

decreases, and the dispersive diameters of nanometer TiO2 liquid of 2% concentration smaller than 4%

concentration; under the SEM, the sign of disappearance of woolen scales owing to the destruction by H₂O₂oxidization; the more H₂O₂and its oxidization temperature, the more serious their destruction. The phenomenon of processed woolen is not obvious after oxidization and treatment with TiO2

/ Chitosan, but it somehow apparently happens to the woolen surface. Because TiO₂ / Chitosan does not intertwine with the woolen well, which has few effects of heat, The woolen processed with nanometer TiO₂enhances the effect of anti-ultraviolet, which is not better as the density of TiO₂increases.

Keywords： anti- ultraviolet, chitosan, FT-IR, nanometer TiO₂

一、 前言

羊毛織物之縮水與縮絨，常造成尺寸之不安定 性，另外，毛織物屬蛋白纖維，其脫落物和人體汗 水混合易細菌、黴菌知生長繁殖提供了豐富之營 養，使織物產生霉變造成疾病之傳播。另方面因微 生物而產生劣化現象，造成產品變色破壞，因而防

縮及抗菌加工之對毛織物之穿著性而言是相當重 要的【1-3】。

幾丁聚醣（Chitosan）為幾丁質經脫乙醯作用 而成，不溶於水、鹼液或普通的有機溶劑，經有機 酸溶解後則具弱鹼性的陽離子電解質特性，其應用 範圍很廣【4-6，11，12】。在毛織物的防縮方面，

研究學者發現羊毛上浸漬有 2~5％之幾丁聚醣，而 在適當溫度進行熱處，毛織物具有防縮效果【13，

14】。奈米 TiO2近來廣泛用於光觸媒，在紫外線照 射下可進行氧化與還原反應，可達到除臭、空氣淨 化及殺菌等功效【7-9】。

毛織物之防縮抗菌加工除了傳統方法及上述 應用幾丁聚醣外，鮮少應用光觸媒與幾丁聚醣對毛 織物進行抗紫外線之研究；故本研究擬以奈米光觸 媒 TiO2及生物性高分子幾丁聚醣之分散體【10，

15】，對毛織物進行加工，探討奈米光觸媒 TiO2在 加工液中之分散性及抗紫外線加工之影響。並以紅 外線光譜圖（FT-IR）、電子顯微鏡（SEM）觀察，

以研究其交鏈時之反應機構，以粒徑檢測、能量分 散光譜分析（EDS）研究 TiO2在加工液中之分散 性 ， 作 為 毛 織 物 抗 紫 外 線 加 工 可 行 性 之 評 估

【16-20】。

二、實驗 2-1 實驗材料

(1) 毛織物：規格為

2 48 2 48

7 . 52 60





(2) 幾丁聚醣（Chitosan）：去乙醯度 94%以上 2-2 實驗藥品

(1) 氫氧化鈉（NaOH；Sodium Hydroxide：

日本試藥工業株式會社，日本；試藥）

(2) 醋酸（CH3COOH；Acetic acid：島久藥 品株式會社，日本；試藥）

(3) 過氧化氫（Hydrogen peroxide；H2O2： 島久藥品株式會社，日本；試藥）

(4) 二氧化鈦（Nanometer TiO2，30%：深圳 市納諾科技發展有限公司，中國）

2-3 儀器設備

(1) 壓吸機（Rapid Labortex tenter machine，瑞比股份有限公司）

(2) 打樣機（瑞比股份有限公司）

(3) 粒徑測定儀（HORIBA LA-920，

JAPAN）

(4) 超音波振盪機（DELTA DC80-H，

TAIWAN）

(5) 傅立葉光譜分析儀（FT-IR，Bio-Rad Digilab FTS- 40，USA）

(6) 掃描式電子顯微鏡（SEM，joel 5610，

JAPAN）

(7) 場發射式電子顯微鏡（JSM 6700，

JAPAN）

(8) 電子天平（FA-2000）

(9) 攪拌器 (10) 酸鹼度計 (11) 烘箱 (12) 抗菌設備

(13) 重力熱分析儀( TGA ; DuPont 2200) (14) Launder 洗機(Precision SDL-M223,UK) 2-4 實驗方法

1. 奈米 TiO2/Chitosan 分散體加工液之製備：

(1) 先將 2﹪之幾丁聚醣以研磨機磨成細粉，再以 3﹪醋酸溶解之，分別以 TiO2/Chitosan 按 0/4、1/3、2/2、3/1、4/0 之比例混摻，再以超 音波振盪機振盪攪拌 2 小時，使成加工液。

(2) 以上述條件之加工液，再以 1.5wt﹪之 H2O₂， 氧化溫度 50℃，PH=9，氧化時間 50min 之 氧化毛織物進行壓吸處理。

2. 毛織物以 H2O2氧化預處：

(1) 毛織物以不同濃度之 H2O₂（0.5﹪、1.5﹪、

2.5﹪），氧化溫度 50℃，PH=9，氧化預處 50min，進行水洗（70℃，10min），再水洗 然後乾燥（室溫）。

(2) 毛織物以 H2O₂（1.5wt﹪）在不同氧化溫度

（25℃、50℃、75℃），PH=9，氧化預處 50min，進行水洗（70℃，10min），再水洗 然後乾燥（室溫）。

(3) 上述不同 H2O₂濃度、氧化溫度下以 2/2 濃 度比例之 TiO2/Chitosan 分散體進行壓吸處 理。

3. 加工步驟：

毛織物H2O₂氧化水洗乾燥（室溫）加工 液浸漬（25℃，20min）壓吸熱處理水洗

烘乾（25℃）

熱處溫度：35℃、45℃、55℃

2-5 物性測定 1. 粒徑檢測

2. 傅立葉光譜分析儀（FT-IR）測定 3. 電子顯微鏡（SEM）觀察 4. 能量分散光譜（EDS）檢測

以場發射式電子顯微鏡（JSM 6700，JAPAN）

之 能 量 分 散 光 譜 儀 （ Energy Dispersive Spectrometer；EDS），進行化學成份分析。

5. 熱重量損失之分析(TGA) 6. 抗紫外線實驗

利用 Labsphere UV Transmittance Analyzer

（Appendix A-1996），依 AS/NIS 4399 進行抗紫 外線檢測。而其抗紫外線指數（UPF）如下：

抗紫外線指數範圍 抗紫外線等級

15-24 好

25-39 非常好

40-50，50⁺ 優良

三、結果與討論 3-1. 奈米 TiO₂/Chitosan 分散體粒徑分析：

由表 1 及圖 1 可觀察出 TiO2原液的粒徑大小都 一樣，不受振盪時間之影響，其粒徑平均為 3.5μ 左右。由圖 2 和圖 3 所示，發現其粒徑會隨振盪時 間之增加而減小，而 TiO2的粒徑愈小對於加工液滲 入毛織物愈有效率。

3-2. H2O2濃度、氧化溫度之影響

原胚布在電子顯微鏡下觀察如圖 4 所示，毛麟 未遭破壞。而毛織物以不同濃度之 H2O₂氧化後，

結果如圖 5 所示，以不同氧化溫度之結果如圖 6 所 示，得知 H2O2濃度越大及氧化溫度愈高對毛麟的 破壞有愈大之痕跡；氧化後以不同濃度比例之 TiO₂/Chitosan 處理結果如圖 7~圖 8 所示，觀察出毛 織物經 H2O₂破壞表面毛鱗後，TiO2/Chitosan 有少 量附著於毛織物上。

3-3. 能量分散光譜（EDS）分析

如圖 9、圖 10 所示，元素的能量位置如下：C 在 0.2774，N 在 0.3924，O 在 0.5249，Ti 在 0.4522、

4.5089，S 在 2.3075，由圖可知在 0.4522 位置上有 Ti 元素，但在元素成份表上並無顯現，可能 Ti 元 素太微量無法測得。

3-4. 加工物之 FT-IR 分析

由圖 11 所示：在 1641cm^1為 C-O 之伸縮，屬 amide I，在 1522cm^1為–NH 之伸縮，屬 amide II，

在 3271cm^1為–NH 及–NH₂之伸縮；無論 TiO2

濃度之變化，其光譜圖與空白毛織物相似，未發生 任何交鏈反應。

3-5. TGA 之分析

如圖 12 所示：在約 280℃時產時熱裂解，不同 濃度比之 TiO²/Chitosan 對毛織物在熱反應上並沒有 太大的變化，由於 TiO2/Chitosan 加工液與毛纖維之 交鏈反應少所致。

3-6. 抗紫外線分析

結果如表 2 得知，毛織物經不同濃度比之 TiO2/Chitosan 加工液處理，其抗紫外線指數皆比空 白毛織物的抗紫外線指數來的高。

四、結論

1. TiO2/Chitosan 分散體粒徑經超音波振盪機振盪 後，加工液 TiO2分子之粒徑會隨著振盪的時間越 長，而粒徑會越小，2﹪濃度之 TiO2粒徑比 4﹪

濃度 TiO2之粒徑小，顯示其振盪後之分散效果，

但尚不足以振盪成奈米級分散體。

2. 經電子顯微鏡觀察：毛織物經 H2O2氧化後隨其 濃度及氧化溫度之增加，其毛鱗被破壞愈多；而 經 TiO2/Chitosan 處理後，隨奈米 TiO₂濃度之增 加纖維表面有加工液存在，而由 IR 分析，其無 交鏈反應。

3. 奈米 TiO²/Chitosan 不同濃度比之加工液對毛織 物表面沒有交鏈作用，對熱反應沒有太大的變 化。

4. 毛織物經 H2O2氧化再經 TiO2/Chitosan 加工液處 理，其有良好的抗紫外線效果。但奈米 TiO2濃度 增加，其抗紫外線效果並未增加。

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圖表

表 1：TiO2加工液經超音波振盪其粒徑之分析

a：2%之 TiO2濃度以 2/2 濃度比之 TiO2/Chitosan 加工液

b：4%之 TiO2濃度以 2/2 濃度比之 TiO2

/ Chitosan 加工液

表 2：毛織物經 H2O2(1.5%，50℃)氧化並經不同 濃度比之 TiO2/Chitosan 加工液處理其與抗 紫外線之關係

空白毛布之抗紫外線指數：18（好）

表 3：毛織物經 H2O2(1.5%，50℃)氧化並經不同濃 度比之 TiO²/chitosan 加工液熱處理其與抗菌 性之關係

表 4：毛織物經 H²O²(1.5%，50℃)氧化並經不同 濃度比之 TiO2/chitosan 之加工液熱處理其

與抗菌性與洗濯次數之關係

圖 1. 奈米 TiO2原液經超音波振盪機振盪之粒徑圖 ( A：0 小時、B：2 小時 )

圖 2. 2%TiO2濃度比例為 2/2 之 TiO2/Chitosan 加工 液經超音波振盪機振盪之粒徑圖（A：0 小 時、B：1 小時、C：2 小時、D：3 小時）

圖 3. 4% TiO2濃度比例為 2/2 之 TiO2/Chitosan 加 工液經超音波振盪機振盪之粒徑圖（A：0 小時、B：1 小時、C：2 小時、D：3 小時）

圖 4. 原胚布之 SEM 圖

圖 5. 毛織物經 H2O2(2.5%，50℃)氧化之 SEM 圖

圖 6. 毛織物經 H2O₂(1.5%，75℃)氧化之 SEM 圖

圖 7. 毛 織 物 經 H2O₂(1.5% ， 50 ℃ ) 氧 化 ， 並 經 TiO₂/Chitosan(2/2)加工液處理之 SEM 圖

圖 8.毛織物經 H2O2(1.5%，50℃)氧化，並經 TiO2/Chitosan(4/0)加工液處理之 SEM 圖

圖 9. 毛織物經 H2O₂(1.5%，50℃)氧化，並經 TiO₂/Chitosan(2/2)加工液處理之 EDS 圖

圖 10. 毛織物經 H2O2(1.5%，50℃)氧化，並經 TiO2/Chitosan(4/0)加工液處理之 EDS 圖

圖 11. 毛織物經 H2O₂（1.5%，50℃）氧化後並經不 同濃度比例之 TiO2/Chitosan 加工液處理之 FT-IR 圖（ A：毛織物，B：0/4，C：1/3，

D：2/2，E：3/1，F：4/0）

圖 12. 毛織物經 H²O²(1.5%,50^oC)氧化後經不同濃度 比之 TiO²/Chitosan 加工液處理之 TGA 圖 (A：空白布 B：0/4 C：2/2 D：4/0)