納米材料在功能性紡織品后整理中的應(yīng)用

摘要  納米材料在紡織工業(yè)中的一種應(yīng)用趨勢(shì)是在多種纖維或織物功能后整理時(shí)添加，本文簡(jiǎn)要介紹了系列化的紡織專(zhuān)用功能納米材料，并分類(lèi)詳述了納米材料在天然-化纖混紡織物、天然織物進(jìn)行功能性整理時(shí)的實(shí)際應(yīng)用，這些整理包括抗紫外線整理、抗紅外線、涼爽型整理、遠(yuǎn)紅外整理、抗菌、抑菌整理以及導(dǎo)電型整理、阻燃型整理等功能性整理。

   關(guān)鍵詞  納米材料  功能性整理  遠(yuǎn)紅外抗紫外線  抗菌  抗紅外線  導(dǎo)電  阻燃

   分類(lèi)號(hào):T5102·52+8

一、納米技術(shù)和納米材科

   納米技術(shù)是指在納米尺度上研究物質(zhì)(包括原子、分子)的特性和相互作用、以及利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。納米科技的最終目標(biāo)是直接以原子、分子及物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來(lái)的新穎的物理、化學(xué)和生物學(xué)等特性，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。

   納米材料的微粒尺寸通常在100nm(l，咖二10^-9m)以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)小于一般的微粒，從材料的結(jié)構(gòu)單元層次來(lái)說(shuō)，它介于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間領(lǐng)域，其中界面原子占極大比例，界面周?chē)木Ц窠Y(jié)構(gòu)互不相關(guān)，這些導(dǎo)致材科的光學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等性能的改變。由于納米材科的表面效應(yīng)，它的表面原子數(shù)增多，表面能增高，因之具有很高的化學(xué)活性，某些納米材料就表現(xiàn)出很強(qiáng)的化學(xué)活性和催化能力。

   當(dāng)物質(zhì)粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)現(xiàn)象，其關(guān)系為:

   δ=4E/3N

   式中：δ為能級(jí)間距；E為費(fèi)米能級(jí)；N為總電子數(shù)。

   宏觀物質(zhì)包含無(wú)限個(gè)原子時(shí)(即N趨于無(wú)窮)，于是δ趨近于0，而大粒子或宏觀微粒包含的原子數(shù)有限，N值很小，就導(dǎo)致δ有一定的值，即能級(jí)間距發(fā)生分裂。塊狀金屬的電子能譜為準(zhǔn)連續(xù)能帶，而當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能量或超導(dǎo)的凝聚態(tài)能時(shí)，必須考慮量子效應(yīng)，這就導(dǎo)致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性的顯著不同，稱(chēng)為量子效應(yīng)。

   由于納米材料的量子尺寸效應(yīng)、巨宏觀量子隧道效應(yīng)、大的表面和界面效應(yīng)，使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變，呈現(xiàn)出許多不同于宏觀物體的性質(zhì)。在納米粒子的尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光、聲、電、磁等特性出現(xiàn)異常，如光吸收、微波吸收顯著增強(qiáng)。在采用納米級(jí)遠(yuǎn)紅外功能材料進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明；相同分子結(jié)構(gòu)納米材料的遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能比微米級(jí)材料高約10%左右，從而為實(shí)現(xiàn)低用量條件下對(duì)混紡纖維、天然纖維進(jìn)行功能性后整理提供了保證，所有這些，都為納米材料在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，包括在紡織等傳統(tǒng)加工工業(yè)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

  二、納米粉體材料在紡織工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

   近年來(lái)，隨著紡織工業(yè)用功能粉體粒度的微細(xì)化，納米級(jí)功能粉體逐漸進(jìn)人紡織工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域，其中，在織物功能后整理加工的過(guò)程中出現(xiàn)了"多種粉體復(fù)配，多種功能復(fù)合、多種纖維添加整理"的趨勢(shì)。

2.1    多種粉體復(fù)配

   對(duì)于采取后整理方法，賦予織物某種功能來(lái)說(shuō)，不同種類(lèi)、不同尺度和不同晶型的扮體有著各自特有的作用，對(duì)不同品種的納米材料有選擇地進(jìn)行改性、復(fù)配，就可以得到具有理想功能的納米粉體，同樣，針對(duì)紡織工業(yè)的需要，經(jīng)過(guò)有目的的表面涂飾、改性、復(fù)配，就能得到紡織專(zhuān)用的系列化納米功能粉體，進(jìn)一步，我們應(yīng)用這些粉體，就可以用后整理或共混紡絲的方法，生產(chǎn)出多種功能紡織品來(lái)。

2.2   多種功能復(fù)合

   隨著多種單一功能紡織專(zhuān)用納米粉體的出現(xiàn)和全社會(huì)對(duì)紡織品多種功能的需要，我們開(kāi)始將納米材料的兩種或者多種功能復(fù)合起來(lái)，用于一類(lèi)功能織物的開(kāi)發(fā)，如；開(kāi)發(fā)出既具有抗紫外線功能又能抗菌的納米粉體，就可以用后整理方法生產(chǎn)出夏、秋季穿用的襯衣和T恤衫;再如生產(chǎn)具有防水、透濕、抗菌性能的服裝;還可以生產(chǎn)出既屏蔽紫外線、又能屏蔽紅外線同時(shí)還可以抗菌(涼爽、抗菌型)的復(fù)合功能服裝來(lái)，這一系列的功能紡織品都有著巨大的市場(chǎng)前景。

2.3  多種纖維的織物整理時(shí)添加

   粉體材料在紡織工業(yè)中最早的應(yīng)用之一是源于化纖生產(chǎn)中作為消光劑使用的鈦白粉，它的應(yīng)用范圍涉及到聚酯纖維，聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維和粘膠纖維等，而伴隨著紡織用納米材料會(huì)帶來(lái)顯著的光吸收、抗菌等功能，在己經(jīng)成功地采用聚合、共混等方法將納米材料加入到化纖中以后，又出現(xiàn)了采用后整理等方法，將納米材料的遠(yuǎn)紅外反射、抗紫外線、抗菌等功能賦予天然纖維及織物，如棉、毛、麻等，這樣，就能將納米材料的應(yīng)用擴(kuò)寬到化纖——天然纖維混紡、天然纖維及織物的范圍。

  三、納米粉體材料在抗紫外、抗紅外、遠(yuǎn)紅外功能紡織品后整理中的應(yīng)用

3.1納米材料的光防護(hù)功能

   多種物質(zhì)對(duì)光線都具有屏蔽、防護(hù)的作用，如Al₂0₃、MgO、ZnO、TiO₂、SiO₂、CaCO₃、高嶺土、炭黑、多種金屬等。當(dāng)將這些材料制成納米粉體，使微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，由于小尺寸效應(yīng)導(dǎo)致光吸收顯著增強(qiáng)，而此類(lèi)納米粉體的比表面積大、表面能高，在用于對(duì)天然纖維整理時(shí)，很容易和后者相結(jié)合，再加之天然——化纖混紡織物、天然織物對(duì)整理用材料細(xì)度、附著力等性能的要求，都決定了納米材料是天然——化纖混紡織物、天然織物在光防護(hù)、光屏蔽、光反射類(lèi)型功能后整理時(shí)的憂(yōu)選材料，見(jiàn)表1。

表1一些材科的紫外線透過(guò)率T%

為了保證納米粉體與纖維的良好結(jié)合，又能夠生產(chǎn)出便于印染、色彩續(xù)紛的織物，一般選用金屬氧化物的粉體，即所謂納米級(jí)粉體，在這里，這類(lèi)粉體表現(xiàn)出了特殊的光學(xué)性質(zhì)，如通常用氧化鋅來(lái)作紫外線屏蔽劑，機(jī)理是其禁帶寬度為3.2eV，可以吸收波長(zhǎng)為388nm的紫外線，而當(dāng)氧化鋅的粒度為lOnm時(shí)，它的禁帶寬度增加到大于4.5eV，可以較好吸收280-320nm波長(zhǎng)的紫外線，從圖1可以看到含納米粒子的纖維能夠較好地吸收UVB 和UVA波段的紫外線，屏蔽率可達(dá)到95%以上。

   但各種不同的納米粉體對(duì)光線的屏蔽、反射效率也是有差別的，以常用的TiO₂和ZnO來(lái)比較，從納米級(jí)氧化鋅和二氧化鈦的分光反射率我們可以得知；在波長(zhǎng)為200一800nm范圍內(nèi)氧化鋅具有較高而穩(wěn)定的分光反射率，而納米二氧化鈦則在在紫外線的部分譜段具有更高一些的分光反射率。

  粉體粒度的大小和它們吸收紫外線的效果是有一定關(guān)系的，在測(cè)定介質(zhì)水中二氧化鈦粒徑與散射系數(shù)關(guān)系時(shí)，得到了如圖z所示的結(jié)果。

   由圖2可以看到，在上述紫外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)，二氧化鈦微粒粒徑在50一l20nm時(shí)，吸收效率最大(即透過(guò)率最小)。

3.2   棉一一滌混紡織物的抗紫外整理

   對(duì)于棉、毛、絲、麻等天然纖維，尤其是其中用量最大的棉纖維來(lái)說(shuō)，采用納米材料進(jìn)行功能后整理是近期內(nèi)正在開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，現(xiàn)以賦予抗紫外線功能的整理為例，棉織物具有種種優(yōu)點(diǎn)，是人們?nèi)粘４┲摹⑶锛竟?jié)首選的面料，但是從抗紫外線的角度來(lái)看，棉織物對(duì)UV-A和UV-B波長(zhǎng)段的紫外線都有較高的透過(guò)率，同時(shí)這種缺點(diǎn)在棉-化纖的混紡纖維中也表現(xiàn)出來(lái)了。從圖3可以看到:在紫外線波長(zhǎng)為200-300nm時(shí)(即UVC的全部和UV-B的大部分范圍內(nèi))，滌棉粗平布的紫外線透過(guò)率為一平緩的曲線，數(shù)值受織物中棉纖維的影響不太大(因?yàn)?，這一段棉纖維本身的紫外線透過(guò)率也低于20%)，僅為同類(lèi)棉粗平布紫外透過(guò)率的1/5；但是，在UV-A區(qū)域段，受棉纖維紫外線透過(guò)率快速上升的影響，滌棉粗平布的曲線也出現(xiàn)了急劇上升，據(jù)此可見(jiàn)，棉纖維在抗紫外性能方面存在著嚴(yán)重缺陷，除了影響純棉織物在夏、秋季節(jié)的穿著外，也造成了滌-棉、丙-棉、錦-棉織物抗紫外線性能的不足，必須設(shè)法加以彌補(bǔ)，而在這里是無(wú)法再象功能化纖那樣將紫外線蔽劑，用共混等方法直接施加到纖維內(nèi)部，只能用后整理的方法來(lái)解決。

我們首先在已開(kāi)發(fā)投產(chǎn)抗紫外化纖的基礎(chǔ)上，根據(jù)棉-化纖織物的特性和整理的目的，合作開(kāi)發(fā)了應(yīng)用納米材料的抗紫外線功能整理織物，在篩選出對(duì)于紫外線有反射、吸收等屏蔽、隔絕作用納米粉體材料，進(jìn)行表面改性、功能互補(bǔ)、組分復(fù)配以后，依據(jù)棉紗以及與其混紡功能化纖的特性，分別選用了相應(yīng)的粘合劑，穩(wěn)定劑、柔軟劑等組合助劑以及合理的成漿、漿料穩(wěn)定工藝等，整理后系列功能織物的紫外線屏蔽性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表2:

  表2抗紫外線織物對(duì)紫外線的屏蔽率

   經(jīng)使用，這項(xiàng)應(yīng)用納米材料織物功能后整理技術(shù)己經(jīng)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求。

   3.3  納米材料在純棉織物抗紫外整理中的應(yīng)用

3.3.1納米材料處理液的制備

將納米納米材料加分散劑以及粘合劑等，調(diào)制成一定濃度的處理液。由于納米材料粉體表面能大，極易凝聚，且比重大，不溶于水，所以要得到分散良好，具有一定穩(wěn)定性的處理液非常關(guān)鍵。需選擇合適的分散劑與調(diào)制方法。通過(guò)篩選，采用的是PDT分散劑等，經(jīng)透射電鏡對(duì)處理液的測(cè)定，證實(shí)其顆粒是納米級(jí)范圍。

   3.3.2納米材料、粘合劑、分散劑用量及加工方法

   試驗(yàn)時(shí)，分別選用了不同用量的納米材抖、粘合劑、分散劑、采用吸盡法與浸軋法進(jìn)行加工，通過(guò)正交設(shè)計(jì)制定方案，并經(jīng)紫外透過(guò)率以及其它服用性能的測(cè)試，結(jié)果認(rèn)為，最佳工藝處方以納米材料5%，粘合劑15%，分散劑2%…采用吸盡法較好。參看表結(jié)果。

表3  織物姬理前后性能對(duì)比

3.3.3織物組織彤響

機(jī)織物與針織物的防紫外效果，以及不同組織結(jié)構(gòu)都會(huì)影響紫外透過(guò)率，具體見(jiàn)表4。

表4  不同織物處理前后紫外透過(guò)率(%)

   表4說(shuō)明，織物經(jīng)納米材料處理后，紫外線透過(guò)率明顯降低，降低幅度與織物緊密程度，孔隙大小有關(guān)。針織物一般比機(jī)織物結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率較大，防紫外效果差。在不同組織中，屏蔽紫外線能力為緞紋＞斜紋＞平紋，這與平紋織物孔隙較多，緞紋織物孔隙率較小有關(guān)。

   3.3.4  其它服用性能

   織物經(jīng)納米材科處理后，防紫外性能得以提高，而對(duì)手感，透氣性會(huì)有一定影響，見(jiàn)表3，但若工藝選擇合理，可不影響服用性，且有一定耐洗性，見(jiàn)表5。

術(shù)節(jié)表5  耐木洗試驗(yàn)

   從圖4可以看到，用納米材料對(duì)純棉紡織品進(jìn)行整理后，可以大幅度地提高織物抗紫外線的性能(提高數(shù)倍以上)，尤其是對(duì)于婦女、中老年人和兒童夏、秋季穿用的輕薄類(lèi)紡織品，采用納米材料進(jìn)行抗紫外后整理比使用較厚的面料、復(fù)雜的織造方式和較深的顏色等等，都更加有效。

3.4 毛織物的抗紫外整理

   傳統(tǒng)的毛紡織產(chǎn)品，主要用于秋冬季服裝，近年來(lái)，隨著毛織物產(chǎn)品輕薄化發(fā)展，大量的高支毛織物、毛麻混紡織物、羊絨織物等高檔產(chǎn)品己為人們所青睬。對(duì)毛織物進(jìn)行抗紫外整理，也就有了實(shí)際的意義。對(duì)毛織物進(jìn)行抗紫外整理，采用了涂層整理到織物表面，形成抗紫外功能性。

3.4.1抗紫外納米材料選擇與加工采用了新穎的單分散液相制備技術(shù)，制備抗紫外納米材料包括Al2O3、TiO2等，其細(xì)度達(dá)到7Onm左右。 試驗(yàn)表明；各材料的抗紫外性能與細(xì)度有密切的關(guān)系，采用納米范圍的紫外線屏蔽材料和相應(yīng)配套的增稠劑、粘合劑，可以達(dá)到很理想的抗紫外線性能。

3.4.2整理工藝與毛織物遠(yuǎn)紅外整理選擇的相同，將抗紫外陶瓷粉末與粘合劑混合，對(duì)毛織物進(jìn)行噴淋涂層整理，涂層后的織物需要在 130℃下進(jìn)行烘培處理，使得納米粉體、粘合劑等能與毛纖維形成較強(qiáng)的結(jié)合。整理后的織物保持了原有的色澤、手感和外觀。

3.4.3性能評(píng)價(jià) 經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明；在200-400nm范圍內(nèi)，整理后毛織物的紫外線屏蔽率＞99%達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平?？椢锏母鞣N物理機(jī)械性 能都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.5遠(yuǎn)紅外反射、抗紅外線類(lèi)納米材料在后整理中的應(yīng)用

3.5.1遠(yuǎn)紅外反射、抗紅外線類(lèi)納米材料這類(lèi)納米粉體材料是在遠(yuǎn)紅外加熱所使用的陶瓷粉體上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，根據(jù)應(yīng)用的紡織品和性能要求的不同，通常包括有三氧化二鋁、氧化錯(cuò)、氧化鎂、二氧化硅、氧化鋅、三氧化二銻等，除了要將它們的粒度在制備時(shí)控制在100納米左右， 同時(shí)，還要對(duì)其進(jìn)行一系列的表面涂飾、改性等處理，以確保這些粉體在后整理時(shí)的分散性、相容性。

3.5.2遠(yuǎn)紅外線反射功能整理遠(yuǎn)紅外線反射功能紡織品是一類(lèi)具有選紅外反射功能的織物，通過(guò)吸收人體發(fā)射出的射線，再向人體輻射一定波長(zhǎng)范圍的中、遠(yuǎn)紅外線(其中包括最易被人體吸收的4-14微米波長(zhǎng)段的射線)，由于能夠反射部分人體輻射的紅外線，所以，也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失的作用，使此類(lèi)功能織物的保溫性能較常規(guī)的織物有所提高，據(jù)測(cè)定；織物的保暖率可提高12%以上。

3.5.2.1納米遠(yuǎn)紅外絲絨、羊絨衫整理研究及納米遠(yuǎn)紅外絲絨、羊絨保健針織服裝開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究，主要采用納米遠(yuǎn)紅外整理劑在洗縮整理過(guò)程中，對(duì)絲絨衫進(jìn)行整理，形成納米涂層。賦于織物以憂(yōu)異的保暖、保健、抗菌性能。

3.5.2.2遠(yuǎn)紅外功能整理主要意義在于其蓄熱保溫、抗菌、促進(jìn)血液循環(huán)，具有顯著的醫(yī)療保健意義。對(duì)羊絨、羊毛類(lèi)織物進(jìn)行遠(yuǎn)紅外功能整理的基本方法是采用涂層整理。

3.5.2.3納米遠(yuǎn)紅外整理劑研制單分散納米材料制備研究

根據(jù)納米材料的制備特點(diǎn)，我們選擇了液相法生產(chǎn)納米微粒，通過(guò)控制化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)形成納米結(jié)構(gòu)材料。這一方法對(duì)于不同的材料，液相反應(yīng)的原料與控制條件也不同，分別制備了ZrO₂ 、TiO₂、ZnO三種材料的納米材料，各種材料均為 粘稠的含水溶膠微粒狀態(tài)，納米粒子處于水合氧化物的分散狀態(tài)，因此我們稱(chēng)之為單分散納米材料。外觀為半透明的乳白色膏狀物。利用透射電子顯微鏡對(duì)制備的兩種單分散納米材料進(jìn)行測(cè)試，所拍攝的照片如圖5所示。按照納米粒度測(cè)試的要求測(cè)試600個(gè)納米顆粒的直徑，ZrO₂平均粒度值為85nm。TiO₂的平均粒度值為82nm。最小顆粒粒徑為3nm，最大顆粒粒徑為1l2nm，達(dá)到了納米材料的基本范圍。ZrO₂納米材料顆粒在溶液中基本為球型狀態(tài)，粒徑的大小存在著一定的分布，各個(gè)顆粒間具有良好的分散狀態(tài)。

另外，用激光粒度儀測(cè)試結(jié)果也表明，單分散納米材料的平均粒度為95nm，自然放置30天后，測(cè)試的數(shù)據(jù)與該結(jié)果基本一致。

采用納米材料與有機(jī)樹(shù)脂單體混合，形成水介質(zhì)中應(yīng)用的納米遠(yuǎn)紅外整理劑時(shí)，進(jìn)行了有機(jī)樹(shù)脂單體選擇與耐洗滌性能研究、納米材料遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的對(duì)比與復(fù)配選擇工作。采用不同納米材料及混合比例不同時(shí)進(jìn)行混配，配制遠(yuǎn)紅外納米整理劑。對(duì)絲絨織物進(jìn)行整理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，單分散納米材料的遠(yuǎn)紅外溫升性能比普通納米材料要好得多。這是由于單分散納米材料的顆粒粒度細(xì)，并且分散均勻而形成。

   3.5.2.4   納米遠(yuǎn)紅外整理劑外觀與性能

       產(chǎn)品外觀；乳白色粘稠液體

       含固量；≥40%

       pH值；7-8

       離子性；陽(yáng)離子型

       穩(wěn)定性；常溫下放置4個(gè)月無(wú)變化

   3.5.2.5   納米遠(yuǎn)紅外整理劑的應(yīng)用工藝研究

通過(guò)大量的對(duì)比與正交工藝實(shí)驗(yàn)研究，選擇了最佳的整理工藝條件；

納米遠(yuǎn)紅外整理劑用量為owf3%¨

       滲透劑用量owfl%;

       浴比1:15  pH值為7  溫度為 45℃

       浸潤(rùn)時(shí)間為  2Omin  烘干120℃ 3min

     為與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，我們首先選擇采用在羊絨衫整理過(guò)程中進(jìn)行浸漬涂層。整理工藝流程為:

     縫合羊絨衫，洗滌，浸漬，漂洗，脫水，柔軟及涂層，脫水，烘干，整燙，成品。納米遠(yuǎn)紅外整理主要在柔軟整理工序中進(jìn)行，烘干工藝需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

   3.5.2.6性能評(píng)價(jià)

   經(jīng)過(guò)整理后織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率明顯提高。在正常處理?xiàng)l件下(整理劑用量為3%時(shí))，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為84%，遠(yuǎn)紅外溫升性能達(dá)到了5.2℃，達(dá)到了目前國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)紅外織物測(cè)試的領(lǐng)先水平。

   對(duì)織物基本性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明；經(jīng)過(guò)納米遠(yuǎn)紅外整理后絲絨織物的強(qiáng)力、抗起毛、起球性能、懸垂性能等都比整理前有所改善，吸濕性能與整理前基本一致?？椢锏耐庥^和手感基本保持了原有的風(fēng)格特性。取得了預(yù)期的效果。

   在這里，不同品種納米材料的反射性能是有差異的，參看表6；

表6  不同納米材料對(duì)溫升性能的影響

   3·5·3   紡織品抗紅外整理

   在我國(guó)南方亞熱帶地區(qū)以及地球上赤道附近的東南亞、中東等地區(qū)，終年天氣炎熱，陽(yáng)光近于直射，強(qiáng)烈的可見(jiàn)光、近紅外線和紫外線的輻照作用交匯在一起，給人們生活、露天貨物的保存等帶來(lái)了困難。由于太陽(yáng)光譜中，在480nm波長(zhǎng)附近有一能量峰值，而30nm-2μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能占陽(yáng)光總能T的95%以上，如能在抗紫外整理的基礎(chǔ)上，將屏蔽的射線波長(zhǎng)范圍擴(kuò)寬至0.2-5μm，這樣生產(chǎn)出的抗紅外紡織品(兼有抗可見(jiàn)光、抗紫外線的功能)或稱(chēng)為涼爽型紡織品，用來(lái)制作T恤衫、襯衣、休閑服、夏日服裝，野外工作服、遮陽(yáng)傘、帳篷等，為上述地區(qū)人們所歡迎，此類(lèi)功能整理織物既能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需求，又能拓寬我國(guó)紡織品出口的銷(xiāo)路。

   我們用抗紅外類(lèi)納米材料整理生產(chǎn)出了涼爽型織物的抗紫外、抗紅外、織物正面及背后空間的溫差等性能指標(biāo)見(jiàn)表7

表7  涼爽型織物性能表

  四、納米材料在抗菌功能紡織品后整理中的應(yīng)用

4.1抗菌、抑菌整理用納米材料

   織物抗菌整理納米級(jí)粉體通常是指經(jīng)特殊工藝生產(chǎn)的、晶粒尺寸具有納米尺度的粉體材料。根據(jù)殺菌機(jī)理的不同，這些抗菌劑可以劃分為以下的類(lèi)型:

   a. 元素、元素的離子及其官能團(tuán)的接觸性抗菌劑，即第一類(lèi)無(wú)機(jī)抗菌劑，如:Ag、Cu、Zn、S、As、Ag+、Cu++、SO₃^-2、AsO₂-等。

   b. 光催化抗菌劑，即第二類(lèi)無(wú)機(jī)抗菌劑，如:納米TiO2、納米ZnO、納米硅基氧化物等。

4.2  紡織用納米級(jí)抗菌粉體與其它抗菌劑相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

   (1)對(duì)人體無(wú)刺激性、無(wú)毒，使用安全可靠。

   (2)整理劑透明度高，加工后可保持織物的原有外觀，長(zhǎng)期使用不變色。

   (3)根據(jù)需要，可以在復(fù)配后兼有抗紫外線功能。

   (4)對(duì)熱和光的作用穩(wěn)定。(許多有機(jī)整理劑如季按鹽化合物、二苯甲酮、有機(jī)酸等抗菌劑易在光和熱的作用下分解，在生產(chǎn)和使用中不能遇高溫及曝曬)。

   (5)廣譜抗菌性，可抑制多種病菌。

(6)加工方便，適用紡織品范圍廣泛。

   4.3   用納米級(jí)粉體作為抗菌劑，對(duì)純棉織物進(jìn)行抗菌整理后織物的作用；一是提高抗菌性能，二是完善整理工藝

   4.3.1提高抗菌性能

   織物抗菌性能測(cè)試方法主要參考中華人民共和國(guó)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01020一92和改良的AATCC-l00試驗(yàn)法。在前期工作階段使用改良的MLTCC試驗(yàn)法，本方法測(cè)試條件接近織物的使用條件，適用范圍廣，且為定E方法，可用于溶出型及非溶出型抗菌劑。

我們選用的納米級(jí)抗菌粉體，對(duì)多種細(xì)菌和真菌有抑制作用。

(1)  首先采用定性的方法驗(yàn)證其抗菌佳。符號(hào)十表示有菌生長(zhǎng)。

(2)  納米級(jí)粉體不同含尺抗菌性能比較。

(3)  采用不同壓余率處理織物，抗菌性能比較。（數(shù)值為制品檢出菌落數(shù)，0表示布上未檢出，數(shù)字大表示帶菌多。）結(jié)果見(jiàn)表8、9

表8

   表 9

   4.3.2通過(guò)應(yīng)用納米級(jí)粉體抗菌整理織物抗菌性能的研究得出如下結(jié)論；

   (1)我們選用的這種納米級(jí)粉體對(duì)金黃色葡萄球菌，大腸桿菌、白色念珠菌、青霉菌、黑曲霉菌具有抑制作用;

   (2)納米級(jí)粉體含量增加，織物的抑菌性能也隨之增加;

   (3)織物的增重率增加，其抑菌性能也增加。

   4.3.3   完善整理工藝

   將抗菌劑(納米級(jí)粉體)、粘合劑、分散劑等和水以一定比例配制成抗菌整理液，選擇三種不同工藝參數(shù)(紗支、密度、組織)的織物進(jìn)行試驗(yàn)。我們對(duì)處理后織物的增重率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對(duì)增重率進(jìn)行方差分析，找出影響增重率的因素·研究增重率與抗菌效力的關(guān)系。

   (1)格平紋織物

   納米級(jí)粉體的含量對(duì)格平紋織物的增重率影響顯著。粘合劑、分散劑等影響不顯著。

   (2)白平紋織物

   納米級(jí)粉體的含量對(duì)白平紋織物的增重率影響特別顯著，粘合劑的含量對(duì)增重率影響顯著，由于粘合劑含量會(huì)影響納米級(jí)粉體的粘咐牢度，所以納米級(jí)粉體、粘合劑的選擇應(yīng)適當(dāng)。通過(guò)上述分析可知，納米級(jí)粉體的含量對(duì)織物的增重率影響均顯著，所以在確定整理工藝時(shí)可以用控制納米級(jí)粉體的含量來(lái)控制織物的抑菌性。

   通過(guò)后整理方法生產(chǎn)納米納米級(jí)粉體抗菌產(chǎn)品，技術(shù)關(guān)鍵是顆粒的分散性問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)中。應(yīng)針對(duì)不同用途，選擇合理的產(chǎn)品和納米級(jí)粉體原料方案。

   納米技術(shù)在我國(guó)紡織行業(yè)的應(yīng)用剛剛開(kāi)始。利用納米級(jí)粉體對(duì)純棉織物進(jìn)行抗菌整理，使其具有抑菌效果，提高紡織服裝的安全性和衛(wèi)生性能，具有一定的前瞻性和先進(jìn)性。而且納米級(jí)粉體屬無(wú)機(jī)類(lèi)材料，作為抗菌劑使用安全可靠，對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生毒副作用，對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成污染。

4.3.4   小結(jié)

   (1)試驗(yàn)所選的納米級(jí)粉體對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、黑曲霉菌、肺炎桿菌、痢疾桿菌有明顯的抑制作用。

   (2)以納米級(jí)粉體為抗菌劑配制整理液處理織物是可行的，抗菌性能及服用性能指標(biāo)均很好。目前國(guó)內(nèi)無(wú)統(tǒng)一抗菌紡織品標(biāo)準(zhǔn)，僅參照姜文俠(抗菌防臭纖維制品抗菌效力評(píng)價(jià)的新方法)(合成纖維)。

   (3)在成本相同條件下，比同類(lèi)產(chǎn)品抗菌效果好，服用性能好，生產(chǎn)效益高。

   (4)產(chǎn)品無(wú)毒、副作用，符合人體健康及環(huán)保要求，耐久性好。

   (5)整理液配制方法簡(jiǎn)單、易行。

   (6)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需特殊設(shè)備、特殊條件。

   4.4   為了擴(kuò)寬功能化纖的應(yīng)用，我們還采用后整理方法，合作開(kāi)發(fā)了應(yīng)用納米抗菌材料對(duì)棉-滌混紡織物進(jìn)行抗菌整理，產(chǎn)業(yè)化批量產(chǎn)品的抗菌性能如下表；

表10  抗菌織物測(cè)試結(jié)果

五、納米材料在導(dǎo)電、阻燃功能紡織品后整理中的應(yīng)用

5.1  導(dǎo)電型天然一一化纖混紡織物用納米級(jí)粉體材料

在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，導(dǎo)電織物具有廣泛的應(yīng)用前景；用于電子、醫(yī)藥、食品、計(jì)算機(jī)和精密儀器等行業(yè)時(shí)，可以防靜電擊穿、防吸附、防塵、防污染，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量，用于石油精煉、石油、儲(chǔ)運(yùn)、油漆、化工、媒礦等行業(yè)時(shí)，可以消除靜電，防止爆炸；用于通訊設(shè)施、精密儀表、高頻裝置、電子設(shè)備的保護(hù)時(shí)，可以防止電磁波干擾；用于發(fā)、供電等操作人員工作服時(shí)，能防止靜電感應(yīng)和電擊事故。

   在多種導(dǎo)電織物中，性能較好的有，a、以炭黑為導(dǎo)電物質(zhì)后整理而得的黑色導(dǎo)電天然-化纖混紡織物；b、以二氧化錫、氧化鋅和二氧化鈦等白色粉體材料為導(dǎo)電物質(zhì)后整理而得的白色導(dǎo)電天然-化纖混紡織物，后一色調(diào)的導(dǎo)電纖維主要用于制作防護(hù)服、工作服和裝飾性導(dǎo)電材料，其色調(diào)優(yōu)于黑色導(dǎo)電織物，應(yīng)用范圍更為廣泛。

5．2阻燃紡織品用粉體材料

   我國(guó)已于1998年9月1日開(kāi)始實(shí)施(中華人民共和國(guó)消防法)，這有力地捉進(jìn)了我國(guó)阻燃紡織技術(shù)的發(fā)展。隨著磷系、漠系阻燃劑的發(fā)展和對(duì)硅系、氨系阻燃劑的需求，加之小粒度阻燃劑易擴(kuò)散、用量少等優(yōu)點(diǎn)，納米材料在阻燃紡織

品方面的用途是十分明顯的?，F(xiàn)有一種阻燃紡織品的效能見(jiàn)表11。

表11 阻燃纖維測(cè)試性能表

六、采用納米材科進(jìn)行功能后矗理的方法

   采用納米級(jí)功能材料進(jìn)行抗紫外整理的優(yōu)點(diǎn)則在于:

   1、選用的材料主要為無(wú)機(jī)粉末，具有耐紫外線、紅外線照射、耐熱、無(wú)毒、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)(如納米級(jí)氧化鋅本身就是一種醫(yī)用抗菌劑，又兼有屏蔽紫外線波長(zhǎng)范圍寬的特性）。

   2、主要功能是將紫外線屏蔽、反射至織物以外(有部分的吸收)，而不象有機(jī)類(lèi)紫外線吸收劑那樣僅僅通過(guò)選擇性吸收，從而將射線的能量轉(zhuǎn)化釋放在織物內(nèi)。

   3、不影響紡織品的色牢度、白度和強(qiáng)度等；

   類(lèi)似的憂(yōu)點(diǎn)在納米材料對(duì)棉織物和棉-化纖混紡織物進(jìn)行抗菌除臭整理、抗紫外線-抗紅外線整理(即；涼爽化整理)、遠(yuǎn)紅外反射保健整理、抗靜電整理、阻燃整理等功能整理時(shí)也都明顯地表現(xiàn)出來(lái)，這就為天然纖維和天然纖維-化纖混紡織物采用納米級(jí)材料進(jìn)行功能整理的可行性以及確保這類(lèi)整理與織物進(jìn)一步印染或其它整理過(guò)程的相容性創(chuàng)造了條件。采用納米功能材料進(jìn)行整理的工藝正在隨著市場(chǎng)需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要的方法根據(jù)織物的用途不同而分為:

    ①吸盡法

    在配量好的整理液中放人織物，在規(guī)定的溫度下浸泡一定時(shí)間，取出，干燥或熱處理。

    ②浸軋法

    將織物在整理液中浸濕，然后通過(guò)輥筒軋去余液，稱(chēng)一浸一軋，也可重復(fù)一次，稱(chēng)二浸二軋，使整理液通過(guò)機(jī)械力作用擠壓到纖維中去，然后干燥或熱處理。

    ③涂層法

    將后整理的乳液配制成一定稠度的涂層液，然后均勻涂布到織物表面，再經(jīng)一定的熱處理，使織物表面形成一層功能性薄膜。如一些裝飾織物、傘等，大多采用此法。

    這里主要的技術(shù)關(guān)鍵是要根據(jù)天然纖維或天然纖維-化纖織物的特性和整理的目的，選定相應(yīng)配套的后整理助劑，如分散劑、增稠劑、粘合劑、穩(wěn)定劑、柔軟劑等助劑以及合理的成漿工藝、槳料穩(wěn)定工藝、后整理工藝等。

   用納米材料進(jìn)行功能紡織品后整理時(shí)主要用于生產(chǎn)襯衫、T恤、帽子、男女休閑等要求穿著柔軟、合適的夏、秋服裝面料，而用各類(lèi)涂布機(jī)經(jīng)后處理在織物表面形成柔軟的功能性薄層的是涂層法，其可廣泛適用于多種纖維，整理功能均勻、持久，效果理想可用于加工產(chǎn)業(yè)用布、裝飾用布等。

   我國(guó)用納米材料對(duì)天然纖維和天然-化纖混紡織物進(jìn)行功能化整理的發(fā)展形勢(shì)正是方興未艾，要抓住機(jī)遇，把握商機(jī)就意味著經(jīng)濟(jì)效益，我們正在努力鉆研、積極開(kāi)拓的科技人員，愿意與更多的企業(yè)和企業(yè)家來(lái)共同投人這項(xiàng)事業(yè)并創(chuàng)造出豐碩的成果。

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