納米整理在紡織行業(yè)的應用

丁　帥，高文友

(1.山東省紡織科學研究院，山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術重點實驗室, 山東 青島 266032 ；3.濰坊光電創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)服務中心,山東 濰坊 261062)

隨著社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，功能性、環(huán)保型紡織品的開發(fā)研究已擴展到眾多領域。納米粒子只有1～100 μm，它獨特的性能決定了它有許多新型的應用。納米材料的特性為其在紡織領域的應用奠定了基礎，納米材料在紡織面料上的整理，是紡織品功能整理的發(fā)展方向。

功能性整理代表第二代整理技術，它可以讓各種紡織材料獨立作用。功能性整理包括防水、防紫外線、抗菌、抗靜電、抗皺、釋放香味、皮膚護理、防蟲、防火、涼爽、絕熱等。

納米技術在紡織制衣行業(yè)的首次商業(yè)性應用就是在整理工序中引入納米粒子，因此也叫做納米整理。從此，納米整理技術不斷創(chuàng)新，并被著重應用于如何讓化學整理更可控，更徹底。目前，通過熱動力、靜電或者其他的方法，整理劑中的納米粒子能夠沿一定的方向或者一定的軌跡被單個地引入到紡織材料中。

1　抗菌防臭整理

1.1抗菌整理

在織物整理過程中使用的許多抗菌整理劑中，銀或者銀離子的抑菌作用和一系列的抗菌反應是廣為人知的。銀的抗菌作用主要是通過以下方式實現(xiàn)的：在水介質中，銀離子和細菌中的硫醇相互反應，去掉微生物的氧組分。“Milliken”公司發(fā)明了一種基于銀的抗菌劑叫做“Alphasan”,是一種銀和磷酸鋯生成的復合物。“Sinanen”公司研發(fā)了一種可以用硅酸鹽代替銀的抗菌劑。為了能實現(xiàn)有銀離子介入的持續(xù)抗菌整理，我們可以將納米銀離子復合物和容易對纖維起反應的聚合物裝入膠囊，聚合物和纖維起反應，不斷釋放出含有銀的抗菌整理劑。載入納米粒子的微型膠囊可以通過不同的方法制得。例如，為了制得能溶于水的微型膠囊，先將產(chǎn)品溶于水，然后加入乳化劑和溶于油的膠囊單體或低聚體或聚合物將其乳化。

研究人員發(fā)現(xiàn)把納米銀粒子和同時具有親水性和疏水性的聚乙烯纖維混合能產(chǎn)生一種環(huán)保型抗菌保護膜。生產(chǎn)棉、亞麻、絲綢、羊毛、滌綸、尼龍或者它們的混紡抗菌紗線，只需將產(chǎn)品浸泡在含有納米銀的溶液中。一旦被吸收，納米銀粒子可以殺滅有機物，愈合感染的傷口或者預防傷口感染。目前市場上的納米銀抗菌傷口護理產(chǎn)品有：Acticoat , Actisorb 和Silverlon 。新型納米復合無機抗菌劑——載銀納米磷灰石，二氧化鈦(Ag—nHA—nTi02)是一種以羥磷灰石(hy—droxyapatite，HA)為基體的復合納米抗菌材料。Ag+作為廣譜的抗菌劑已經(jīng)使用多年，它對真核細胞毒性較小，同時抗菌效果良好，而且很少有對Ag+耐受的細菌。納米HA比普通HA更容易和周圍的液體發(fā)生離子交換，可以作為Ag+載體使用。在納米抗菌防臭滌綸纖維熔融混紡中，加入納米銀系抗菌母粒作為有效抗菌成分，利用銀離子與細胞生物體內蛋白質、核酸中一些官能團發(fā)生反應，降低蛋白質或酶的活性，使細菌的代謝繁殖受到抑制，從而達到抗菌的目的。加入抗菌母粒的滌綸纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑制作用，抑菌率都在90%以上；當加入抗菌母粒的質量分數(shù)為5%時，滌綸纖維具有很強的抗菌性，同時具有良好的力學性能。

1.2防臭整理

在服裝和襪子領域，防臭一直是個熱門話題。“臭味”是細菌滋生繁殖的結果。臭味可以通過抗菌整理得到控制。抗菌整理可以抑制細菌的生長從而消除臭味。環(huán)糊精(Cyclodextrins)的分子結構非常特殊的，上寬下窄，內部中空，好像一個洞，內腔呈相對疏水性，外表呈親水性。臭味分子是相對疏水的，因此它們就可以被困在環(huán)糊精的洞中，洗滌的時候被去除掉。

2　自清潔功能性整理

納米粒子大小的銀、鈦和鋅的氧化物具有自清潔和抗菌的特點。金屬離子或者金屬復合物有一定的消毒作用。空氣或者水中的部分氧在金屬離子的催化作用下變成活性氧，可以去除有機物質，從而達到消毒的作用。納米粒子大小的催化劑有著更強的效果。

納米TiO2覆蓋在衣物表面，當暴露在陽光下，它就能自行去掉灰塵或者細菌，使衣物有自清潔功能。覆蓋有納米TiO2的織物象蓮花葉子一樣具有表面疏水性，所以又稱作“蓮花效應”。

鋁塑復合板用鋁合金板材在采用氟碳涂料(PVDF)涂裝后，各種污物尤其是油性有機污染物粘附在涂裝后的氟碳涂料涂層上不易被水沖洗干凈。將氟碳涂料涂層制備成具有光催化特性的涂層能解決上述難題，達到自清潔目的。通過將納米TiO2的光催化特性和氟碳涂料有機結合，提高氟碳涂料的抗沾污性，在不影響涂層其它優(yōu)異性能的前提下，同時達到自清潔的目的。

3　抗靜電整理和防油防水整理

3.1抗靜電整理

通常情況下，尼龍、滌綸等復合織物只能吸收很少的水，因此靜電荷會累積。由于復合物的抗靜電能力相對較差，我們可以運用納米技術來大大提高它們的抗靜電性能，納米粒子大小的氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)細絲、涂有納米銻的氧化錫(ATO)和硅烷納米溶膠能夠使復合物具有良好的抗靜電能力。TiO2，ZnO和ATO之所以具有抗靜電性，是因為它們能夠導電，可以把集聚在織物表面的電荷分散開來。另一方面，硅烷溶膠粒子可以用其氨基和羥基吸收空氣中的水分，從而提高織物的抗靜電性。

3.2防油防水織物整理

這種防油防水的納米整理技術不僅對于棉、亞麻、羊毛、絲綢等天然纖維非常有效，對于一些合成纖維，像滌綸、尼龍、丙烯酸纖維效果也很好，而且效果持久。這種疏水疏油的表面可以通過以下兩種方法制作：第一種，在疏水性的表面建立粗糙結構。第二種，通過一定的材料改良粗糙表面。氟碳整理技術(Fluorocarbon)是一項重要的防水整理技術，它最初用于20世紀60年代的防水防油處理。氟碳是一種有機化學物，里面所有的氫都被氟所代替，有著高熱穩(wěn)定性和低反應性。氟碳整理就是將氟化的丙烯酸鹽分散開來，它可以通過化學方法制得，通過改變疏水分子和親水分子的比例達到不同的特性。氟碳整理過程中有易起化學反應的甲醇和環(huán)氧樹脂，它們相互反應形成一層緊密的“網(wǎng)”，覆蓋在織物表面。 “Sonel”公司可以用大量多功能分子來完成這種處理，這種多功能分子可以改良處理過織物的表面特性，使它防水、防油、防塵。這項最初的研究奠定了今天“納米護理”整理技術的成功的基礎，此項技術現(xiàn)在由“Nano-Tex”公司進行了商業(yè)性的市場推廣。

納米處理過的棉織物可以經(jīng)受50次的家庭正常洗滌，其表面的防水防油功能經(jīng)過20次洗滌后基本保持不變。經(jīng)納米整理過的羊毛和亞麻，可以經(jīng)歷20次干洗保持功能不變。這比傳統(tǒng)方法處理過的織物性能大大提高。

4　抗皺整理

在傳統(tǒng)方法中，樹脂經(jīng)常被用來對織物進行抗皺整理，但是在應用方面，它也有很多限制，因為它會降低織物的強力、抗摩擦性、吸水性、染色性和透氣性。為了克服這些缺點，研究人員在對棉和絲綢的抗皺整理過程中應用了納米氧化鈦和納米硅。在紫外線照射下，納米氧化鈦和羧基的酸充當催化劑，引發(fā)了纖維素分子和酸之間的反應。而在另一方面，納米硅和馬來酸酐充當了催化劑。這種方法能顯著提高絲綢的抗皺能力。經(jīng)不同質量分數(shù)的納米殼聚糖處理后，絲織物的急、緩彈性折皺回復角有了不同程度的提高，抗皺性有所改善，這是因為納米殼聚糖在絲纖維內部沉積后進一步提高絲纖維，大分子間鹽鍵、氫鍵和范德華力，使其具有足夠的約束力回到原來的位置，從而起到防皺作用。但質量分數(shù)超過一定程度后，隨著納米殼聚糖質量分數(shù)提高，桑蠶絲織物抗皺效果略有提高，但變化并不明顯。

5　阻燃整理和抗紫外線整理

5.1阻燃整理

在阻燃整理過程中，五氧化銻可以和鹵化阻燃劑一起使用。美國“Nyacol”納米科技公司把膠狀的五氧化銻納米粒子均勻分散開來，做為鹵化阻燃劑的增效劑。鹵化阻燃劑和五氧化銻的混合比例為5∶1 到2∶1。

5.2抗紫外線整理

TiO2具有優(yōu)異的紫外屏蔽、紅外吸收和光催化功能，被廣泛應用于高級涂料、廢水處理等領域。為了克服將TiO2超細粉體用于紡織品功能整理過程中存在的能耗大、成本高等諸多問題，制備了TiO2-SiO2復合溶膠，并將此復合溶膠浸軋棉織物晾干后，采用水熱處理的方式在棉纖維表面生成了與棉纖維結合牢固的銳鈦礦型納米TiO2，賦予織物良好的抗紫外線功能。

6　結論

在織物表面涂層和整理方面，納米科技有著巨大的潛力，可以賦予許多新材料新的性能。雖然我們現(xiàn)在在科學研究及產(chǎn)品生產(chǎn)方面取得了一些成績，但是納米科技的研發(fā)才剛剛開始。今后納米技術整理方法將極有可能被廣泛應用于商業(yè)領域。在紡織品及服飾領域，納米技術將會代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整理方法，以低廉的價格，提供優(yōu)異的質量，很好地服務于我們的生活。

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