TiO2光觸媒自清潔紡織品評(píng)價(jià)方法多種多樣，山東中康新材料在這里為大家介紹接觸角測(cè)量法、Ｋ／Ｓ法和硬脂酸法詳細(xì)情況。

一.接觸角測(cè)量法

日本在光觸媒技術(shù)上的研究相對(duì)較早，并于２００７年出臺(tái)了第一部光觸媒材料自清潔性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：ＪＩＳＲ１７０３１-２００７和ＪＩＳＲ１７０３-２-２００７。隨后國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）和中國(guó)也相繼出臺(tái)了關(guān)于光觸媒材料自清潔性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分別為ＩＳＯ２７４４８-２００９ＧＢ／Ｔ２３７６４-２００９。這些標(biāo)準(zhǔn)中有三種是通過(guò)測(cè)接觸角的方法來(lái)表征材料的自清潔性能。因?yàn)槿齻€(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的接觸角測(cè)量法大同小異，這里以ＩＳＯ２７４４８-２００９為例將接觸角測(cè)量法作簡(jiǎn)要介紹。

（１）方法原理

由于光催化材料在受到光照后不但會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑，還會(huì)使材料表面產(chǎn)生超親水性，所以首先在樣品表面附載有機(jī)物（油酸），使用一定強(qiáng)度的紫外光進(jìn)行照射時(shí)，油酸會(huì)被生成的強(qiáng)氧化劑慢慢氧化分解掉，由于材料表面親水性的增強(qiáng)，接觸角也會(huì)慢慢變小，直到達(dá)到“最小接觸角”。材料的光催化性能越好，達(dá)到“最小接觸角”的時(shí)間也就越短。

（２）測(cè)試步驟

首先在材料表面涂一層油酸，可以直接用手在材料表面涂抹油酸，也可以用無(wú)紡布將其均勻鋪展開。將涂抹好的樣品放到天平上稱量，調(diào)節(jié)油酸的涂抹量在１００ｃｍ２為（２.０±０.２）ｍｇ，或者將樣品浸入油酸溶液中，以６０ｃｍ／ｍｉｎ的速度提拉樣品，在７０℃下干燥１５ｍｉｎ。對(duì)于手工涂抹的樣片，使達(dá)到表面的光強(qiáng)為（２.０±０.１）Ｗ／ｃｍ２，對(duì)于提拉法的樣片，使達(dá)到表面的光強(qiáng)為（１.０±０.１）Ｗ／ｃｍ２。油酸涂抹好后，在經(jīng)預(yù)處理的每個(gè)樣品各選定５個(gè)點(diǎn)，滴上水滴，分別測(cè)量選定５個(gè)點(diǎn)的接觸角，作為初始接觸角。樣品在紫外光照射后，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔對(duì)被選定的５個(gè)點(diǎn)進(jìn)行接觸角的測(cè)定，取其平均值，作為各個(gè)樣品的“紫外光照射ｎ時(shí)間后”的接觸角。若該平均值≤５°，則該值作為該樣品的“最小接觸角”。若所測(cè)接觸角沒有達(dá)到５°，而最后某３個(gè)時(shí)間點(diǎn)接觸角的變動(dòng)系數(shù)≤１０％時(shí)，則取它們的算術(shù)平均值為該樣品的“最小接觸角”。

（３）方法分析

接觸角測(cè)量法是從光催化性能和光致超親水性兩個(gè)方面考慮的。材料經(jīng)光照后，首先將表面的油酸光催化分解掉，同時(shí)水與玻璃的接觸角隨著親水性的增強(qiáng)接觸角也就慢慢變小，直到達(dá)到“最小接觸角”為止。光催化性能好的材料催化分解油酸的時(shí)間和光致超親水的時(shí)間都短，那么總時(shí)間也就短。或者通過(guò)比較“最小接觸角”的大小來(lái)評(píng)價(jià)其性能，最小接觸角小的光催化性能也就好。但是具體用哪種參數(shù)來(lái)表征材料的自清潔性能標(biāo)準(zhǔn)中并未給出。由于接觸角測(cè)量法需要將水滴在材料表面，故對(duì)于表面可被潤(rùn)濕的材料不可行。由于第二、三種紡織品一般會(huì)被水滴潤(rùn)濕而第一種紡織品不會(huì)，所以此方法適用于第一種紡織品而不適用于第二、三種。但這種方法非常耗時(shí)，一般需要超過(guò)７０個(gè)小時(shí)。測(cè)試時(shí)，水滴的體積由于蒸發(fā)作用會(huì)發(fā)生變化甚至蒸干，水滴體積的變化會(huì)導(dǎo)致接觸角也發(fā)生改變，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果不在材料表面處理一層油酸，單獨(dú)進(jìn)行接觸角測(cè)量時(shí)則會(huì)大大縮短時(shí)間，張平等人用波長(zhǎng)為２５４ｎｍ的紫外燈對(duì)ＴｉＯ２光觸媒玻璃進(jìn)行親水性測(cè)試時(shí)，僅需半小時(shí)材料表面就達(dá)到超親水狀態(tài)。此外，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)油酸的涂抹方法和光照強(qiáng)度沒有統(tǒng)一，水滴的體積也沒有規(guī)定，實(shí)際操作中易造成結(jié)果不準(zhǔn)確且無(wú)法比較。所以這種方法存在諸多缺陷，操作起來(lái)也不便且耗時(shí)。把光催化性能和光致超親水性兩個(gè)方面分開來(lái)測(cè)更合理，用時(shí)也大大縮短。

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二.Ｋ／Ｓ法

（１）方法原理

涂抹在紡織品材料表面的染料類有機(jī)污物經(jīng)光照后，污物在被慢慢降解的同時(shí)，其Ｋ／Ｓ值也會(huì)相應(yīng)地減小?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量其光照前后的Ｋ／Ｓ值變化率來(lái)量化其自清潔性能。Ｋ／Ｓ值的減少百分率（以ξ表示）可用公式：

（２）測(cè)試步驟

    首先將染料溶于去離子水中，制成染料懸浮液或溶膠。可被用來(lái)做測(cè)試用的染料有亞甲基藍(lán)、羅丹明Ｂ、堿性紅和酸性黃等?？刂瞥跏嫉模耍又翟冢?６-１之間，如果不在，相應(yīng)地改變?nèi)玖系臐舛?。將染料均勻地處理到織物表面，用紫外燈進(jìn)行照射，分別在同間距的三個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)其Ｋ／Ｓ值，然后按照上述公式計(jì)算Ｋ／Ｓ值的變化率。為了使結(jié)果更加準(zhǔn)確，ＢｈａｖａｎａＳｈａｒｍａ等人設(shè)計(jì)了一個(gè)很巧妙的方法（如圖１），將一塊未沾污的原布剪出５個(gè)４.５ｃｍ×４.５ｃｍ的洞，然后將其覆蓋在被沾污的樣品表面進(jìn)行照射，最終結(jié)果取這５個(gè)點(diǎn)的平均值。這樣做的好處是每隔一段時(shí)間所測(cè)樣品的位置與之前測(cè)的位置一致。如果每次都隨機(jī)選?。祩€(gè)位置進(jìn)行測(cè)試，這５個(gè)位置的初始Ｋ／Ｓ值可能不一致，會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

（３）方法分析

Ｋ／Ｓ值法對(duì)于三種紡織品均適用，方法相對(duì)簡(jiǎn)單易行且用時(shí)較短，能夠較真實(shí)地模擬紡織品被沾污的情形。由于是測(cè)同一點(diǎn)的Ｋ／Ｓ值的變化率，所以即使染料涂抹得不夠均勻也不影響其結(jié)果。ＢｈａｖａｎａＳｈａｒｍａ等人用Ｋ／Ｓ法對(duì)ＴｉＯ２光觸媒紡織品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，展現(xiàn)了良好的重現(xiàn)性。

三.硬脂酸法

（１）方法原理

在材料的表面均勻涂抹一層硬脂酸，在紫外燈的照射下，硬脂酸會(huì)被催化氧化成ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，利用紅外線光譜測(cè)定２７００ｃｍ-１-３０００ｃｍ-１范圍內(nèi)Ｃ—Ｈ鍵的伸縮振動(dòng)吸收值的變化或者利用氣相色譜、紅外光譜等監(jiān)測(cè)生成ＣＯ２的量隨光照時(shí)間的變化來(lái)評(píng)價(jià)光觸媒材料的自清潔性能。

硬脂酸催化降解反應(yīng)如下：

（２）方法分析

光催化降解硬脂酸法是常用的檢測(cè)光催化材料自清潔性能的方法之一ＡｎｄｒｅｗＭｉｌｌｓ等人用硬脂酸法對(duì)ＴｉＯ２光觸媒玻璃進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)伴隨著硬脂酸的礦化同時(shí)有大于９０％的ＣＯ２產(chǎn)生，這說(shuō)明硬脂酸基本已經(jīng)被氧化分解。他們同時(shí)對(duì)溶膠凝膠和Ｐ２５兩種不同類型的ＴｉＯ２膜處理的石英盤進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)用溶膠凝膠ＴｉＯ２膜處理的石英盤光解生成＞９０％的ＣＯ２時(shí)，Ｐ２５ＴｉＯ２膜處理的石英盤光解產(chǎn)生的為６９％，說(shuō)明前者的光催化性能比后者的要好。硬脂酸法對(duì)三種紡織品雖均適用，但是硬脂酸法也存在一些缺點(diǎn)：很難保證每次在其表面鍍上一層質(zhì)量相同且均勻的硬脂酸薄膜，另外這種方法很耗時(shí)且需要大型儀器支持，對(duì)設(shè)備的密封性要求很高，所以這種方法實(shí)際中操作起來(lái)有一定的困難。