納米技術(shù)與納米材料在纖維中的應(yīng)用文檔

1、納米技術(shù)與納米材料在纖維中的應(yīng)用本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。最新最全的 學(xué)術(shù)論文 期刊文獻(xiàn) 年終總結(jié) 年終報(bào)告 工作總結(jié) 個(gè)人總 結(jié) 述職報(bào)告 實(shí)習(xí)報(bào)告 單位總結(jié) 演講稿 納米技術(shù)與納米材料在纖維中的應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線反射功能纖維是一種具有遠(yuǎn)紅外吸收及反射功能 的化纖，以下是一篇探究納米技術(shù)與納米材料應(yīng)用的，歡迎閱 讀查看。摘要：本文介紹了納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式，并闡 述了納米技術(shù)在功能性纖維和其他特種纖維中的應(yīng)用情況，以 及納米材料在應(yīng)用中存在的問題及解決方法，最后展望了納米 技術(shù)的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：納米技術(shù) ; 納米材料 ; 功能性纖維 ; 特種纖維 近年來，納米技術(shù)與納米材料

2、正引起人們的極大關(guān)注。納 米材料憑借其內(nèi)部所特有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效 應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等四大效應(yīng)，從而擁有完全不同于常規(guī) 材料的奇特的力學(xué)性能、光學(xué)性能、熱力性能、磁學(xué)性能、催 化性能和生物活性等性能。這些都為納米材料在紡織工業(yè)的應(yīng) 用奠定了基礎(chǔ)?？梢哉f，納米材料是 21 世紀(jì)最有前途的材料，在功能性 紡織品和高分子科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 11 納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式 納米粒子的奇特性質(zhì)為納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)， 應(yīng)用納米技術(shù)開發(fā)功能性化學(xué)纖維主要有兩個(gè)途徑 2 。1.1 纖維超細(xì)化使纖維達(dá)到納米級，以滿足特殊用途領(lǐng)域的需要。1.2 共混紡絲法 共混紡絲法是

3、指在化纖聚合、熔融階段或紡絲階段加入功 能性納米材料粉體，以使生產(chǎn)出的化學(xué)纖維具有某些特殊的性 能。此法是生產(chǎn)功能性化纖的主要方法。由于納米粉體的表面 效應(yīng)，其化學(xué)活性高，經(jīng)過分散處理后，容易與高分子材料相 結(jié)合，較普通微粉體更容易共熔混紡 ; 而且納米粉體粒徑小， 能較好地滿足紡絲設(shè)備對添加物粒徑的要求，在化纖生產(chǎn)過程 中能較好地避免對設(shè)備的磨損、堵塞及纖維可紡性差、易斷絲 等問題 ;對化纖的染色、后整理加工及服用性能等也不會造成 很大的影響。該法的優(yōu)點(diǎn)在于納米粉體均勻地分散在纖維內(nèi) 部，因而耐久性好，其賦予織物的功能具有穩(wěn)定性。目前化纖 產(chǎn)品中復(fù)合型纖維的比例不斷擴(kuò)大，如果在不同的原液中添

4、加 不同的納米粉體，可開發(fā)出具有多種功能的紡織品。例如在芯 鞘型復(fù)合纖維的皮、芯層原液中各自加入不同的粉體材料，生 產(chǎn)出的纖維可具有兩種或兩種以上功能。2 納米技術(shù)在功能性纖維方面的應(yīng)用2.1 抗紫外線纖維 太陽光中能穿過大氣層輻射到地面的紫外線占總能量的 6%。紫外線具有滅菌消毒和促進(jìn)體內(nèi)維生素D 合成的作用，但同時(shí)也有加速人體皮膚老化及產(chǎn)生癌變的危險(xiǎn) 3-5 。2.1.1 抗紫外線纖維的紫外防護(hù)機(jī)理紫外線屬于電磁波，其波長范圍在100nm 400nm之間。研究表明，TiO2、ZnO Si02、AI2O3、Fe2O3 云母、高嶺土 等在300nm 400nm波段都具有吸收紫外線的特征。若將這

5、些 材料制成納米級超細(xì)粉體，由于微粒尺寸與光波波長相當(dāng)或更 小，這種小尺寸效應(yīng)會導(dǎo)致對光的吸收顯著增強(qiáng)。另外，這類超細(xì)粉體的比表面積大，表面能高，在與高分 子材料共混時(shí)，很容易與后者結(jié)合，加之化纖紡絲設(shè)備對共混 材料粒度的要求，決定了納米粒子是制造功能性化纖的優(yōu)選添 加材料。2.1.2 抗紫外線纖維的應(yīng)用 此類化纖包括的品種面很廣，從國內(nèi)外研制和生產(chǎn)的品種 來看，涉及滌綸、維綸、腈綸、尼龍和丙綸等 ; 加工方法有尼 龍、聚氨酯混紡、尼龍、醋酸纖維混紡等。主要用來制作運(yùn)動(dòng) 衫、罩衫、制服、套褲、職業(yè)服、游泳衣和童裝等。在我國大 多數(shù)地區(qū)，人們夏季穿著服裝單薄，這就需要利用納米粒子的 抗紫外線功能

6、來開發(fā)各種化纖產(chǎn)品，以滿足婦女、老人、兒 童、野外工作者和高溫崗位工人的需要。2.2 抗菌除臭纖維 通常所說的抗菌包括抑制、殺滅、消除細(xì)菌分泌的毒素以 及預(yù)防等功能?？咕w的除臭功能表現(xiàn)在：保健方面：防止 皮膚感染，消除病菌分泌的毒素和將汗液等轉(zhuǎn)化為臭味物質(zhì)的 細(xì)菌; 美學(xué)方面：除去令人不愉快的臭味 6-8 。2.2.1 抗菌除臭纖維的抗菌除臭機(jī)理納米級TiO2、ZnO等光催化型殺菌劑，表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)抗 菌劑僅能殺滅細(xì)菌本身的性能。其殺菌機(jī)理為：納米級 TiO2、ZnO等抗菌劑能在水分和空氣存在的情況下，自行分解 出自由移動(dòng)的電子 (e-) ，同時(shí)留下帶正電的空穴 (h+) ，逐步產(chǎn) 生反應(yīng)

7、，生成的羥基自由基和超氧化物陰離子自由基非?；?潑，有極強(qiáng)的化學(xué)活性，能與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng) ( 包括細(xì)菌 內(nèi)的有機(jī)物及其分泌的毒素 ) ，從而將細(xì)菌、殘骸和毒素殺 滅、消除。納米級TiO2、ZnO的除臭機(jī)理主要有以下兩種：吸附臭 味。超細(xì)ZnO的比表面積大、孔容大，可以吸附多種含硫臭 體。氧化分解。TiO2、ZnO等物質(zhì)在H2O 02體系中可發(fā)生 光催化反應(yīng)，產(chǎn)生的超氧化物陰離子自由基能與多種臭體反 應(yīng)，從而更徹底地消除臭味。2.2.2 抗菌除臭纖維的應(yīng)用 日本在抗菌防臭功能纖維上開發(fā)較多。最近，日本石玻璃 公司開發(fā)了一種含活性玻璃粒子的抗菌防臭功能纖維。這是一 種含有銀粒子的溶解性玻璃微粉

8、，粒徑在 50nm 以下。這種纖 維在毒性、穩(wěn)定性、持久性和抑制細(xì)菌抗藥性等方面的表現(xiàn)較 為優(yōu)良。在使用過程中，一旦接觸到水分，纖維內(nèi)部的溶解性 玻璃粒子就會緩慢釋放出銀離子，它能在幾小時(shí)到幾年的時(shí)間 內(nèi)以特定的速度釋放，阻礙細(xì)菌繁殖，顯示出優(yōu)良的抗菌性。 日本帝人公司生產(chǎn)的由納米 TiO2、 ZnO 作為消臭劑的除臭纖 維能吸收臭氣凈化空氣，可用于制造消臭敷料、繃帶、尿布、 睡衣、窗簾、廁所用紡織品以及環(huán)保用過濾織物等。我國抗菌劑的研究相對滯后，但近年來發(fā)展較快。北京賽 特瑞公司生產(chǎn)的銀系抗菌劑，采用納米層狀銀系無機(jī)抗菌材料 制備的抗菌防霉織物，僅需添加0.5%1%的無機(jī)抗菌劑，具有廣譜抗菌

9、功能，且抗菌效果顯著、持久，對皮膚無刺激性。 上海合成纖維研究所研制的一種新型抗菌纖維，是將納米級 TiO2、ZnO 等添加到天然或聚合物長絲中，紡制出各種永久性 抗菌、防臭纖維，經(jīng)試驗(yàn)證明，這種纖維對綠膿桿菌、大腸桿 菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力，目前 該技術(shù)僅僅完成了實(shí)驗(yàn)室研究工作，還不能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī) 模。許德生等人采用納米級 TiO2、ZnO 和粘膠纖維共混制成 的纖維，既具有普通粘膠纖維特性，又能防菌、抗菌、防紫外 線和抗電磁輻射。北京服裝學(xué)院科研人員的研究表明，用納米 級 ZnO 對棉織物進(jìn)行處理后，對金黃色葡萄球菌、大腸桿 菌、白色念珠菌和黑曲霉菌等均有顯著

10、抑制作用。另外，國家 超細(xì)粉末工程中心利用納米 ZnO等粉體做核，在外包覆銀以抗 細(xì)菌，在外包覆 CuO、ZnSiO3 以抗真菌，將這種抗菌粉體加 1%到合成纖維中，就能制得抗菌性良好的功能性纖維。 2.3 遠(yuǎn)紅外纖維2.3.1 機(jī)理 人體釋放的紅外線大致在 4卩m16卩m的中紅外波段，在 戰(zhàn)場上如果不對這一波段的紅外線進(jìn)行屏蔽，很容易被非常靈 敏的中紅外探測器所發(fā)現(xiàn)，尤其在夜間，人體安全將會受到威 脅，因此很有必要研制對人體紅外線具有屏蔽功能的衣服 910 。遠(yuǎn)紅外線反射功能纖維是一種具有遠(yuǎn)紅外吸收及反射功能 的化纖，通過吸收人體發(fā)射出的熱量，并再向人體輻射一定波 長范圍的遠(yuǎn)紅外線，可使人體

11、皮下組織血流量增加，起到促進(jìn) 血液循環(huán)的作用 ; 由于能反射人體輻射的紅外線，也起到了屏 蔽紅外線，減少熱量損失的作用，使此類纖維及織物的保溫性能較常規(guī)織物有所提高。遠(yuǎn)紅外超細(xì)添加劑是一種白色或淺白 色粉體。這類抗紅外線功能助劑是在遠(yuǎn)紅外加熱所使用的陶瓷 粉體的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，所以稱之為“遠(yuǎn)紅外陶瓷粉”。根 據(jù)應(yīng)用的化纖品種和性能要求的不同，通常包括納米級ZnO、SiO、 Al2O3 等，除了要求將它們的粒度用直接制備或二次粉 碎的方法控制在100nm以下外，同時(shí)還要對其進(jìn)行表面改性處 理，以確保這類粉體的分散性、相容性和功能化纖的可紡性。2.3.2 遠(yuǎn)紅外纖維應(yīng)用 日本對遠(yuǎn)紅外聚酯的研究最

12、多。 1996 年已確立了遠(yuǎn)紅外 纖維制品的保溫性試驗(yàn)方法和對人體的溫?zé)崽匦韵盗性u價(jià)方 法，對遠(yuǎn)紅外線與生物關(guān)系已有了系統(tǒng)的研究。日本三菱人造 絲公司將PTA EG和納米陶瓷粉混合先制成母粒，再與普通聚 酯在283C下共混紡絲，制成中空度21.3%、蓬松度153mL/g的遠(yuǎn)紅外短纖維 ; 日本可樂麗公司將聚酯和含氧化陶瓷的增塑 劑共混紡絲制得遠(yuǎn)紅外纖維 ; 日本尤尼吉卡公司推出一種太陽 遠(yuǎn)紅外滌綸，其物理機(jī)械性能與普通滌綸相似，具有明顯的升 溫效應(yīng)，據(jù)報(bào)道，該織物水洗后在相同條件下比普通滌綸快干 30min 。2.4 阻燃纖維2.4.1 阻燃纖維的阻燃機(jī)理 阻燃的目的在于降低熱分解過程中可燃?xì)?/p>

13、體的生成，抑制氣相燃燒過程的反應(yīng)。阻燃纖維多數(shù)通過用添加型阻燃劑和反 應(yīng)型阻燃劑對原材料進(jìn)行處理制得。納米SbO3阻燃劑在燃燒初期首先熔融，熔點(diǎn)為 655C，在材料表面形成保護(hù)膜隔絕空 氣，通過內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下 SbO3 被汽化，稀釋空氣中的氧濃度，從而起到阻燃作用。2.4.2 阻燃纖維應(yīng)用 國外用共混法制得的阻燃改性纖維有阻燃粘膠纖維，如美國的 Durvil 、奧地利的 Lenzing 、日本的 Tuflan; 也有阻燃丙 綸纖維，如瑞士的 Sandoflam 507111。3 納米材料在其他特種纖維中的應(yīng)用3.1 智能隱身纖維將納米金屬粒子、納米氧化物 （ 如納米級

14、 Fe2O3、 Ni2O3 等 ） 、納米復(fù)合材料以共混法加入成纖聚合物熔體或紡絲溶液 中，經(jīng)熔融紡絲或濕法紡絲制成隱身材料。制成的高性能毫米 波形隱身材料、可見光 - 紅外線型材料和結(jié)構(gòu)式隱身材料，可 避開雷達(dá)、紅外線探測器的偵測。另外，可采用對電、熱比較 敏感的納米金屬粒子與纖維原料共混，制成具備防止熱成像設(shè) 備偵測的功能纖維。目前美國正在研究采用熱敏、光敏或電化 學(xué)染料做迷彩服，以使迷彩服的顏色和圖案隨環(huán)境變化而改 變，具備動(dòng)態(tài)防偵視功能。美國研制的 “超黑粉”納米隱身 材料，對雷達(dá)波的吸收率大于 99%。法國研制出一種寬頻微波 吸收涂層，這種吸波涂層由粘合劑和納米微粉填充材料組成。 這

15、種由多層薄膜疊合而成的結(jié)構(gòu)具有很好的磁導(dǎo)率，在 50MHz- 50GHz內(nèi)具有很好的吸波性能。目前世界軍事發(fā)達(dá)國 家正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外和可見光等波段的納米 復(fù)合材料。3.2 變色纖維 變色纖維是一種具有特殊組成結(jié)構(gòu)的纖維，當(dāng)受到光、 熱、水分或輻射等外界激化條件作用后，具有可逆自動(dòng)改變顏 色的性能。纖維在一定波長的光的照射下會發(fā)生顏色變化，而 在另一種波長的光的作用下又會發(fā)生可逆變化回到原來的顏 色，這種纖維稱為光敏變色纖維。具有光敏變色的物質(zhì)通常是 一種具有異構(gòu)體的有機(jī)物，這些化學(xué)物質(zhì)因光的作用產(chǎn)生異 構(gòu)，并生成兩種化合物。這些化合物的分子式?jīng)]有發(fā)生變化， 但對應(yīng)的鍵合方式或電

16、子狀態(tài)產(chǎn)生了變化，可逆地出現(xiàn)吸收光 譜不同的兩種狀態(tài)，即可逆地顯色、褪色或變色。美國 Clemson 大學(xué)和 Georgia 理工學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)近年來正在探 索光纖中摻入納米變色染料或改變光纖表面的涂層材料，使纖 維的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。日本松井色素化學(xué)工業(yè)公司制成 的光致變色纖維在無陽光下不變色，在陽光或 UV 照射下顯深 綠色 11 。4 納米材料應(yīng)用中存在的問題及解決方法 納米材料在化學(xué)纖維應(yīng)用過程中存在的問題，主要是它的 分散性差、易凝聚。為解決這一問題，需對納米粒子的表面進(jìn) 行處理以降低其表面能。表面處理的方法有很多，根據(jù)表面處 理劑與顆粒之間有無化學(xué)反應(yīng)，可分為表面化學(xué)改性和表面

17、吸 附包覆改性?；瘜W(xué)改性是指在納米微粒的表面進(jìn)行化學(xué)吸附或 反應(yīng); 而包覆改性主要利用一些表面活性劑、聚合物以及聚合 物單體等吸附在顆粒表面，增強(qiáng)納米微粒與基材的親和性 1213 。1 嚴(yán)東生，馮端 . 材料新星納米材料學(xué) M. 湖南：湖 南科技出版社， 1997： 103-105.2 黃俊，李春 . 納米材料在化纖生產(chǎn)中的應(yīng)用 J. 成都紡 織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2002， 19(3) ： 27-28.3 周璐瑛 .ZnO 納米材料抗紫外與抗菌織物的研究 J. 棉 紡織技術(shù)， 2003，29(10) ： 588-590.4 羅紀(jì)華，馬藝華，黃海珍 . 納米苧麻抗紫外線織物功能 性與濕熱舒適性

18、能的分析 J. 廣西紡織科技， 2003， 32(1) ： 6-8 ， 21.5 李崢嶸，許海育 . 納米材料及其在織物防紫外線中的應(yīng)用J.廣西紡織科技，2003, 32(1) : 48-49 , 37.6 酒金婷，李春霞，王彩鳳，等 . 納米氧化鋅在水中的分 散行為及其應(yīng)用 J. 印染， 2002， (1) : 1-3.7 許德生 . 功能性粘膠纖維及其織物的研究 J. 安微機(jī)電 學(xué)院學(xué)報(bào)， 2002， 12(4) : 24-26.8 王開利 . 納米抗菌纖維的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化 J. 新材料產(chǎn) 業(yè)， 2002， 109(12) : 65-66.9 酒金婷，王銳，李立平，等 . 納米材料及其在織物中 的應(yīng)用 J. 紡織導(dǎo)報(bào)， 2000， (1) : 27-30.10 俞行，王靖 . 納米材料及其在功能化纖和針織新產(chǎn)品