与浸轧和涂层工艺相比，制备纳米TiO2负载织物的浸染工艺出现相对较晚。这个方法的制备原理与分散染料上染涤纶织物的原理相近，通常应用高温高压染色机，使在水中分散的纳米TiO2粒子对涤纶纤维进行吸附并经冷却后被负载在涤纶纤维表面。负载织物的最大优势是纳米TiO2粒子固着性比浸轧和涂层工艺高，耐水洗性好，重复利用性能优良。但是目前浸染工艺只能用来加工涤纶织物，不适合其他纤维织物。在使用浸染工艺制备纳米TiO2负载织物时，首先配制不同质量分数的纳米TiO2水分散液，并将其倒入高温高压染色机的染杯中，再将涤纶织物放入其中，然后按照涤纶织物高温高压分散染料染色工艺进行加工，所制备的涤纶织物表面纳米TiO2负载量如图6-12所示。

图6-12　不同质量分数纳米TiO2水分散液负载涤纶织物

在使用浸染工艺制备纳米TiO2负载涤纶织物的过程中，纳米TiO2的浓度、浸染温度、浴比、工作液pH以及无机盐浓度等因素均对涤纶织物表面的纳米TiO2负载量有显著影响。如图6-13所示，浸染温度是纳米TiO2粒子在涤纶织物表面负载量的决定性因素，纳米TiO2负载量随着温度的提高不断增加，在130℃时纳米TiO2负载量最高，也就是说只有温度达到130℃时使用浸染工艺才表现出优良效果。原因主要是涤纶无定形区的结构中存在微小的空隙。当负载温度超过涤纶纤维玻璃化温度（67～81℃）时，纤维无定形区的分子链开始运动。当温度达到120℃及以上时，分子链运动加剧，无定形区内微孔张开形成瞬间空隙，此时小于空隙尺寸的纳米TiO2粒子在高温作用下由于布朗运动迅速通过瞬间空隙而进入纤维内部，当温度降低后空隙发生收缩，纳米TiO2粒子被截留在纤维无定形区中。在130℃的浸染过程中，随着时间的延长纳米TiO2负载量不断提高，30min时获得最高的纳米TiO2负载量，时间过长反而导致纳米TiO2粒子不易负载。这是因为当负载时间较短时，纳米TiO2粒子不能完全进入纤维内部。但是随着时间的延长纳米TiO2粒子逐渐进入纤维空隙，超过30min后涤纶纤维对纳米TiO2粒子的吸附量达到饱和，即达到了最高负载量。继续延长时间可能会导致纳米TiO2粒子在涤纶表面发生团聚而变大，不易进入纤维空隙，导致纳米TiO2负载量呈下降趋势。

在浸染过程中，纳米TiO2的浓度增加会使其在涤纶表面的负载量几乎呈线性提高，意味着更多的纳米TiO2粒子被截留于纤维空隙中。此外，工作液pH的增加导致纳米TiO2负载量提高，这说明工作液pH的升高有利于纳米TiO2粒子在涤纶表面的负载。pH的升高会使纳米TiO2粒子团聚形成更大的颗粒，但是XRD分析证明，它们仍然属于锐钛型[图6-14（a）]，只不过催化活性有所下降。更重要的是，随着工作液中两种无机盐特别是NaCl浓度的增加，纳米TiO2负载量进一步提高。当NaCl浓度达到40g/L时，纳米TiO2负载量接近200mg/g，说明体系中无机盐的存在有利于纳米TiO2粒子在涤纶表面的负载，并且它们还保持着锐钛型[图6-14（b）]。

图6-13　浸染工艺对纳米TiO2在涤纶织物表面负载量的影响(www.daowen.com)

在浸染过程中还发现，不同粒径的纳米TiO2粒子（JR05：5nm,TA15：15nm,P25：25nm,TA60：60nm）在涤纶表面的负载量存在明显差异，其负载量随着纳米TiO2粒子的粒径增加而提高，即它们的负载量按下列顺序排列：JR05＜TA15＜P25＜TA60。一个可能的原因是在高温条件下，较大粒径的纳米TiO2粒子具有较弱的布朗运动趋势，更易于沉积于涤纶表面而进入空隙中，从而显示出更高的负载量。值得说明的是，从它们的SEM照片（图6-15）可知，三种大粒径的纳米TiO2粒子比JR05粒子在纤维表面形成较厚的薄膜。

图6-14　不同粒径纳米TiO2负载于涤纶表面的XRD图

图6-15　不同粒径纳米TiO2负载涤纶的SEM图