一种防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维及其制备方法技术领域
本发明涉及一种防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维及其制备方法，属于高分子材料技
术领域。
背景技术
据世界卫生组织(WHO)发表的《太阳紫外线辐射所致人类疾病报告》，该报告称，全
球每天有约150万人因暴露于过量紫外线辐射(UVR)而患各种疾病,占全球患病总人数的
0.1%，2000年全球共有6万人因此而过早死亡。这些疾病与紫外线辐射过强有关。
紫外线对人体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。由于受光化学反应的作用，能级较高的光子流能引起细胞内的核
蛋白和一些酶的变性。
通过物理屏蔽是纺织紫外线伤害的理想方法之一。一般金属氧化物（如TiO2、ZnO
等）无毒、无味、无刺激性、热稳定性好、不分解、不挥发、吸收范围广，对波长310-400纳米的
紫外线反射率高达95%以上。但透气性、手感、耐洗性差，色泽、牢度及白度下降，一般用于遮
阳伞、帐篷等，少用于服装面料。而如果能制备成纳米型，其更易于材料结合、粒度小、对可
见光反射率低、透明度高，对织物风格影响较小，是服装织物处理的理想抗紫外整理剂。
作为金属氧化物，纳米氧化锌能够通过反射和折射达到屏蔽紫外线的目的，同时
由于量子尺寸效应，纳米氧化锌可以有效衰减紫外线。目前，在纺织行业，纳米氧化锌主要
是通过共混纺丝和后整理两种方法得到功能纤维或织物。但缺点是：两种方法都需要实现
制备纳米氧化锌粉体，制作过程复杂、能耗大、成本高，并且纳米氧化锌易聚集、均匀分散困
难，严重影响最终产品的功能。
因此，开发防紫外纺织制品及其制备方法具有重要的市场价值与社会意义。
发明内容
本发明目的是提供一种防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维的制备方法，赋予天然蚕丝
纤维制品抗紫外功能，拓展其应用领域。
为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维的制
备方法，包括以下步骤：配置处理液，对蚕丝进行处理；将处理后的蚕丝浸渍锌盐溶液中；将
浸渍后的蚕丝置于碱性溶液中反应；再将反应后的蚕丝进行加热处理，最后水洗、干燥得到
防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维。
上述技术方案中，所述处理液为盐酸、甲酸、乙酸、三氟乙酸、乙醇中的一种或者几
种；或者所述处理液为溴化锂、氯化钙、氯化锌、氯化镁、硫氰酸锂、硝酸钙溶液中的一种或
者几种；所述锌盐为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌、醋酸锌中的一种。
上述技术方案中，所述甲酸的质量浓度为50-98%；所述锌盐溶液的质量浓度为
0.1-5%。
上述技术方案中，所述处理液为甲酸；所述锌盐为硝酸锌。
上述技术方案中，所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨水溶液中的一
种；所述蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝、天蚕丝、蓖麻蚕丝中的一种或几种。
上述技术方案中，所述氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡溶液的质量浓度为0.1-5%；
所述氨水的质量浓度为40%。
上述技术方案中，所述处理时间为5-30分钟，温度为0-60℃；所述浸渍时间为4-8
小时；所述反应时间为5分钟-8小时。
上述技术方案中，所述加热温度为50-200℃；时间为1-5小时。
优选的技术方案中，所述处理液为甲酸溶液，甲酸质量浓度为50%～98%；所述锌盐
溶液为硝酸锌；所述碱性溶液为氢氧化钠溶液；所述加热温度为80-150℃；所述蚕丝为桑蚕
丝。在以上优选条件下，不仅制备时间较短，纳米锌分散均匀，显示出优良的防紫外、抗菌功
能。
本发明还公开了根据上述防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维的制备方法制备的防紫外
氧化锌-蚕丝复合纤维，以及防紫外氧化锌-蚕丝复合纤维在制备防紫外制品中的应用。
根据本发明的技术方案，首先通过酸或中性盐溶液对蚕丝进行前处理，一方面利
用酸或盐溶液的极性降低蚕丝内部的结晶结构；另一方面利用酸或盐溶液促使蚕丝发生溶
胀，进一步打开蚕丝本身的微孔结构；其次将低结晶度、溶胀蚕丝浸入锌盐溶液，将溶液中
的锌离子引入蚕丝表面与内部；再将含有锌离子的蚕丝浸入碱性溶液中，原位反应生成锌
沉淀；最后通过加热原位生成纳米氧化锌。与此不同，现有技术仅是通过后整理将纳米氧化
锌固着于纺织品表面，存在负载率低、固着强度低、分散不均匀的问题。本发明结合了蚕丝
本身的蓬松与多孔结构，同时利用酸或盐溶液的溶胀与降低结晶度的作用，将锌离子引入
蚕丝纤维内部，再将其与碱溶液直接原位反应生成锌沉淀，进一步通过加热原位生成纳米
氧化锌，实现纳米氧化锌的均匀分散与固定，从而可以获得永久的防紫外与抗菌功能。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1） 本发明利用酸溶液或中性盐溶液对蚕丝进行处理，降低蚕丝结晶度同时溶胀蚕
丝，进一步打开蚕丝的微孔结构，实现锌盐附着于蚕丝，特别是锌盐向蚕丝内部的均匀渗
透，解决了现有技术还原的氧化锌离子只附着于蚕丝表面或者表面孔中，而无法进入蚕丝
纤维内部的缺陷。
（2） 本发明采用双原位生成的方法，即首先利用碱在原位与锌盐反应生成锌沉
淀，然后通过加热在原位生成纳米氧化锌，该纳米氧化锌不仅附着于蚕丝表面，更重要的是
均匀分散于蚕丝内部，解决了现有技术纳米氧化锌仅分散于纤维表面，附着量低、黏结牢度
差的缺陷。
（3） 本发明制备的纳米氧化锌颗粒直径在10～500nm之间，粒径小，尺寸均匀，抗
紫外与抗菌性能优异，尤其是纳米氧化锌在蚕丝内外的均匀分散，解决了纳米氧化锌易团
聚的问题，也解决了纤维表面附着量有限，难以高度装载纳米氧化锌的技术困难，还解决了
纳米氧化锌与蚕丝材料强力结合，抗紫外与抗菌性持久的技术难题。
（4） 本发明方法具有广泛的适用性，适用于脱胶与未脱胶茧丝、生丝、捻线丝、编
织线、针织物、机织物、非织造布、编织物等；本发明制备的纳米氧化锌抗紫外与抗菌材料，
纳米氧化锌均匀分散于材料内外，如纤维内部与表面，因而具有持久或者永久的抗紫外与
抗菌性能。
（5） 本发明方法简单、工艺流程短、易于量产；特别是处理后的氧化锌粒子深入纤
维内部，且不影响纤维力学性能的发挥，避免了现有技术盐酸、硫酸、碱等物质对蚕丝力学
性能的影响，解决了现有技术抗紫外、抗菌性与力学性能反向比例的技术难题。
附图说明
图1为实施例一蚕丝表面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
配置质量分数45%的溴化锂水溶液；将脱胶桑蚕丝浸入溴化锂水溶液中，35℃下处理
30min；然后将处理蚕丝浸入质量分数1%硝酸锌水溶液中，浸泡6h，真空干燥后得到含硝酸
锌蚕丝；将含硝酸锌蚕丝浸入质量分数0.1%的氢氧化钠溶液中反应6h，真空干燥后得到含
氢氧化锌蚕丝；对含氢氧化锌蚕丝升温至130℃处理1h，然后水洗，自然干燥后即为防紫外
氧化锌-蚕丝复合纤维。如图1所示为蚕丝表面的扫描电镜图片，可见表面被大量纳米氧化
锌覆盖；进行X-射线衍射测试，发现纳米氧化锌大量存在于产品内部，主 要 衍 射 峰 面
为100，002，101，102，110，103。将 所 得 产 物 的 XRD 衍 射 图 谱 与 Ｘ 射线衍射标
准卡片对比相差甚小，表明产物为氧化锌，为六方晶系结构。所得衍射峰比较尖锐，表明样
品结晶性较好。衍射图谱上无其他杂峰，表明所得氧化锌纯度很高。由谢勒公式计算晶粒的
平均粒径约为34 nm。透射电镜测试证实大量纳米氧化锌均匀分散在纤维断面，经抗紫外与
抗菌性能测试，表明处理后的材料具有非常优异的紫外防护与抗菌功能。
实施例二
配置质量分数90%的甲酸-乙醇溶液；将脱胶桑蚕丝浸入甲酸-乙醇溶液中，常温下处理
10min；然后将处理蚕丝浸入质量分数5%硝酸锌水溶液中，浸泡6h，真空干燥后得到含硝酸
锌蚕丝；将含硝酸锌蚕丝浸入质量分数0.1%的氢氧化钠溶液中反应5h，真空干燥后得到含
氢氧化锌蚕丝；对含氢氧化锌蚕丝升温至150℃处理1h，然后水洗，自然干燥后即为防紫外
氧化锌-蚕丝复合纤维；进行X-射线衍射测试，发现纳米氧化锌大量存在于产品内部，主 要
衍 射 峰 面 为100，002，101，102，110，103。将 所 得 产 物 的 XRD 衍 射 图 谱 与 Ｘ
射线衍射标准卡片对比相差甚小，表明产物为氧化锌，为六方晶系结构。所得衍射峰比较尖
锐，表明样品结晶性较好。衍射图谱上无其他杂峰，表明所得氧化锌纯度很高。由谢勒公式
计算晶粒的平均粒径约为40 nm。透射电镜测试证实大量纳米氧化锌均匀分散在纤维断面，
经抗紫外与抗菌性能测试，表明处理后的材料具有非常优异的紫外防护与抗菌功能。
实施例三
配置质量分数43%的氯化钙水溶液；将脱胶柞蚕丝浸入氯化钙水溶液中，60℃下处理
30min；然后将处理蚕丝浸入质量分数0.1%硝酸锌水溶液中，浸泡6h，真空干燥后得到含硝
酸锌柞蚕丝；将含硝酸锌柞蚕丝浸入质量分数0.2%的氢氧化钠溶液中反应5h，真空干燥后
得到含氢氧化锌柞蚕丝；对含氢氧化锌柞蚕丝升温至120℃处理2h，然后水洗，自然干燥后
即为防紫外氧化锌-柞蚕丝复合纤维；进行X-射线衍射测试，发现纳米氧化锌大量存在于产
品内部，主 要 衍 射 峰 面 为100，002，101，102，110，103。将 所 得 产 物 的 XRD 衍
射 图 谱 与 Ｘ 射线衍射标准卡片对比相差甚小，表明产物为氧化锌，为六方晶系结构。
所得衍射峰比较尖锐，表明样品结晶性较好。衍射图谱上无其他杂峰，表明所得氧化锌纯度
很高。由谢勒公式计算晶粒的平均粒径约为30 nm。透射电镜测试证实大量纳米氧化锌均匀
分散在纤维断面，经抗紫外与抗菌性能测试，表明处理后的材料具有非常优异的紫外防护
与抗菌功能。
实施例四
配置质量分数95%的甲酸水溶液；将脱胶蓖麻蚕丝浸入甲酸水溶液中，常温下处理
5min；然后将处理蓖麻蚕丝浸入质量分数5%硝酸锌水溶液中，浸泡6h，真空干燥后得到含硝
酸锌蓖麻蚕丝；将含硝酸锌蓖麻蚕丝浸入质量分数40%的氨水中反应8h，真空干燥后得到含
氢氧化锌蓖麻蚕丝；对含氢氧化锌蓖麻蚕丝升温至130℃处理2h，然后水洗，自然干燥后即
为防紫外氧化锌-蓖麻蚕丝复合纤维；进行X-射线衍射测试，发现纳米氧化锌大量存在于产
品内部，主 要 衍 射 峰 面 为100，002，101，102，110，103。将 所 得 产 物 的 XRD 衍
射 图 谱 与 Ｘ 射线衍射标准卡片对比相差甚小，表明产物为氧化锌，为六方晶系结构。
所得衍射峰比较尖锐，表明样品结晶性较好。衍射图谱上无其他杂峰，表明所得氧化锌纯度
很高。由谢勒公式计算晶粒的平均粒径约为45 nm。透射电镜测试证实大量纳米氧化锌均匀
分散在纤维断面，经抗紫外与抗菌性能测试，表明处理后的材料具有非常优异的紫外防护
与抗菌功能。
实施例五
配置质量分数96%的甲酸水溶液；将桑蚕丝浸入甲酸水溶液中，常温下处理5min；然后
将处理桑蚕丝浸入质量分数5%氯化锌水溶液中，浸泡6h，真空干燥后得到含氯化锌桑蚕丝；
将含氯化锌桑蚕丝浸入质量分数5%的氢氧化钾溶液反应5min，真空干燥后得到含氢氧化锌
桑蚕丝；对含氢氧化锌桑蚕丝升温至100℃处理5h，然后水洗，自然干燥后即为防紫外氧化
锌-桑蚕丝复合纤维；进行X-射线衍射测试，发现纳米氧化锌大量存在于产品内部，主 要
衍 射 峰 面 为100，002，101，102，110，103。将 所 得 产 物 的 XRD 衍 射 图 谱 与 Ｘ
射线衍射标准卡片对比相差甚小，表明产物为氧化锌，为六方晶系结构。所得衍射峰比较尖
锐，表明样品结晶性较好。衍射图谱上无其他杂峰，表明所得氧化锌纯度很高。由谢勒公式
计算晶粒的平均粒径约为55 nm。透射电镜测试证实大量纳米氧化锌均匀分散在纤维断面，
经抗紫外与抗菌性能测试，表明处理后的材料具有非常优异的紫外防护与抗菌功能。
对实施例1-5制备的样品进行抗紫外、抗菌性能测试，其中紫外防护测试采用国标
（GB/T18830-2009）测试方法测试。
表1 处理样品的抗紫外、抗菌性能