第六章納米技術(shù)在紡織品中的應(yīng)用

1、L/O/G/O第六章第六章 納米材料和納米技術(shù)納米材料和納米技術(shù) 在染整加工中的應(yīng)用在染整加工中的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 納米技術(shù)概述納米技術(shù)概述 納米科技是現(xiàn)代科學(xué)如混沌物理、量子力學(xué)、納米科技是現(xiàn)代科學(xué)如混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)如計(jì)算機(jī)技術(shù)、介觀物理、分子生物學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)如計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)相結(jié)微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。合的產(chǎn)物。它代表著今后人類科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的它代表著今后人類科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，也將成為現(xiàn)代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基趨勢(shì)，也將成為現(xiàn)代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。納米科技不斷滲透到現(xiàn)代科技的各

2、個(gè)領(lǐng)域，形成納米科技不斷滲透到現(xiàn)代科技的各個(gè)領(lǐng)域，形成了許多與納米科技相關(guān)的新興學(xué)科如納米電子學(xué)、了許多與納米科技相關(guān)的新興學(xué)科如納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)等學(xué)科。這納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)等學(xué)科。這些學(xué)科的發(fā)展使人類能夠?qū)ξ镔|(zhì)的本質(zhì)在更加微些學(xué)科的發(fā)展使人類能夠?qū)ξ镔|(zhì)的本質(zhì)在更加微觀的水平上進(jìn)行研究和認(rèn)識(shí)，從而有可能迅速觀的水平上進(jìn)行研究和認(rèn)識(shí)，從而有可能迅速改改變物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)方式變物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)方式，導(dǎo)致人類社會(huì)發(fā)生巨大變，導(dǎo)致人類社會(huì)發(fā)生巨大變革。革。紡織制品是人類最早開(kāi)始生產(chǎn)的物質(zhì)產(chǎn)品之一，紡織制品是人類最早開(kāi)始生產(chǎn)的物質(zhì)產(chǎn)品之一，因而紡織行業(yè)是不折不扣的傳統(tǒng)產(chǎn)

3、業(yè)。同時(shí)，紡因而紡織行業(yè)是不折不扣的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，紡織業(yè)發(fā)展的歷史又表明：它也是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的織業(yè)發(fā)展的歷史又表明：它也是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的行業(yè)?？萍碱I(lǐng)域的每一次進(jìn)步，都會(huì)給紡紗織布行業(yè)?？萍碱I(lǐng)域的每一次進(jìn)步，都會(huì)給紡紗織布及整理這古老的技術(shù)帶來(lái)一次革命，使它跟上時(shí)及整理這古老的技術(shù)帶來(lái)一次革命，使它跟上時(shí)代步伐，為人類造福。代步伐，為人類造福。納米材料在紡織制品中的應(yīng)用主要有兩種途徑：納米材料在紡織制品中的應(yīng)用主要有兩種途徑：1）在化學(xué)纖維的制作過(guò)程中用共混或復(fù)合紡絲）在化學(xué)纖維的制作過(guò)程中用共混或復(fù)合紡絲法將納米材料加到纖維中；法將納米材料加到纖維中；2）在紡織品的染整加工過(guò)程中將納米材料施

4、加）在紡織品的染整加工過(guò)程中將納米材料施加到纖維和織物的表面。到纖維和織物的表面。兩種方法的示意兩種方法的示意紡絲法使納米粒子與纖維物質(zhì)融為一體，但只是用紡絲法使納米粒子與纖維物質(zhì)融為一體，但只是用于人造纖維；染整法則應(yīng)用范圍廣而靈活，且能較于人造纖維；染整法則應(yīng)用范圍廣而靈活，且能較好地發(fā)揮納米材料表面改性功能，但耐久性欠佳。好地發(fā)揮納米材料表面改性功能，但耐久性欠佳。納米材料在功能化合成纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用納米材料在功能化合成纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用抗紫外功能化纖：抗紫外功能化纖： 太陽(yáng)光中能穿過(guò)大氣層輻射到地面的紫外線占總能量的6%，按其波長(zhǎng)可分為三段：名稱波長(zhǎng)對(duì)皮膚的影響UVA406-320穿透力

5、強(qiáng)，使皮膚老化變黑，其作用有積累性，不可逆UVB320-280產(chǎn)生紅斑和色素，經(jīng)常照射，有致癌危險(xiǎn)UVC280-200穿透力強(qiáng)，可影響白細(xì)胞，但大部分能被臭氧層和云霧吸收最常用的抗紫外線納米粉是最常用的抗紫外線納米粉是ZnO和和TiO2,，其中，其中ZnO被認(rèn)為較優(yōu)。其對(duì)被認(rèn)為較優(yōu)。其對(duì)UVA的屏蔽高于的屏蔽高于TiO2，折，折光率小于光率小于TiO2，對(duì)光漫反射率低，纖維透明度高，對(duì)光漫反射率低，纖維透明度高，對(duì)纖維光學(xué)性能影響小。對(duì)纖維光學(xué)性能影響小。紡織品抗紫外性能的表述和測(cè)試紡織品抗紫外性能的表述和測(cè)試美國(guó)AATCC Test Method 183-2000標(biāo)準(zhǔn)UPF-ultravio

6、let protection factorE=relative erythemal spectral effectivenessS=solar spectral irradianceT(UVA)- The UVA transmittanceT(UVB)- The UVB transmittanceThe percent blocking (UVA)The percent blocking (UVB)400200400200ESUPFEST抗紫外化纖的應(yīng)用很廣，纖維品質(zhì)有滌綸、維綸、抗紫外化纖的應(yīng)用很廣，纖維品質(zhì)有滌綸、維綸、腈綸、尼龍和丙綸等；只要用來(lái)做運(yùn)動(dòng)衫、罩衫、腈綸、尼龍和丙綸等；只要用

7、來(lái)做運(yùn)動(dòng)衫、罩衫、制服、職業(yè)服、游泳衣等，也用于帽子和面罩的制服、職業(yè)服、游泳衣等，也用于帽子和面罩的原料，工業(yè)和裝飾方面有廣告用布、戶外裝飾布、原料，工業(yè)和裝飾方面有廣告用布、戶外裝飾布、各種遮陽(yáng)傘、窗簾、運(yùn)輸篷布和各類帳篷用布。各種遮陽(yáng)傘、窗簾、運(yùn)輸篷布和各類帳篷用布。存在的問(wèn)題：紡織品抗紫外性能的好壞，存在的問(wèn)題：紡織品抗紫外性能的好壞，不僅取決于纖維對(duì)紫外線的屏蔽和吸收，不僅取決于纖維對(duì)紫外線的屏蔽和吸收，也取決于織物的厚薄及織物組織結(jié)構(gòu)的也取決于織物的厚薄及織物組織結(jié)構(gòu)的疏密。疏密。遠(yuǎn)紅外反射功能纖維遠(yuǎn)紅外反射功能纖維遠(yuǎn)紅外反射功能纖維遠(yuǎn)紅外反射功能纖維能吸收人體發(fā)射的熱量，再能吸收

8、人體發(fā)射的熱量，再向人體輻射一定波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線（其中包括向人體輻射一定波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線（其中包括最易被人體吸收的最易被人體吸收的414m波長(zhǎng)段），可使人體波長(zhǎng)段），可使人體皮下組織中血流量增加，起到促進(jìn)血液循環(huán)的作皮下組織中血流量增加，起到促進(jìn)血液循環(huán)的作用；由于能夠反射歸還部分人體輻射的紅外線，用；由于能夠反射歸還部分人體輻射的紅外線，也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失的作用。據(jù)也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失的作用。據(jù)測(cè)定，織物的保暖率可提高測(cè)定，織物的保暖率可提高12%以上，應(yīng)用該種以上，應(yīng)用該種纖維可制作有保暖和保健作用的服裝。纖維可制作有保暖和保健作用的服裝。人體最易吸收的遠(yuǎn)紅外

9、輻射人體最易吸收的遠(yuǎn)紅外輻射人體組織中O-H和C-H鍵伸縮振動(dòng)、C-C、C=C、C-O、C-H和O-H鍵彎曲振動(dòng)對(duì)應(yīng)的諧振大部分為3-6微米波段，4-14微米波段的輻射正好處在這些能級(jí)范圍，容易被吸收，這種吸收會(huì)促進(jìn)上述振動(dòng)，使人體皮下組織中血流量增加，促進(jìn)血液循環(huán)。常見(jiàn)的輻射遠(yuǎn)紅外線的陶瓷粉常見(jiàn)的輻射遠(yuǎn)紅外線的陶瓷粉類別類別陶瓷粉名稱陶瓷粉名稱氧化物氧化物AlAl2 2O O3 3、ZrOZrO2 2、MgOMgO、TiOTiO2 2碳化物碳化物ZnCZnC、SiCSiC、B4CB4C、TiCTiC硼化物硼化物TiBTiB2 2、ZrBZrB2 2、CrBCrB2 2硅化物硅化物TiSiTi

10、Si2 2、MoSiMoSi2 2氮化物氮化物SiSi3 3N N4 4、TiNTiN抗紅外輻射功能的化學(xué)纖維抗紅外輻射功能的化學(xué)纖維又稱涼爽型的化纖，是在抗紫外化纖的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加能吸收日光中500nm以上波長(zhǎng)近紅外輻射的納米級(jí)物質(zhì)，使纖維對(duì)日光的屏蔽范圍擴(kuò)大至0.2-5微米，就能夠?qū)θ展饽芰糠逯蹈浇ǘ蔚妮椛淦鸬接行У钠帘巫饔?，兼有抗紫外、抗紅外和抗可見(jiàn)光的作用，可以制作夏日休閑服、炎熱氣候下的勞動(dòng)防護(hù)服、野外工作服、遮陽(yáng)傘以及各類倉(cāng)儲(chǔ)、臨時(shí)建筑和裝飾用材料。3種涼爽功能滌綸織物的性能種涼爽功能滌綸織物的性能對(duì)對(duì)UVB的屏的屏蔽率蔽率對(duì)近紅外的對(duì)近紅外的屏蔽率屏蔽率織物表面溫度即溫差織物

11、表面溫度即溫差高溫側(cè)高溫側(cè)低溫側(cè)低溫側(cè)溫差溫差96.36%89.26%51.649.52.197.18%88.89%50.649.01.595.73%88.70%50.948.02.9抗菌除臭型功能化學(xué)纖維抗菌除臭型功能化學(xué)纖維通過(guò)在纖維生產(chǎn)過(guò)程中添加納米抗菌劑的方法可以生產(chǎn)具有永久功效的抗菌除臭型化纖。作用機(jī)理：通常所說(shuō)的抗菌包括抑制、殺滅細(xì)菌作用機(jī)理：通常所說(shuō)的抗菌包括抑制、殺滅細(xì)菌和消除細(xì)菌分泌的毒素等，在多種多樣的物理和和消除細(xì)菌分泌的毒素等，在多種多樣的物理和化學(xué)類抗菌方法中，采用抗菌劑是應(yīng)用行業(yè)廣，化學(xué)類抗菌方法中，采用抗菌劑是應(yīng)用行業(yè)廣，適用菌種面寬、相對(duì)簡(jiǎn)易而高效的方法。適用菌

12、種面寬、相對(duì)簡(jiǎn)易而高效的方法。無(wú)機(jī)抗菌劑具有穩(wěn)定、安全、功能持久的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)機(jī)抗菌劑具有穩(wěn)定、安全、功能持久的優(yōu)點(diǎn)。納米級(jí)無(wú)機(jī)抗菌劑的問(wèn)世不僅使這類抗菌劑在纖納米級(jí)無(wú)機(jī)抗菌劑的問(wèn)世不僅使這類抗菌劑在纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用成為可能，而且還提高了它們的維生產(chǎn)中的應(yīng)用成為可能，而且還提高了它們的應(yīng)用效果。應(yīng)用效果。 納米級(jí)無(wú)機(jī)抗菌劑的種類納米級(jí)無(wú)機(jī)抗菌劑的種類u第一類抗菌劑即元素、元素的離子及其官能第一類抗菌劑即元素、元素的離子及其官能團(tuán)的接觸性抗菌劑，如：團(tuán)的接觸性抗菌劑，如：Ag、Cu、Zn、S、As 、 Ag+ 、 Cu2+ 、 SO32- 、 AsO2-等；等；u第二類抗菌劑即光催化抗菌劑，如：納米

13、第二類抗菌劑即光催化抗菌劑，如：納米TiO2、納米、納米SiO2和納米和納米ZnO等。等?？咕鷦┑淖饔脵C(jī)理抗菌劑的作用機(jī)理l銀抗菌劑 銀的抗菌作用與它的價(jià)態(tài)有關(guān)，價(jià)態(tài)越高，殺菌作用越強(qiáng)： Ag3+ Ag2+ Ag+ 高價(jià)態(tài)的銀的還原電勢(shì)高，能使周圍空氣產(chǎn)生活潑的原子氧，具有抗菌作用；同時(shí)，銀離子能與細(xì)菌體內(nèi)酶蛋白的巰基結(jié)合，致使細(xì)菌死亡。細(xì)菌死亡之后，銀會(huì)游離出來(lái)，繼續(xù)發(fā)揮作用：酶-SH + Ag+ 酶-SAg + H+l光催化抗菌劑 納米尺寸的該類抗菌劑，不僅因比表面增大提高了抗菌能力，還因?yàn)樵诩{米尺度時(shí)，這類抗菌劑的光生電子和空穴氧化還原能力增強(qiáng)，受光照射，它們能在一定條件下自行分解出自由

14、電子，同時(shí)留下帶正電的空穴： ZnO/TiO2 + hv e- +h+ e- +O2 O2- H+ + H2O OH + H+紡織用納米級(jí)抗菌粉體的形態(tài)l 銀系抗菌劑 通常采用物理吸附或離子交換方法將銀離子固定在納米尺度的沸石、磷酸鹽或硅基氧化物等材料中。紡織用納米級(jí)抗菌粉體與其它抗菌劑相比，具有以紡織用納米級(jí)抗菌粉體與其它抗菌劑相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)人體無(wú)刺激性、無(wú)毒，使用安全可靠；）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，長(zhǎng)期使用不變色；）整理劑透明度高，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；）根據(jù)需要可以在復(fù)配后兼有抗紫外線功能；（4

15、）對(duì)熱和光的作用穩(wěn)定；）對(duì)熱和光的作用穩(wěn)定；（5）光譜抗菌性，可抑制多種病菌；）光譜抗菌性，可抑制多種病菌；（6）加工方便，適用紡織品范圍廣泛。）加工方便，適用紡織品范圍廣泛。導(dǎo)電型功能化學(xué)纖維導(dǎo)電型功能化學(xué)纖維l添加炭黑紡制而得的黑色導(dǎo)電纖維；l以二氧化錫、氧化鋅和二氧化鈦等白色納米粉體材料為添加劑紡制而得的白色導(dǎo)電纖維。阻燃纖維 吸水吸濕纖維耐熱纖維磁性纖維發(fā)光纖維變色纖維芳香纖維儲(chǔ)能纖維防輻射纖維其它用納米材料改性的功能化纖采用紡絲法通常只能制作抗菌除臭的化采用紡絲法通常只能制作抗菌除臭的化學(xué)纖維，而大量的需要抗菌功能的天然學(xué)纖維，而大量的需要抗菌功能的天然纖維，必須采用后整理的方法來(lái)獲

16、得抗纖維，必須采用后整理的方法來(lái)獲得抗菌除臭效果。菌除臭效果。采用納米材料后整理方法開(kāi)發(fā)的功能紡織品選用制作功能化纖所用的納米材料，借助后整理加工方法如浸漬法、浸軋法或涂布法，可以進(jìn)行各種天然纖維織物的抗紫外、遠(yuǎn)紅外保健、抗紅外、抗菌除臭、導(dǎo)電、抗靜電、阻燃等功能性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。該方法也可以用于化學(xué)纖維以及它們與天然纖維的混紡交織物的加工。以棉和蠶絲織物的抗紫外整理為例：選用對(duì)紫外線有發(fā)射、吸收等屏蔽、隔絕作用的納米粉體材料，進(jìn)行表面改性、功能互補(bǔ)、組分復(fù)配以后，依據(jù)棉紗特性，分別選用相應(yīng)的粘合劑或涂層機(jī)以及相應(yīng)的穩(wěn)定劑、柔軟劑等組合助劑和合理的整理工藝對(duì)棉織物和絲織物進(jìn)行整理，整理后織物對(duì)紫外線的屏蔽率可大幅度提高。棉和絲織物的抗紫外整理工藝：采用日本住友水泥公司開(kāi)發(fā)的ZW和ZE兩種涂層液進(jìn)行棉的抗紫外整理，工藝：浸軋法工藝流程：浸軋烘干焙烘軋液率：7080%烘干：100,2min焙烘：160,2min或180,1