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纳米整理在纺织行业的应用
                             纳米整理在纺织行业的应用
                               丁 帅1,2,高文友3
    (1.山东省纺织科学研究院,山东青岛266032;2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室,山东青岛266032;3.潍坊光电创新创业服务中心,山东潍坊261062)
    摘 要:文章介绍了纳米技术的原理,从抗菌整理、防臭整理、自清洁整理、免打理织物整理、防油防水织物整理、抗皱整理、抗紫外线整理、抗静电整理几个方面详细论述了纳米整理的优越性,展望了纳米技术的未来发展。
    关键词:纳米整理;功能性纺织品;防臭整理
    中图分类号:TS195.2   文献标识码:A   文章编号:1009-3028(2013)05-0046-03
    随着社会进步和经济发展,人们的生活水平不断提高,功能性、环保型纺织品的开发研究已扩展到众多领域。纳米粒子只有1~100μm,它独特的性能决定了它有许多新型的应用。纳米材料的特性为其在纺织领域的应用奠定了基础,纳米材料在纺织面料上的整理,是纺织品功能整理的发展方向。
    功能性整理代表第二代整理技术,它可以让各种纺织材料独立作用。功能性整理包括防水、防紫外线、抗菌、抗静电、抗皱、释放香味、皮肤护理、防虫、防火、凉爽、绝热等。
    纳米技术在纺织制衣行业的首次商业性应用就是在整理工序中引入纳米粒子,因此也叫做纳米整理。从此,纳米整理技术不断创新,并被着重应用于如何让化学整理更可控,更彻底。目前,通过热动力、静电或者其他的方法,整理剂中的纳米粒子能够沿一定的方向或者一定的轨迹被单个地引入到纺织材料中。
    1 抗菌防臭整理
    1.1 抗菌整理
    在织物整理过程中使用的许多抗菌整理剂中,银或者银离子的抑菌作用和一系列的抗菌反应是广为人知的。银的抗菌作用主要是通过以下方式实现的:在水介质中,银离子和细菌中的硫醇相互反应,去掉微生物的氧组分。“Milliken”公司发明了一种基于银的抗菌剂叫做“Alphasan”,是一种银和磷酸锆生成的复合物。“Sinanen”公司研发了一种可以用硅酸盐代替银的抗菌剂。为了能实现有银离子介入的持续抗菌整理,我们可以将纳米银离子复合物和容易对纤维起反应的聚合物装入胶囊,聚合物和纤维起反应,不断释放出含有银的抗菌整理剂。载入纳米粒子的微型胶囊可以通过不同的方法制得。例如,为了制得能溶于水的微型胶囊,先将产品溶于水,然后加入乳化剂和溶于油的胶囊单体或低聚体或聚合物将其乳化。
    研究人员发现把纳米银粒子和同时具有亲水性和疏水性的聚乙烯纤维混合能产生一种环保型抗菌保护膜。生产棉、亚麻、丝绸、羊毛、涤纶、尼龙或者它们的混纺抗菌纱线,只需将产品浸泡在含有纳米银的溶液中。一旦被吸收,纳米银粒子可以杀灭有机物,愈合感染的伤口或者预防伤口感染。目前市场上的纳米银抗菌伤口护理产品有:Acticoat,Actisorb和Silverlon。新型纳米复合无机抗菌剂———载银纳米磷灰石,二氧化钛(Ag—nHA—nTi02)是一种以羟磷灰石(hy—droxyapatite,HA)为基体的复合纳米抗菌材料。Ag+ 作为广谱的抗菌剂已经使用多年,它对真核细胞毒性较小,同时抗菌效果良好,而且很少有对Ag+ 耐受的细菌。纳米HA 比普通HA 更容易和周围的液体发生离子交换,可以作为Ag+ 载体使用。在纳米抗菌防臭涤纶纤维熔融混纺中,加入纳米银系抗菌母粒作为有效抗菌成分,利用银离子与细胞生物体内蛋白质、核酸中一些官能团发生反应,降低蛋白质或酶的活性,使细菌的代谢繁殖受到抑制,从而达到抗菌的目的。加入抗菌母粒的涤纶纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用,抑菌率都在90%以上;当加入抗菌母粒的质量分数为5%时,涤纶纤维具有很强的抗菌性,同时具有良好的力学性能。
    1.2 防臭整理
    在服装和袜子领域,防臭一直是个热门话题。“臭味”是细菌滋生繁殖的结果。臭味可以通过抗菌整理得到控制。抗菌整理可以抑制细菌的生长从而消除臭味。环糊精(Cyclodextrins)的分子结构非常特殊的,上宽下窄,内部中空,好像一个洞,内腔呈相对疏水性,外表呈亲水性。臭味分子是相对疏水的,因此它们就可以被困在环糊精的洞中,洗涤的时候被去除掉。
    2 自清洁功能性整理
    纳米粒子大小的银、钛和锌的氧化物具有自清洁和抗菌的特点。金属离子或者金属复合物有一定的消毒作用。空气或者水中的部分氧在金属离子的催化作用下变成活性氧,可以去除有机物质,从而达到消毒的作用。纳米粒子大小的催化剂有着更强的效果。
    纳米TiO2覆盖在衣物表面,当暴露在阳光下,它就能自行去掉灰尘或者细菌,使衣物有自清洁功能。覆盖有纳米TiO2的织物象莲花叶子一样具有表面疏水性,所以又称作“莲花效应”。铝塑复合板用铝合金板材在采用氟碳涂料(PVDF)涂装后,各种污物尤其是油性有机污染物粘附在涂装后的氟碳涂料涂层上不易被水冲洗干净。将氟碳涂料涂层制备成具有光催化特性的涂层能解决上述难题,达到自清洁目的。通过将纳米TiO2的光催化特性和氟碳涂料有机结合,提高氟碳涂料的抗沾污性,在不影响涂层其它优异性能的前提下,同时达到自清洁的目的。
    3 抗静电整理和防油防水整理
    3.1 抗静电整理
    通常情况下,尼龙、涤纶等复合织物只能吸收很少的水,因此静电荷会累积。由于复合物的抗静电能力相对较差,我们可以运用纳米技术来大大提高它们的抗静电性能,纳米粒子大小的氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)细丝、涂有纳米锑的氧化锡(ATO)和硅烷纳米溶胶能够使复合物具有良好的抗静电能力。TiO2,ZnO和ATO之所以具有抗静电性,是因为它们能够导电,可以把集聚在织物表面的电荷分散开来。另一方面,硅烷溶胶粒子可以用其氨基和羟基吸收空气中的水分,从而提高织物的抗静电性。
    3.2 防油防水织物整理
    这种防油防水的纳米整理技术不仅对于棉、亚麻、羊毛、丝绸等天然纤维非常有效,对于一些合成纤维,像涤纶、尼龙、丙烯酸纤维效果也很好,而且效果持久。这种疏水疏油的表面可以通过以下两种方法制作:第一种,在疏水性的表面建立粗糙结构。第二种,通过一定的材料改良粗糙表面。氟碳整理技术(Fluorocarbon)是一项重要的防水整理技术,它最初用于20世纪60年代的防水防油处理。氟碳是一种有机化学物,里面所有的氢都被氟所代替,有着高热稳定性和低反应性。氟碳整理就是将氟化的丙烯酸盐分散开来,它可以通过化学方法制得,通过改变疏水分子和亲水分子的比例达到不同的特性。氟碳整理过程中有易起化学反应的甲醇和环氧树脂,它们相互反应形成一层紧密的“网”,覆盖在织物表面。“Sonel”公司可以用大量多功能分子来完成这种处理,这种多功能分子可以改良处理过织物的表面特性,使它防水、防油、防尘。这项最初的研究奠定了今天“纳米护理”整理技术的成功的基础,此项技术现在由“Nano-Tex”公司进行了商业性的市场推广。
    纳米处理过的棉织物可以经受50次的家庭正常洗涤,其表面的防水防油功能经过20次洗涤后基本保持不变。经纳米整理过的羊毛和亚麻,可以经历20次干洗保持功能不变。这比传统方法处理过的织物性能大大提高。
    4 抗皱整理
    在传统方法中,树脂经常被用来对织物进行抗皱整理,但是在应用方面,它也有很多限制,因为它会降低织物的强力、抗摩擦性、吸水性、染色性和透气性。为了克服这些缺点,研究人员在对棉和丝绸的抗皱整理过程中应用了纳米氧化钛和纳米硅。
    在紫外线照射下,纳米氧化钛和羧基的酸充当催化剂,引发了纤维素分子和酸之间的反应。而在另一方面,纳米硅和马来酸酐充当了催化剂。这种方法能显著提高丝绸的抗皱能力。经不同质量分数的纳米壳聚糖处理后,丝织物的急、缓弹性折皱回复角有了不同程度的提高,抗皱性有所改善,这是因为纳米壳聚糖在丝纤维内部沉积后进一步提高丝纤维,大分子间盐键、氢键和范德华力,使其具有足够的约束力回到原来的位置,从而起到防皱作用。但质量分数超过一定程度后,随着纳米壳聚糖质量分数提高,桑蚕丝织物抗皱效果略有提高,但变化并不明显。
    5 阻燃整理和抗紫外线整理
    5.1 阻燃整理
    在阻燃整理过程中,五氧化锑可以和卤化阻燃剂一起使用。美国“Nyacol”纳米科技公司把胶状的五氧化锑纳米粒子均匀分散开来,做为卤化阻燃剂的增效剂。卤化阻燃剂和五氧化锑的混合比例为5∶1到2∶1。
    5.2 抗紫外线整理
    当光线接触到衣物表面时,可以被反射、吸收或者穿过衣物。究竟有多少光线被反射、吸收或者穿过取决于很多因素,包括纤维性质、表面光滑度、织物表面纱线比例以及是否存在染料和紫外线吸收剂。最大防晒指数的计算公式如下:
    
    棉或者丝绸对紫外线预防作用比较小,因为射线可以穿过而不会被大量吸收。相反地,羊毛和涤纶的防晒效果比较好,它们可以吸收紫外线。尼龙的防晒效果介于两者之间。根据最大防晒指数计算公式,我们可以得到这样得结论,在相同的重量和结构下,编织比较紧密的织物防晒效果好。许多染料可以吸收紫外线和可见光。染成深色的棉布可以达到50或者更高的防晒指数。
    TiO2具有优异的紫外屏蔽、红外吸收和光催化功能,被广泛应用于高级涂料、废水处理等领域。为了克服将TiO2超细粉体用于纺织品功能整理过程中存在的能耗大、成本高等诸多问题,制备了TiO2-SiO2复合溶胶,并将此复合溶胶浸轧棉织物晾干后,采用水热处理的方式在棉纤维表面生成了与棉纤维结合牢固的锐钛矿型纳米TiO2,赋予织物良好的抗紫外线功能。
    6 结论
    在织物表面涂层和整理方面,纳米科技有着巨大的潜力,可以赋予许多新材料新的性能。虽然我们现在在科学研究及产品生产方面取得了一些成绩,但是纳米科技的研发才刚刚开始。今后纳米技术整理方法将极有可能被广泛应用于商业领域。在纺织品及服饰领域,纳米技术将会代替传统的整理方法,以低廉的价格,提供优异的质量,很好地服务于我们的生活。 
参考文献:
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[3]丁帅,李志云.纳米整理对功能性纺织品的研究[J].染整技术,2011,33(5):9—11
[4]王菊生.染整工艺原理(二)[M].北京:纺织工业出版社,1984.
[5]罗巨涛.染整助剂及其应用[M].北京:中国纺织出版社,2000.

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