納米材料在染整中的應用

李英超

北京中紡化工股份有限公司 北京 100176

1 引言

作為20世紀80年代末誕生的一種高新科技，通過近30年的研究發展，納米科學技術的科學價值已逐漸被人們所熟知。目前我國納米材料的應用領域以紡織業、塑料業、建材業為主，其中紡織業在納米材料應用領域占比達20%以上[1]。由于納米材料的特殊性能，紡織業主要將納米材料與技術應用于對功能整理劑和功能纖維織物的開發上，已經成為紡織業高新科技應用研究的熱點方向之一。

納米材料一般被分為兩個層次：尺寸為1～100 nm的納米超微粒子和由納米超微粒子制成的納米固體材料。尺寸小于100 nm的所有物質不都屬于納米材料，因為每一種物質只有在其特定的納米尺寸(如銀為14 nm)，而且只有達到該尺寸的時候才能顯示出其納米特性，一些粒子即使尺寸在100 nm以下也沒有納米特性。由于納米微粒具有極小的尺寸和極大的比表面積，使得納米微粒及其制成的納米材料產生特殊的表面效應和體積效應，從而具有特殊的理化性質[2]。

為了滿足某些特殊用途和領域的需要，通過超細化方法使得纖維直徑達到納米級，而這種方法得到的纖維一般稱為納米纖維。除此之外，通過聚合紡絲等工序將納米微粒填充到普通纖維中進而得到的改性纖維也稱為納米纖維。

2 納米材料在染整中的應用

染整工藝中，一般將納米微粒均勻分散在后整理工作液中，隨工作液通過后整工序整理到織物上；或將含有納米微粒的整理劑和特定的黏合劑通過涂層方式整理到織物上，從而賦予織物相應的功能性[3]。

2.1 納米材料用作抗紫外整理劑

紫外線根據生物效應不同可分為UVA、UVB、UVC和UVD四個波段。其中UVD為真空紫外線，UVC波長較短，該波段的紫外線到達地面前基本被大氣層所吸收，而對地表影響最大的紫外線波段為UVA和UVB，即波長為 280～400 nm 的紫外線部分［4］。目前在纖維或織物功能整理過程中使用的抗紫外線整理劑主要有兩類：一類是有機類紫外線吸收劑，另一類是起反射紫外線作用的紫外線屏蔽劑。由于納米超微粒子具有的小尺寸效應和表面效應等特性使其產生了優異的紫外線屏蔽性能［5］。

鄭敏［6］等通過比較不同粒徑大小的納米氧化鋅、納米二氧化鈦以及其復合粉體的抗紫外性能，結果發現納米粉體的粒徑大小對紫外線屏蔽效果有著明顯的影響，而且復合納米粉體比單一納米氧化鋅或納米二氧化鈦納米粉體的抗紫外性能更佳。

徐敏［7］等采用低溫水熱法制備了過氧改性的中性納米二氧化鈦溶膠，并使用該溶膠稀釋成一定濃度的工作液浸軋棉織物。結果表明，經溶膠整理后棉織物的紫外線防護性能大大提高，并且水洗牢度優異。

郭伊麗［8］采用水熱法制備了二氧化鈰納米微粒和納米厚度的薄膜，并且采用氨氣相沉積法整理到織物表面制備了抗紫外織物。結果表明，該抗紫外織物具有非常好的紫外屏蔽性能，并且經過30次洗滌后該織物仍能保持較好的紫外屏蔽性能。

尹用飛［9］等使用氮摻雜的納米二氧化鈦/二氧化硅改性溶膠配制的工作液整理棉織物，測試整理后棉織物的抗紫外性能和其它性能。結果表明，該棉織物在具有良好抗紫外性能的同時，還具有優良的自清潔性能。

2.2 納米材料用作抗菌整理劑

相較于傳統的紫外輻射殺菌和化學試劑氧化殺菌消毒法，部分納米微粒材料由于具有低生物毒性、耐久抗菌性、廣譜抗菌活性和不易生成消毒副產物等優點，因此逐漸成為紡織品抗菌整理領域的研究熱點[10]。其中納米微粒材料中研究較多的是納米銀、納米金和納米二氧化鈦等，這幾種材料均具有低毒性和良好的抗菌活性。根據其抗菌機理的不同，主要被分為納米載銀、金系和納米二氧化鈦光觸媒系。

Samayanan[11]等使用聚乙烯吡咯烷酮和納米氧化鋅復配整理液整理染色棉織物，實驗結果表明20 mg/L PVP/ZnO整理后的棉織物90 min對金黃色葡萄球菌的抑菌率達100%，具有良好的抗菌性能。

Shafei A El[12]等使用納米氧化鋅和羧甲基殼聚糖生物復合材料對棉織物進行整理，整理后棉織物對革蘭氏陽性和革蘭陰性菌均具有很好的抗菌性能，同時其還具有良好的防紫外線性能。

Hu[13]等將納米級氧化石墨烯分散液和大腸桿菌接觸2h后，結果發現該分散液對大腸桿菌的抑菌率可達90%以上，說明納米級氧化石墨烯對大腸桿菌細胞膜具有明顯的破壞作用。將納米級氧化石墨烯用作整理液整理織物，可使織物兼具優異的導電性能和抗菌性能。

2.3 納米材料用作抗靜電整理劑

由于納米微粒具有超導電性，在化纖聚合或紡絲過程中加入少量納米微粒或粉體，或在印染后整理工作液中加入少量納米微粒或粉體，所得紡絲纖維和整理后面料就會具有良好的抗靜電性。

張帆[14]等以Mg(NO3)2和NaCO3為原料，采用直接沉淀法制備納米MgO。利用以納米MgO復配成的抗靜電整理劑對棉和滌綸織物進行整理，整理后兩種織物均具有較好的抗靜電效果。

張開永[15]使用納米ZnO、AZO、ATO以及ATO包覆BaSO4四種納米金屬氧化物作為抗靜電腈綸的抗靜電劑。使用靜電紡絲制備了含有不同含量和不同種類的納米金屬氧化物改性腈綸纖維，通過該體積比電阻率測試，結果表明采用ATO作為抗靜電劑時有最低的纖維體積比電阻，并且該改性纖維具有優異的抗靜電效果。

2.4 納米材料用作抗皺整理劑

蘇州大學絲綢學院[16]研究發現在馬來酸酐的防皺整理中，使用納米TiO2代替傳統工藝中使用的過硫酸鉀(K2S2O8)和次亞磷酸鈉(NaH2PO2)來作為防皺整理的引發劑和催化劑后，在一定條件下能使馬來酸酐對真絲面料產生防皺整理效果，而且不會引起織物泛黃，同時白度和強力沒有明顯下降。

陳鎮[17]等使用納米防皺免燙整理劑NT-R518N對棉織物進行整理，分析了用量、焙烘溫度等工藝對整理后免燙效果的影響。結果表明，整理后織物具有良好的防皺免燙性能，并且該織物的手感和白度沒有明顯下降。

歐康康[18]等將不同粒徑尺寸的納米半硅氧烷（ POSS）添加到MA-IA體系的易護理整理液整理棉織物，實驗表明，納米微粒的加入能顯著提高該織物的斷裂強力，實驗發現在一定的質量濃度后整理工作液中添加固定質量分數的POSS，將該整理液整理液氨處理過的棉織物，整理后織物具有良好的易護理性能和其它力學性能。

2.5 納米材料在染整中的其他應用

由于某些納米微粒和材料的分散液是無色透明的，加之其對部分紫外線和紅外線具有優異的屏蔽作用，從而經納米微粒和材料工作液整理后的織物可以提高其耐曬牢度。

此外，采用納米技術合成的納米級乳液黏合劑與傳統乳液黏合劑相比，納米級乳液黏合劑整理后織物質量優良，色光、色牢度和手感等服用性能都較傳統黏合劑有著很大改善[19]。將納米級乳液黏合劑代替傳統黏合劑用于涂料染色的工藝當中，可改善織物的手感較差等缺點。將納米技術、納米級乳液黏合劑與涂料印花染色相結合，可對傳統的涂料染色工藝以及涂料染色后紡織品服用性能進行較大的改進。

鄭濤［20］等使用制備的納米涂料對滌棉混紡織物進行染色，并對無黏合劑體系的涂料進行直接浸染。結果表明，染色后的織物在具有良好的色牢度的同時還具有良好的手感。

利用納米材料的優異特性，許多具有多種功能的新型納米復合染整助劑被更多地開發利用起來。例如，納米二氧化鈦可作為光催化劑降解室內有機氣體污染物（如甲醛、甲苯等），起到環境凈化的作用，還可以用作抗皺整理劑和抗紫外整理劑［21］。但是，由于無機的納米微粒與紡織纖維之間沒有可以直接結合的鍵段或官能團，導致兩者化學親和力比較差，造成整理后的紡織品水洗牢度往往不夠好，因此選擇合適的交聯劑或黏合劑顯得十分必要。

3 展望

納米材料的使用可以取代一些常用的非環保型的抗紫外、抗菌等功能整理劑，以及減少染色時染料的使用，減少染液廢液的處理成本，加之獨特的理化性能，納米材料逐漸成為綠色染整技術的一大熱點。將納米材料和納米技術與傳統紡織印染行業相結合，促進印染行業的可持續發展，從而推動整個紡織行業的進步成為發展趨勢。