纳米在纺织印染业中的应用

纳米的发展现状 　　纵观目前纳米材料的研究和应用，美国、日本、德国、俄罗斯、英国等国处于世界领先地位。其中美国是最早开始研究纳米技术的国家之一。2000年美国把纳米技术列为21世纪前十年的关键领域之一，认为是 21世纪可能取得突破性进展的三大领域之一，其政府拨款研究经费高达 15亿美元。其他国家如德、日、英、法等国也将纳米研究列入国家重点研究项目。1992年，我国将纳米材料科学作为重大基础科学项目列入国家攀登计划，并成为我国高科技应用研究的热点之一。纳米材料及纳米技术在纺织印染工业中的应用亦展示出良好的应用前景，目前主要用于开发功能性化纤原料、功能性纺织产品以及功能性助剂等，如纳米抗菌涤纶长丝、短纤；抗紫外线和红外线织物；抗菌除臭功能助剂、涂料等。 　　在纺织行业的应用 　　目前纳米材料在纺织行业的开发、应用及发展趋势大致有三种途径，即多种纤维添加、多种粉体复配、多种功能复合。通过共混纺丝法、聚合时添加法和后整理等应用途径，使其在抗紫外线型、抗菌除臭型、远红外线反射型、凉爽型、拒水防污型、导电型、阻燃型等功能纺织新产品中有了广泛的开发。进而奠定了纳米系列材料在纺织行业中的应用基础。 　　1.多种纤维添加 　　多种纤维添加即指纳米材料的应用不仅在化学纤维上，而且在化学纤维-天然纤维以及天然纤维上。人们在成功地应用了聚合时添加、共混添加纳米材料的功能化纤之后，又出现了应用具有纳米材料抗紫外线、抗菌等功能棉、麻、毛等天然纤维的趋势。 　　2.多种粉体复配 　　对于某种功能来说，不同种类、不同尺度和不同晶型的粉体有着各自特有的作用，因此，将不同尺度、不同晶型、不同品种的纳米材料有选择地进行改性、复配，就可以得到具有理想功能的纳米粉体。同样，针对纺织行业的需要，经过有目的的深度加工，即可得到系列化纺织专用的纳米粉体。 　　3.多种功能复合 　　多种功能复合即指将两种或多种功能复合于一种纺织品的研究与开发，如具有抗紫外线和抗菌功能的纤维，可用来织造泳装、登山服和T 恤衫；具有防水、透湿、抗菌功能的纤维，可用于舒适性内衣；具有抗紫外线、抗红外线和抗菌功能(凉爽、抗菌型)的纤维，可用于高性能的运动服、休闲服等。同时，应用纳米材料对纯棉或棉-化纤混纺织物进行多种功能的复合后整理，这些多功能的纺织产品都具有巨大的市场需求。 　　在新型纺织原料及产品上的应用 　　目前，采用添加法将纳米材料加入化纤的纺丝液中，可以获得各种含纳米化纤。如将TiO2、ZnO、Si O2等微粉掺入聚合物中，可纺制出各种抗菌和除臭纤维。纳米抗菌涤纶长丝产品可以广泛用于针织的内衣裤、运动服装、袜子、地毯等。抗菌短纤可以与棉混纺制成医用床单、手术服、医生工作服、病员服、食品行业专业服以及各种床上用品、家具布、装饰布及各种内衣裤、服装等；此外，用抗菌纤维也可以制成各种无纺布产品。日本自1984年开发出除臭纤维以来，新产品不断面世。其他纳米级的抗紫外线辐射纤维、远红外纤维功能性产品的开发工作亦取得了突破性的进展。 　　●纳米材料的紫外线屏蔽功能 　　许多物质对光线具有屏蔽防护作用，如ZnO、MgO、TiO2、SiO2、CaCO3、滑石粉、瓷土等，当上述物质制成超细粉末，其微粒粒径尺寸与光波波长相当或更小时，由于纳米材料的尺寸效应导致光吸收或反射显著增强，又因其体积效应(小尺寸效应)纳米材料的比表面积增大，表面能增高，与高聚物共混时，很容易相互结合。基于此原理，已开发了一批具有抗紫外线辐射的纤维，如ESMO(可乐丽)、日本的尤尼契克、丙纶长丝等复合功能性纤维，且纳米微粒分布均匀，纤维性能稳定而持久。 　　●纳米材料的红外线吸收与辐射功能 　　物理学把0.76～1000μm区域的电磁波称为红外线。红外线由发现到应用已经历了100多年的历史，其在纺织品上的应用，最感兴趣的是 0.2～5μm和4～14μm两个区域电磁波。如一定组分的远红外线陶瓷粉吸收人体发射出来的热能，转化成向人体辐射一定波长范围的远红外线，其中以易被人体吸收的4～14μm为主。由于热量在人体与红外线陶瓷粉层之间反复反射，减少了热量损失，从而提高了服装的保暖性。此外不同波长的红外线辐照人体各部位都会产生生理效应，使血管扩张，血流加速，改善局部血液循环，起到活化肌体、消除疲劳、调节自律神经等功能。这就是红外辐射对人体治疗作用的机理。 　　在印染工艺上的应用 　　涂料印染工艺因具有工艺简单、仿色准确、无需水洗等特点，在国外印染加工中得到广泛的应用，所占比重超过50％以上。有关研究成果表明，在涂料印染时，添加0.3％的纳米级硅氧化物后，可使涂料色浆透网性和印制花纹清晰度明显改善，同时可以减少由紫外线引起的色变，提高耐日晒牢度0.5级。 　　染整生产中的粘合剂通常采用乳液聚合法制成，据悉，有人采用特殊的纳米技术合成了纳米级乳液粘合剂，检测对比结果表明，纳米级乳液粘合剂较传统的乳液粘合剂手感柔软、光泽好，耐摩擦、耐水、耐酸碱、汗渍色牢度均高于 Oeko-Tex标准 　　1000.5-1级；另外，纳米级乳液粘合剂的机理是，在织物表面其颗粒之间(涂料和粘合剂)是点接触，而没有形成薄膜，由于改变了传统涂料印染技术在织物表面形成一层粘合剂膜(印花时其膜厚约为5μ m)的粘合机理，故染色涂料渗透力强，织物对涂料的吸附性好，有效地提高了染色牢度。 　　另据资料，苏州大学丝绸学院研究了纳米级TiO2，取代马来酸酐真丝绸防皱整理中的催化剂作用，克服了传统工艺采用硫酸钾(K2SO48) 和次亚磷酸纳(NaH2PO2)分别作引发剂和催化剂产生的泛黄现象。 　　纳米ZnO微粉具有优越的抗菌、消毒、除臭功能，因此把纳米ZnO微粉制成功能助剂对天然纤维进行后整理，会获得性能良好的抗菌织物，即使纺织品在使用过程中，抑制以汗和污物为营养源的微生物繁殖，同时也防止了由此释放的恶臭，保持衣服的卫生状态。用纳米助剂浸轧的织物主要用于衬衫、T恤、帽子、男女休闲等要求穿着柔软、舒适的纺织面料。还可采用涂层整理法将纳米浆料在织物表面形成柔软的功能性涂层，其整理后的产品性能均匀、持久。 　　目前，纳米材料在织物后整理过程中的应用研究刚刚起步，有资料报道，美国把纳米微粒在纺织行业的应用作为研究的方向之一，并开发了含纳米TiO2的抗菌面料；日本的丽人公司已经开始销售纳米材料的织物染整剂。199 9年德国的一家公司通过把纳米粒子涂附在织物表面生产抗菌面料，在1999年的香港世界面料展示会上引起了广泛的关注。 　　在纺织印染工业中的应用 　　纳米材料被认为是21世纪三大支柱的信息、能源和新材料领域中有着极其重要的作用，纳米技术的应用，必将给纺织印染工业带来新的经济增长点。特别是抗紫外线、远红外纺织的成功开发和应用，为纳米技术在纺织业中的发展奠定了基础。有资料统计，2000年全球仅纳米材料市场就达到750亿美元，德国科技部预计到2010年，纳米技术市场将达到14400亿美元。专家预言：纳米技术作为尖端科技，不出10年，其市场容量将达到1.5万亿美元，纳米科技将引来21世纪的一次产业革命，继而直接作用于人们衣、食、住、行等各个领域。为迎接“纳米时代” 的到来，我国加快了科技和产业化部署，在“十五计划”纲要中，明确提出将发展纳米科技作为“十五”期间科技进步的一项重要任务。据不完全统计，我国有近一半的省、和直辖市将纳米材料列入当地“十五” 期间的发展规划。2001年初，国家还成立了纳米科技指导协调委员会，负责组织协调全国纳米科技的研究开发力量，制定有关规则，同年7月，国务院批准了 “国家纳米科技发展纲要”。截至2001年5月底，我国已有323家纳米企业，并形成了以北京、上海、深圳为中心的三大纳米材料及纳米技术产业带。目前，取得的成果中，部分已接近产业化前期水平。 　　目前，纳米抗菌纺织品已大量面世，其发展态势看好，但其安全卫生性的研究远远滞后于产品的开发。今后必须加强这方面的研究工作，使纺织行业对纳米材料产业形成持续、有效的拉动。同时，我们还要加强纳米纺织品的相关基础研究工作，如用纳米助剂对纺织品进行整理时，纳米粒子在纺织品上的附着率、附着于纤维表面或纤维内部的方式等， 目前均尚无有效的表征和测定方法。这势必难以保证纳米纺织品的产品质量，影响纳米纺织品的研发。因此，有效地应用纳米材料和纳米技术，是当前制约纳米材料产业发展的瓶颈，相信纳米技术将在纺织印染领域开辟出一个崭新的天地，更多更好的纳米纺织品将成为21世纪纺织科技的新的亮点。 （C8004）