遠紅外紡織品的制備與應用*

1.廣州纖維產品檢測研究院， 廣東 廣州 511447；2.天津工業大學紡織學院， 天津 300387

隨著科技的進步及人類需求的日益提高，功能紡織品的研究與開發日漸成為各國研究的重點。所謂功能紡織品[1-2]是指，紡織品在具有基本使用價值的同時，還具有抗皺免燙、抗菌、防臭、防霉、阻燃、防紫外線、防電磁輻射、防靜電、遠紅外、負離子保健等中的一種或多種功能，如集遠紅外與電磁屏蔽功能于一體的復合功能紡織品[3-4]、遠紅外負離子釋放保健養生功能紡織品[5]、遠紅外防臭抗菌功能紡織品[6]等。其中，遠紅外紡織品是一類兼具保溫、保健、抗菌等功能的紡織品，其通過纖維紡絲技術或織物后整理技術將具有遠紅外高發射率的陶瓷微粉等添加到紡織品內部或表面，使紡織品不但可以吸收大自然中的光線或人體輻射出的遠紅外線，致自身溫度升高，而且可以發射出波長和功率與其溫度相應的遠紅外線，使人體獲得保暖升溫、改善人體微循環等功能[7]。我國于20世紀90年代初開展了遠紅外紡織品的研究，東華大學、清華大學、天津工業大學、珠海天年高科技國際企業公司、江蘇省紡織實業公司等都進行了系統的開發與研究，并成功推出了遠紅外纖維及其制品[8]。

1 遠紅外紡織品的作用原理

紅外線又稱紅外光，指波長為0.75～1 000.00 μm的電磁波。根據波的長短，紅外線可分為5個波段，分別是近紅外(波長0.75 ～1.40 μm)、短波紅外(波長1.40～3.00 μm)、中波紅外(波長3.00～8.00 μm)、長波紅外(波長8.00～15.00 μm)和遠紅外(波長15.00～1 000.00 μm)[9]。在實際應用中，人們通常將波長在2.50 μm以上的紅外線稱為遠紅外線[10]，且對波長在4.00～14.00 μm的遠紅外線關注較多，因為該波長范圍的遠紅外線與所有生物的生長發育密切相關，它可以振動并激活所有生物內部的水分子，與生物產生共鳴，促進代謝、吸收、排泄和增長，對人體最為有益，因此該波長范圍的遠紅外線又被稱為“生命之光”。此外，宇宙中的物體也需利用不斷的遠紅外熱輻射保持恒定的溫度[11]。

基爾霍夫定律表明，一個良好的輻射體必然是一個良好的吸收體，即物體的熱輻射能力越強，其吸收能力也越強。人體既能輻射遠紅外線，又能吸收遠紅外線。人體表面的熱輻射波長介于2.50～15.00 μm，且46%的熱輻射波長范圍在8.00～14.00 μm，因此，人體定能吸收波長范圍在2.50～15.00 μm的遠紅外線。遠紅外紡織品在吸收外界熱量后會輻射出波長在3.00～25.00 μm的遠紅外線，這與人體能夠吸收的紅外線相符。當紅外線輻射的波長和被輻射人體吸收的波長相對應時，人體內分子會產生共振吸收，這會加劇人體內分子運動，從而增強其血液循環，起到保溫保健的作用。且遠紅外紡織品還具有較好的抗菌性能，這可能源于兩個方面的原因：其一，遠紅外織物能不斷地發射出對細菌生長有抑制作用的遠紅外線；其二，遠紅外織物中金屬微粒的加入使纖維表面呈多孔性，比表面積增加，表面活性及表面狀態的吸附、擴散等特性明顯提高，加上金屬化合物本身的抑菌作用，遠紅外織物會表現出一定的吸汗、除臭、殺菌等功能。

2 遠紅外紡織品的生產制備

紡織品自身就是輻射源，只是在相同條件下，遠紅外紡織品比普通紡織品的輻射功率更高、更強。表征遠紅外線發射能力強弱的指標有法向發射率、遠紅外波長及遠紅外發射率等。其中，法向發射率與遠紅外發射率雖概念略有不同，但原理相同。發射率[12]是指在一個微小波長間隔內，真實物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比。

制備具有遠紅外功能的紡織品，主要是提高其遠紅外發射率，目前主要有兩種方式：

(1) 紡絲過程中加入具有遠紅外高發射率的納米級粉末，制備遠紅外纖維，再通過紡織或非織造技術生產遠紅外紡織品；

(2) 采用整理劑(如遠紅外陶瓷微粉等)對紡織品進行后整理[13-15]，制備遠紅外紡織品。

2.1 遠紅外纖維的制備

遠紅外纖維是指在纖維加工過程中，將一些具有遠紅外線發射功能的納米級粉體與纖維有效地融合，生產出的一種纖維。粉體主要有，具有良好光反射性的氧化物[16]，如Al2O3、 ZnO、 ZrO等；具有高熱容的碳化物，如ZrC、 SiC；具有光催化功能的材料，如TiO2等[17-19]。除此之外，一些天然礦石，如電氣石粉、瑩青石粉、莫來石粉等，也是優良的遠紅外線發射粉體。東華大學王華平等[20]率先在國內使用TiO2、 ZnO、 ZrO等金屬氧化物的納米粒子，制備出高效的納米遠紅外細旦纖維。

遠紅外纖維的制備分紡絲法和纖維表面涂層法兩大類，其中，紡絲法又可分為熔融紡絲法、共混紡絲法、溶液紡絲法。表1就遠紅外纖維的制備方法及性能特點進行了羅列。

2.2 后整理制備遠紅外織物

后整理一般有兩種方式：

(1) 將具有遠紅外發射功能的納米級粉體、黏合劑和助劑按一定比例配置成后整理劑，再通過浸軋、涂層、噴霧等方法，將配置好的后整理劑均勻地涂覆在織物表面，再對織物進行干燥、熱處理等，制成遠紅外織物；

(2) 將遠紅外后整理劑分散于染液或印花糊料中，制備出具有遠紅外功能的染色或印花織物。

3 遠紅外紡織品的功能

根據GB/T 30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測和評價》標準：對于一般的紡織品，遠紅外發射率不低于0.88且遠紅外輻射溫升不低于1.4 ℃的，才可被稱為遠紅外紡織品；對于絮片類、非織造類、起毛絨類等疏松紡織品，遠紅外發射率不低于0.83且遠紅外輻射溫升不低于1.7 ℃的，才可被認為該產品具有遠紅外功能[21]。遠紅外紡織品按功能可分為三類：保溫用紡織品、保健用紡織品和衛生用紡織品。

3.1 保溫用紡織品

相比普通同類紡織品，遠紅外紡織品的溫升效果可提高3.0～5.0 ℃。目前，已通過傳統針織或機織技術制備出了具有遠紅外功能的滑雪衫、運動服、風衣等紡織品，也已通過非織造技術制備出了具有遠紅外功能的保暖絮片，如床單、睡袋、被子、防寒服等用的填充料。如高冰等[22]基于母粒法，利用納米遠紅外材料ZrC和Al2O3生產出了遠紅外滌綸絲，并就遠紅外滌綸織物與普通滌綸織物進行了相關性能對比，結果表明：遠紅外滌綸織物的輻射溫升和溫升速率都有明顯的提高；遠紅外滌綸織物的接觸冷感弱，導熱系數較小，保暖率較普通滌綸織物有一定的提高；遠紅外滌綸織物總體舒適性更好，能滿足服用織物的要求。浙江森創服裝有限公司發明了慕賽爾纖維/遠紅外纖維高檔針織面料，面料混紡比例為慕賽爾纖維70%(質量分數)、遠紅外黏膠纖維30%(質量分數)，面料具有良好的保暖、保健、抗紫外、抗菌等性能[23]。KUBILIENE等[24]通過不同的處理方式增加織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積，提高了織物的保暖效率，結果表明：連續涂層篩網印刷織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積最大，織物熱積累最高，且織物所含生物陶瓷添加劑量最小。

3.2 保健用紡織品

根據遠紅外紡織品能促進人體微循環、消炎鎮痛、活化機體、消除疲勞等的特性，開發出了各類具有遠紅外功能的保健用紡織品，如遠紅外內衣、內褲、襪類、文胸等產品，它們不但能夠改善人體肩部、背部、腹部、腿部的血液微循環，還可預防和輔助治療肩部、背部、腹部及腿部的肌肉酸痛，風濕性關節痛及婦科疼痛。近年來，關于遠紅外紡織品保健功能的研究有很多，如LOTURCO等[25]調查了遠紅外衣物對足球運動員因運動誘發的肌肉損傷和體力恢復的影響，21名男性運動員跳100下，比賽結束6 h后運動員穿上遠紅外衣物，分別評估比賽前、比賽結束時及比賽結束后24、 48、 72 h大腿周圍的肌酸激酶和遲發性肌肉酸痛，結果表明，遠紅外衣物可減輕足球運動員對劇烈運動后遲發性肌肉酸痛的感知。

3.3 衛生用紡織品

根據遠紅外紡織品的抗菌防臭功能，現已開發出諸如一次性或限次使用的紗布、防護服、手術衣、口罩、手術洞巾、病房床單、病室帷幕等衛生用紡織品。它們具有阻隔和屏蔽細菌及病毒的作用，能防止病人之間及病人與醫護人員之間的交叉感染。此外，其保健功能還有助于病人的身體恢復。

4 遠紅外紡織品的發展前景

遠紅外紡織品符合當前人們對健康舒適的普遍要求，具有非常好的開發價值和廣闊的市場前景，這也是其逐漸成為各國研究重點的客觀原因所在。目前，國內外開發的遠紅外產品已投入產業化生產，產品性能基本上能滿足人們的需求，但總體看來基礎性研究仍不夠深入，還有很大的技術進步空間：

(1) 材料。雖然遠紅外陶瓷微粉的粒徑能達到納米級別，但加工成本較高，價格昂貴，且粒徑越小價格越貴，這導致了遠紅外紡織品成本增高，遏制了遠紅外紡織品的發展。因此，遠紅外紡織品發展的關鍵是研發尋找新的遠紅外材料。

(2) 后整理。目前，國內通過后整理制備的遠紅外紡織品存在遠紅外整理劑不耐洗滌，紡織品透氣透濕性能易受影響等缺點，因此需開發新的后整理技術，使之既能保持持久性又不影響紡織品的透氣透濕性。

(3) 功能復合化。單一纖維原料或單一結構往往存在一定的缺陷，很難滿足不同消費群體日益提高的需求，因此，多功能復合紡織品成為各國研發的主流。

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