納米界面材料在紡織領(lǐng)域的新進(jìn)展

概述

    目前紡織領(lǐng)域中的納米技術(shù)一般分為三種:

    1)納米纖維: 采用靜電紡絲法、模版擠壓法、復(fù)合紡絲法、化學(xué)氣相生長(zhǎng)法、聚合法等方法制備直徑在納米尺度的纖維，實(shí)現(xiàn)普通纖維無(wú)法達(dá)到的新功能。如中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研制的水接觸角大于 170°的超疏水性聚丙烯腈納米纖維[1]、超疏水性高分子聚乙烯醇納米纖維[2]、超雙疏陣列碳納米管膜[3]，以及東麗公司開發(fā)的高吸濕性納米尼龍纖維[4]等。

    2)納米粉體: 將各種粒徑小于 1OOnm的功能性納米粉體分散到纖維中進(jìn)行紡絲，獲得帶有功能性的纖維:或者將納米粉體分散到溶液中制成整理劑后對(duì)織物進(jìn)行涂層、浸漬、噴涂等加工，賦予織物相關(guān)功能性。如日本開發(fā)的Zn/TiO₂納米粒子催化劑型無(wú)機(jī)消臭劑"ATOMY BALLTZR"[5]、日清紡公司開發(fā)的銀納米抗菌防臭加1材料"Ag Fresh"[6]等。

    3)納米乳液:將功能整理劑中的有效成分乳液粒徑控制在納米級(jí)，以提高整理劑功效，改變以往大粒徑乳液對(duì)織物風(fēng)格的不良影響。如瑞典開發(fā)的TEXCOAT整理劑、日本開發(fā)的粒徑l0nm的陰離子型弱酸性親水性氨基硅柔軟劑[7]、納米乳液POL防花粉加工劑[8]等。

    上述技術(shù)的共同點(diǎn)在于首先制備納米級(jí)的物質(zhì)，如纖維、粉體、乳液。我們采用的納米表面處理技術(shù)不同于這些方法，是通過(guò)采用物理或化學(xué)方法直接對(duì)織物進(jìn)行表面改性，如在纖維表面形成納米級(jí)四凸結(jié)構(gòu)，使織物微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)使纖維表面化學(xué)基團(tuán)產(chǎn)生變化，以獲得纖維表面物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)不同于原纖維的納米界面材料。

2  纖維表面物理及化學(xué)性質(zhì)

2·1纖維表面形貌

    經(jīng)納米表面處理后的纖維表面形貌發(fā)生很大的改變，如在纖維表面形成較為均勻的納米級(jí)凹凸結(jié)構(gòu)或溝槽。圖1為經(jīng)該技術(shù)處理的不同纖維以及對(duì)應(yīng)參照物的掃描電子顯微鏡照片。

2·2纖維表面化學(xué)成分

    經(jīng)納米表面處理后的纖維不僅發(fā)生物理結(jié)構(gòu)變化，纖維表面同時(shí)還發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，使得材料表面顯示出與體相不同的性質(zhì)，從而達(dá)到表面改性的目的。將處理前后的羊毛織物的XPS圖象及C_Is，光譜圖示于圖2。

圖1顯示，經(jīng)納米表面處理后纖維表面形貌不同于原纖維，產(chǎn)生較為均勻的納米級(jí)凹凸結(jié)構(gòu)或溝槽。圖2顯示，處理后的羊毛織物表面的羧基、羰基等碳-氧鍵大大增加。這種微觀結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致了宏觀性質(zhì)的改變，賦予織物以往技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新功能。

3  納米表面處理功能性織物

3·1超雙疏織物

    不同于上述的納米纖維，納米表面處理技術(shù)可直接對(duì)任何織物進(jìn)行處理，便纖維表面形成特殊的幾何形狀互補(bǔ)的(如凸與凹相間)界面納米結(jié)構(gòu)，由于在納米尺寸低凹的表面可以吸附氣體分子，并且使其穩(wěn)定附著存在，所以在宏觀織物表面上形成了一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使得油或水無(wú)法與織物的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現(xiàn)出超常規(guī)的雙疏性。這時(shí)水滴或油滴與界面的接觸角趨于值，實(shí)現(xiàn)纖維織物的超疏水、超疏油功能。

    該技術(shù)己形成產(chǎn)業(yè)化，中科納米技術(shù)工程中心有限公司先后同鄂爾多斯集團(tuán)、浙江艾利特服飾有限公司、浙江杉杉集團(tuán)合作，分別推出納米自清潔羊絨衫、納米自清潔領(lǐng)帶、納米自清潔西服。

3·2  超黑織物

通過(guò)在纖維表面構(gòu)造納米級(jí)凹凸結(jié)構(gòu)，增加纖維的比表面積，提高纖維對(duì)染料的物理吸附力以及提高染料向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散能力;同時(shí)使羊毛纖維表面產(chǎn)生活性基團(tuán)，增加可以與染料分子發(fā)坐結(jié)合的染座，提高纖維對(duì)染料的化學(xué)親和力，從而提高上染率。同時(shí)羊毛表面產(chǎn)生的微細(xì)凹凸結(jié)構(gòu)可減少光的散射，進(jìn)一步提高顯色率，從而使羊毛織物具有的超黑效果。

該技術(shù)獲得的超黑織物的顏色表觀深度K/S值達(dá)到了34，

物。大大高于未處理的普通黑色織物

3·3高阻隔性醫(yī)用防護(hù)面料

     手術(shù)服、手術(shù)口罩等應(yīng)具有度好的疏水性和疏油性，以避免滲透接觸可能含有病菌的患者的體液和血液。我們開發(fā)的透氣性良好的一次性醫(yī)用防護(hù)面料由如下三層構(gòu)成:1)超雙疏阻隔織物層，該材料表面具有超疏水和超疏油的功能，阻止各類水或油成分滲入織物的另一側(cè)，可以"防止病菌附著在織物表面，并能夠避免提供給細(xì)菌成長(zhǎng)繁殖的條件和機(jī)會(huì);2)高效靜電吸附過(guò)濾織物層，以其強(qiáng)大的靜電吸附能力有效吸附和阻止細(xì)菌、病毒等有害顆粒;3)含有納米抗菌劑的除菌消毒織物層，使得病菌難以生存。圖5為該材料示意圖。

    該材料是具有高透濕性的高阻隔醫(yī)用防護(hù)面料，已通過(guò)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局北京醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)，符合GB19082-2003國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，防護(hù)服面料樣品達(dá)到了靜水壓4.76kPa(l7cmH₂O)(國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求1.67kPa)，過(guò)濾效率為93.9%(國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求70%)，透濕量為12300g/m²d(國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求2000 g/m²d)。這種材料能夠保持優(yōu)良的透氣、透濕性能，同時(shí)避免攜帶病毒的介質(zhì)直接沾附到防護(hù)服裝上，從而可以避免因防護(hù)服裝的污染導(dǎo)致的交叉感染。

3·4單面親水丙綸非織造布

納米表面處理技術(shù)可對(duì)織物進(jìn)行單面處理，從而獲得兩面性能不同的織物。這種技術(shù)用于丙綸非織造布時(shí)，在丙綸非織造布表面獲得點(diǎn)吸收面擴(kuò)散效應(yīng)，形成親水性速度梯度。從而在迅速吸濕的同時(shí)保持表面干爽。圖6為底層為親水性墊的不同面料接觸液滴時(shí)的吸收狀態(tài)示意圖。

    如上圖6所示，當(dāng)疏水性織物接觸水滴時(shí)(C)，即使織物下面放置親水性墊，液滴也無(wú)法穿透織物而擴(kuò)散到親水性墊上，而是只會(huì)滲透少量到織物表面，而大部分液滴一直停留在織物表面。當(dāng)親水性織物接觸水滴時(shí)(d)，液滴迅速鋪展在織物表面并滲透到親水性墊上，因織物的親水性和保水性好，所以織物表面濕潤(rùn)，并在織物表面留下較大痕跡。與上述兩種通常情況不同，當(dāng)單面親水織物接觸水滴時(shí)(b)，液滴靠毛細(xì)管效應(yīng)經(jīng)過(guò)疏水面到達(dá)親水面，然后迅速擴(kuò)散到親水性墊中，從而保持干爽的織物表面，液滴留下的痕跡也小。

4  今后展望

    我國(guó)紡織企業(yè)雖然也對(duì)高科技紡織品服裝有所研究，但總體來(lái)看，研究開發(fā)力度還很不夠，科技含量高的產(chǎn)品比較少，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距。我國(guó)出口的紡織品多為創(chuàng)匯率不高的中低檔產(chǎn)品，而且還有相當(dāng)一部分是紡織品原料。面對(duì)歐美和日本等國(guó)日益增高的技術(shù)性貿(mào)易壁壘，尤其是綠色壁壘，使我國(guó)紡織品出口受到了嚴(yán)重影響。據(jù)不統(tǒng)計(jì)，我因不符合"綠色"要求的紡織品的覆蓋面大約在15%左右，影響出口近80億美元。將納米界面材料應(yīng)用于紡織領(lǐng)域正迎合了環(huán)保、節(jié)能、健康、安全、舒適為主題的當(dāng)今紡織行業(yè)趨勢(shì)，有利于提高我國(guó)紡織品的競(jìng)爭(zhēng)力，今后應(yīng)進(jìn)-步結(jié)合其他技術(shù)，提高產(chǎn)品的科技含量，開發(fā)新高科技產(chǎn)品和多功能性產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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[6]加工技術(shù)(日)，2004，39(1)，26

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