自清潔功能面料

1、自清潔功能面料開發(fā)概述 學(xué)院： 紡織服裝學(xué)院 班級： 輕化101姓名： 楊天宇學(xué)號： 自清潔功能面料開發(fā)概述摘要：本文主要介紹了什么是自清潔功能面料、自清潔的機(jī)理以及制造自清潔功能面料的幾種途徑，著重講述了納米自清潔面料的現(xiàn)在研究現(xiàn)狀，以及在紡織品方面的應(yīng)用和效果。關(guān)鍵詞：自清潔功能；功能整理；制備途徑；納米抗菌自清潔；納米光觸媒自清潔；光催化正文：1、什么是自清潔功能面料紡織品在人體穿著、使用過程中，不小心會沾水、沾油，而且還會沾污很多汗液皮脂以及其他各種人體分泌物,這些污物不僅影響人們的使用，而且是微生物繁殖的良好環(huán)境。隨著人們生活節(jié)奏的加快,以及追求高質(zhì)量生活的要求，各類運(yùn)用不同機(jī)理研制

2、出的具有自清潔能力的紡織品應(yīng)運(yùn)而生。最早出現(xiàn)的自清潔紡織品，是通過各類拒水拒油整理劑對紡織品進(jìn)行功能后整理，改變纖維的表面性能，使纖維的表面張力低于水、油的表面張力，使得水滴以及油污無法在織物表面鋪展且可以輕易抖落，而且水滴在滑落的過程中還可帶走織物表面原有的灰塵,從而達(dá)到紡織品自清潔的目的。目前使用較多的整理劑為含氟類拒水拒油整理劑。除此之外，近年來德國科學(xué)家揭示了荷葉拒水自潔的原理，并申請了專利。荷葉效應(yīng)的秘密主要在于它的微觀結(jié)構(gòu),而不在于它的化學(xué)成分。它通過在織物表面添加納米級粒子，提高粗糙度形成納米級乳頭狀凸起，達(dá)到拒水拒油效果,從而使得織物具有自清潔能力。2、自清潔紡織品的制備途徑自

3、清潔紡織品的制造途徑大體可分為 3 種：光催化；改變紡織品表面結(jié)構(gòu)；紡織品表面改性。光催化是通過在紡織品表面附著 TiO2、ZnO 等具有光氧化催化能力的光催化劑，這類光催化劑在紫外線或陽光的照射下能釋放出電子，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的氧自由基，能使沾附在紡織品上的有機(jī)污垢氧化降解，最終形成二氧化碳和水。這類光氧化劑自清潔的條件是需要高能量的紫外線照射，而且作用時間比較長，在紫外線照射條件下一般需要24 h，在日光照射下則需10 d左右，因而這類產(chǎn)品更多地適用于戶外場合，如外墻涂料、幕墻玻璃等。通過仿生學(xué)改變紡織品的表面結(jié)構(gòu)，使之形成微乳狀突出表面的“荷葉結(jié)構(gòu)”，從而賦予紡

4、織品以優(yōu)異的拒水效果，是制造具有自清潔效能紡織品的有效途徑。該方法采用超細(xì)纖維制成超高密度拒水透氣的紡織品，或者用硅溶膠類材料及某些金屬鹽在紡織品表面通過自組裝方式形成納米級沉積物，使之具有微乳狀的表面結(jié)構(gòu)，得到具有超拒水性能或抗菌抑菌能力的紡織品，污垢不易沾附或易于水洗去除。這類紡織品具有極大的發(fā)展?jié)摿?，但距產(chǎn)業(yè)化尚有距離。通過紡織品表面改性，使之同時兼具優(yōu)異的拒水、拒油、易去污、抗靜電等自清潔性能，是目前相對成熟、易于產(chǎn)業(yè)化的加工方法。3、納米自清潔功能面料3.1、納米光觸媒自清潔納米光觸媒在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)紡織品的表面覆蓋一層光觸媒的時候，在光照的條件下反應(yīng)所形成的

5、空穴/子對與表面和空氣中有機(jī)物結(jié)合而發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可徹底將其氧化成水等無害物質(zhì)；另一方面，空穴/電子對與表面和空氣中水反應(yīng)后可產(chǎn)生活性氧O和氫氧自由基OH等活性物質(zhì)。這些活性物質(zhì)具有極強(qiáng)的氧化作用，不僅能氧化破壞微生物，也可將有機(jī)化學(xué)污染物完全氧化破壞，從而起到潔凈環(huán)境和除臭等作用。目前常用的光觸媒包括納米二氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅等。納米微粒由于具有高表面能、比表面積大、表面配位不足等特點(diǎn)，當(dāng)分散到介質(zhì)中時會發(fā)生二次團(tuán)聚,致使納米微粒很可能達(dá)到微米級，從而失去了納米微粒所具有的特性。因此團(tuán)聚問題是影響納米粒子應(yīng)用的關(guān)鍵因素，在整理液配置過程中，對其均勻穩(wěn)定的分散性研究過程起著決定性因素。

6、pH值、分散劑用量、分散方式以及分散介質(zhì)等因素均與試驗(yàn)結(jié)果有關(guān)。在利用TiO2光催化劑的光催化體系中，若利用太陽光作光源，有效光的波長是300400 nm范圍內(nèi)的紫外光，僅占總光能的3%4%。這主要是由于TiO2是寬禁帶半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)帶-禁帶寬度約為312 eV，在紫外光照射下可強(qiáng)吸收，而對可見光的吸收較差。目前為了使其可利用光譜擴(kuò)展到可見光，提高使用效率,采取的方法包括：金屬離子摻雜、貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合等。以半導(dǎo)體復(fù)合為例，它能有效提高TiO2光催化系統(tǒng)的電荷分離效果，擴(kuò)展TiO2光譜響應(yīng)范圍，是提高TiO2光催化性能的有效手段。目前的報道多集中在CdS、ZnO、V2O5等與TiO2復(fù)

7、配的光催化劑制備與表征。關(guān)于光觸媒產(chǎn)品，目前尚無國家或國際標(biāo)準(zhǔn)。日本由有關(guān)科研單位、民間相關(guān)廠商等組成了一個自主性機(jī)構(gòu)，光觸媒產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議會，制定并公布了相關(guān)產(chǎn)品性能實(shí)驗(yàn)方法和性能評價標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)該協(xié)會制定的產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，被認(rèn)定有效的光觸媒制品技術(shù)必須同時滿足以下兩個條件：(1)有機(jī)顏料(亞甲基蘭)的分解試驗(yàn)把亞甲基蘭滴到涂有光觸媒產(chǎn)品的器皿上，在一定光照條件下，亞甲基蘭必須變色或褪色。(2)乙醛的分解試驗(yàn)在一定光照條件下，有害氣體(乙醛)的減少量(被分解量)必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。光觸媒產(chǎn)品須能去除有害氣體的70%以上。由此看出，這一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)是判定光觸媒產(chǎn)品是否能夠有效分解有機(jī)物。3.2納米抗菌自

8、清潔現(xiàn)代紡織上一般都采用后整理的方法來提高織物的外觀或其他性能，隨著人們對健康和環(huán)境問題的日益關(guān)注，各類無毒無污染的復(fù)合功能紡織品的開發(fā)和應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。人們?nèi)找嬖鲩L的穿著高標(biāo)準(zhǔn)，多要求對針織服裝提出了更多更新的服裝要求，功能性針織面料的開發(fā)及應(yīng)用是當(dāng)前針織工業(yè)的一個研究熱點(diǎn)，如冬季針織保暖內(nèi)衣大多厚重，清洗困難，多次清洗又會造成服用性能的損失；且內(nèi)衣在貼身穿著時極易滋生細(xì)菌，引起織物的降解和色變，危害人體健康。因此選用復(fù)合功能性整理劑同時賦予織物抗菌，自清潔功能，又能保持其原有服用性能，成為一個重要的東華大學(xué)碩十學(xué)位論文冬季針織物納米抗菌日清潔復(fù)合功能整理及服用性能研究研究課題?，F(xiàn)代抗菌

9、或自清潔針織面料的形成常采用功能纖維織造法(將具有兩種功能的紗線混紡)或功能助劑浸軋(漬)法同，一般根據(jù)針織服裝的用途選用某種方式生產(chǎn)具有抗菌、自清潔針織面料。本文采用的方法是功能助劑整理試樣賦予其功能性。著納米技術(shù)在紡織應(yīng)用上的不斷發(fā)展，納米級抗菌、自清潔整理試劑也朝著無毒，耐洗的方向進(jìn)行深入研究。對于抗菌劑的選擇,要求其有五個方面的原則：安全性、高效廣譜性、持久性、相容伍配性和對服用性能無負(fù)面影響。而對己賦予抗菌功能的織物再次進(jìn)行自清潔整理，其原理是：在織物表面施以能降低其表面能的化合物，整理劑在織物表面成膜，從而獲得拒水防油的效果，并且在沾污后容易洗凈。本實(shí)驗(yàn)使用的抗菌整理劑為多組分纖維

10、制品復(fù)合納米抗菌整理劑，其中含有銀!欽!硅等我們熟知的抗菌常用元素，且本身無毒，有較高的安全性能，整理方便；然后再使用有機(jī)無機(jī)復(fù)合自清潔整理劑對針織物試樣進(jìn)行二次功能整理，整理劑成分有機(jī)和無機(jī)的組合，可以有效解決高濃度納米整理劑在織物表面的分散和施加技術(shù)難題，同時對延長自清潔的時效也有重要的應(yīng)用價值。國外品牌尤其注重對服裝衛(wèi)生性和舒適性等功能性的開發(fā)和改善。國際上抗菌自清潔復(fù)合功能紡織品被日益發(fā)展的需求所推動，紡織品的利潤和高附加值往往通過后整理來實(shí)現(xiàn)。美國棉業(yè)公司近來發(fā)表通過功能整理來提高性能進(jìn)行創(chuàng)新，新概念功能整理最重要的是易去污和拒污、拒水、控制含濕、抗微生物、防紫外和其他的如加香織物等

11、。因此，了解目前常用的織物功能整理技術(shù)，對企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品有著重要的借鑒作用。對付紡織品上存在的微生物，早期的方法是徹底地清洗或沸煮。隨著科技不斷發(fā)展，對織物進(jìn)行抗菌整理主要有纖維改性法和后整理法兩種。前者通過將化學(xué)纖維的高分子結(jié)構(gòu)改性和共混改性的方法，將抗菌劑添加到聚醋中制得抗菌纖維。但該方法只能應(yīng)用于化纖紡織品上，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)難度高，成品率低，成本較高。后整理法即將具有抗菌功能的化學(xué)助劑通過不同方法固結(jié)于纖維或織物上，使之具有殺滅細(xì)菌的功效。其優(yōu)點(diǎn)是無論合成還是天然纖維都可以選用此法,通過浸軋、涂覆等方法即可達(dá)到抗菌目的。五十年代初開始采用含重金屬的化學(xué)藥品對紡織品進(jìn)行整理，使化學(xué)藥

12、品作用于細(xì)菌的方法，但由于效果不耐水洗以及重金屬對人體有害而很快被淘汰了。于是接連研究只對細(xì)菌作用而幾乎不傷害人體的整理劑,并要求整理效果耐洗?，F(xiàn)有的紡織品抗菌整理范圍很廣，抗菌劑與微生物的作用方式有：納米抗菌劑與織物結(jié)合后，與細(xì)胞膜作用、在新陳代謝的過程中作用或在芯材中作用。其中的陽離子可替換細(xì)菌細(xì)胞膜上的H+離子，以超氧化能力破壞細(xì)胞膜，從而使細(xì)胞組分流失造成細(xì)菌死亡；氧化劑諸如乙醛、鹵素、過氧化物先攻擊微生物的細(xì)胞膜，或滲透細(xì)胞質(zhì)，對其酶起作用。脂肪醇作為凝固劑，使微生物中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不可逆地變性。由于發(fā)揮抗菌作用的顆粒是納米級尺寸，隨著物質(zhì)顆粒微細(xì)化，這些顆?？梢赃M(jìn)入微生物體內(nèi)，用中斷

13、DNA復(fù)制的形式組織微生物的繁殖,影響微生物所需基本物質(zhì)的傳輸。另外，抗菌劑中有效成分會凝固病毒的蛋白質(zhì)，抑制病毒活性達(dá)到滅活病毒的目的。目前使用較多的抗菌整理劑有以下幾種：脫乙酞甲殼素是一種廉價易得的抗菌劑，脫乙酸甲殼質(zhì)中質(zhì)子化的氨基能夠鍵合帶負(fù)電荷的細(xì)菌的細(xì)胞表面而抑菌。其他化合物，諸如鹵化物!異三氮烷過氧化物，作為自由基反應(yīng)性很高，因?yàn)樗鼈兒幸粋€自由電子。季錢化合物、雙肌胺和葡糖精骯，表現(xiàn)出特殊的聚陽離子性、多孔性和吸收性能。當(dāng)應(yīng)用于紡織纖維時，這些抗菌化學(xué)品與微生物的細(xì)胞膜結(jié)合，使疏油的多糖化物結(jié)構(gòu)斷裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞膜的穿刺和細(xì)胞破裂。使用銀化合物是由于其絡(luò)合作用能阻止微生物的新陳代

14、謝。然而，銀對陰性細(xì)菌比陽性細(xì)菌更有效，但對真菌則效果較差。3.3光催化納米自清潔光催化性是納米材料的獨(dú)特性能之一。納米材料在光的照射下，通過把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)有機(jī)物的合成或使化合物(有機(jī)物,無機(jī)物)降解的過程稱之為光催化。納米粒子具有良好的光催化特性,一般認(rèn)為主要是由2個原因所致：米半導(dǎo)體粒子所具有的量子尺寸效應(yīng)使其導(dǎo)帶和價帶能級變?yōu)榉蛛x的能級，能隙變寬，導(dǎo)帶電位變得更負(fù)，而價帶電位變得更正。這意味著納米粒子獲得了更強(qiáng)的還原及氧化能力，從而提高其光催化活性。對于納米粒子而言,其粒徑通常小于空間電荷層的厚度，在此情況下，空間電荷層的任何影響都可忽略，光生載流子可通過簡單的擴(kuò)散從粒子內(nèi)部遷

15、移到粒子表面,而與電子給體或受體發(fā)生還原或氧化反應(yīng)針對有機(jī)油漬,光催化反應(yīng)所產(chǎn)生的-OH自由基具有的反應(yīng)能大大高于油的化學(xué)功鍵能，可將油漬分解為無害的二氧化碳和水蒸氣揮發(fā)，從而達(dá)到消除油污的目的。由于毛針織服裝經(jīng)常洗滌容易起毛起球和變形,既影響穿著效果又影響美觀，因此，研究與開發(fā)出納米自清潔毛針織服裝生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品，具有較大的實(shí)際意義，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。納米自清潔整理劑的制備,其重點(diǎn)是尋找合適的分散劑和最佳分散工藝將納米粉體進(jìn)行充分的分散。納米微粒由于表面能高、比表面積大、表面配位不足等因素，當(dāng)分散到介質(zhì)中時會發(fā)生二次團(tuán)聚，致使納米微粒很可能達(dá)到微米級，從而失去了納米微粒所具有的特

16、性。因此，納米材料的充分分散是保證其發(fā)揮特有功能的根本前提。在本課題的實(shí)驗(yàn)過程中，首先從理論上分析影響納米微粒分散的主要因素，然后以理論分析作為依據(jù)，通過選擇合適的分散劑和分散工藝使納米微粒的分散達(dá)到最佳狀態(tài)。納米微粒的充分分散與pH值、分散劑用量、攪拌方式以及分散介質(zhì)等因素有關(guān)。4、結(jié)果與討論通過查閱中國知網(wǎng)大量文獻(xiàn)，了解了自清潔功能面料目前的大概發(fā)展現(xiàn)狀，對納米自清潔功能面料研究進(jìn)行了較深入的了解，有了更全面的認(rèn)識。作為現(xiàn)代高新技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一，納米技術(shù)在紡織工業(yè)上也有著廣闊的應(yīng)用情景，在抗菌、自清潔等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外都對自清潔功能面料的研究具有很大熱情，在可預(yù)見的未來，自清潔功能面料在紡織品上的應(yīng)用會越來越廣泛、深入，也必將