納米材料提高紡織品功能性的應(yīng)用淺析

丁 帥 王中珍 楊 琳 李 政

1.山東省紡織科學(xué)研究院(中國)

2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國)

納米技術(shù)是一項(xiàng)基于多種其他先進(jìn)技術(shù)的新科技，其研究的材料的結(jié)構(gòu)尺寸通常為0.1～100 nm，介于單原子與分子級別之間。因特殊的微小結(jié)構(gòu)，納米材料在具有材料原有特性的同時(shí)，還具有新的特性，因此納米材料與納米技術(shù)具有廣闊的研發(fā)前景。

關(guān)于納米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用，目前已有很多研究，并取得了很多有價(jià)值的研究成果。如，納米材料可吸收紅外線和可見光，具備良好的韌性和高強(qiáng)度，具有導(dǎo)電功能和靜電屏蔽功能，以及較強(qiáng)的吸附能力和抗菌除臭功能。本文主要討論納米材料在紡織品防水、抗紫外線及抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 抗紫外線技術(shù)

避免日光對紡織品傷害最有效的方式是減少其暴露在日光下的時(shí)間，但日常生活中，這顯然缺乏實(shí)際意義。穿戴具有抗紫外線功能的服飾或配件，對避免人體受日光傷害非常有效。抗紫外線紡織品種類繁多，除服裝外，還包括帽子、鞋子和遮陽傘等。

研究表明，未經(jīng)印染的棉布、亞麻布、絲綢，以及黏膠等化學(xué)纖維織物幾乎沒有防紫外線作用，需采用添加劑對其進(jìn)行處理，才能賦予織物一定的抗紫外線功能。目前最常用的添加劑是消光劑染料和納米二氧化鈦的復(fù)合產(chǎn)品[1]。經(jīng)這種添加劑處理后，紡織品能很好地抵抗紫外線的作用。工藝上可采用納米二氧化鈦對制備織物的纖維進(jìn)行浸漬處理，獲得抗紫外線效果持久的紡織品。也可直接對織物進(jìn)行抗紫外線染整處理。納米紫外線吸收劑為一種無色載色體復(fù)合物，對波長為(290±400)nm的紫外線光束帶具有很好的吸收作用[2]。

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，一些納米材料涂層處理對提高織物的抗紫外線功能效果顯著，常用的涂層添加劑為納米氧化鋅和納米二氧化鈦[3]。納米氧化鋅可在紫外光感范圍內(nèi)，吸收肉眼看不見的紫外光，同時(shí)發(fā)射出肉眼可見的藍(lán)紫色熒光，增強(qiáng)織物的白色感。這類添加劑在吸收紫外線輻射的同時(shí)，還可提高織物的抗紫外線性能和色牢度性能。

2 抗菌功能

一些金屬粒子和金屬復(fù)合物具有一定的抗菌功能，其中，納米銀在織物的抗菌領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。采用納米金屬粒子賦予紡織品抗菌功能的具體方法是將納米抗菌材料混入纖維中，再織制成紡織品。含納米銀的紡織品的抗菌機(jī)理：納米銀材料使空氣或水中的一部分氧元素轉(zhuǎn)化成活性氧，進(jìn)而消滅有機(jī)物質(zhì)、殺滅細(xì)菌。納米材料表面原子數(shù)增多，可提升活性氧的轉(zhuǎn)化。納米銀可以直接作用于細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)上，破壞蛋白質(zhì)與氧代謝酶的結(jié)合，從而阻止細(xì)菌對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻斷細(xì)菌生長的目的。

納米銀可在紡織品表面與其發(fā)生反應(yīng)，形成特有的環(huán)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而使織物具有持久抗菌的特點(diǎn)。納米銀作用于細(xì)胞膜后，其銀離子還可從殺死的菌體中游離出來，繼續(xù)發(fā)揮抗菌使用，因此納米銀的抗菌性能具有重復(fù)性。

3 防水功能

采用具有超級疏水性能的納米二氧化硅對棉織物表面進(jìn)行涂層處理，可獲得具有持續(xù)防水效果的棉織物，這種涂層處理常通過低溫凝膠工藝實(shí)現(xiàn)。納米二氧化硅涂層符合環(huán)保要求，在日用紡織品等材料領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)固體織物表面張力大于或等于液體的表面張力時(shí)，液體將浸濕織物。反之，織物將具有防水作用。織物的防水處理即基于這一原理。棉織物原本不具有防水性，但若對其進(jìn)行納米碳氟化合物處理，織物的防水性將發(fā)生顯著的改變。經(jīng)納米碳氟化合物處理后，棉織物表面張力小于水表面張力，具有防水功能。

納米碳氟化合物通常是在纖維周圍形成一層薄膜，從而降低織物的表面張力。常用的納米碳氟化合物為一種納米全氟烴基丙烯酸酯復(fù)合物，其基本結(jié)構(gòu)與丙烯酸樹脂非常接近。現(xiàn)代工業(yè)中織物的防水處理使用較多的處理劑是石蠟、硅樹脂和碳氟化合物。相對而言，基于納米碳氟化合物處理的產(chǎn)品具有更好的抗油、抗水性能，能顯著提高織物的防水性能和可持續(xù)性能[4]。

納米碳氟化合物涂層是一種非常有效的織物表面防水處理方式。在織物防水處理過程中，這種方法具有很好的連續(xù)性和表面處理完整性。將一種材料附著在另一種材料表面時(shí)，若這兩種材料的物理性能類似，兩者將可緊密結(jié)合。具有疏水性的碳氟化合物可很好地附著在黏膠等合成纖維織物表面，但將其應(yīng)用于棉織物時(shí)，可持續(xù)性不佳，若采用納米級的涂層，則可很好地解決這個(gè)問題。納米碳氟化合物具有許多微小的突起(圖1)，其可通過這些突起牢牢附著在棉織物表面，達(dá)到與碳氟化合物附著在黏膠織物表面相同的效果。織物的清洗過程中，液體或半固體滾過織物表面時(shí)，可帶走塵埃和油脂。因此，經(jīng)納米碳氟處理的織物具有防水、防油和防塵特性，深受消費(fèi)者青睞。由于這些微小突起的尺寸為納米級，因此其不影響織物的手感或透氣性，且織物經(jīng)50次清洗后仍不變形。

圖1 納米碳氟化合物表面微小突起示意圖

4 結(jié)語

納米材料因其特殊的微小結(jié)構(gòu)而具有很多新的特性，其在紡織工業(yè)中應(yīng)用廣泛。如，納米碳氟化合物涂層具有良好的防水作用，納米銀具有良好的抗菌作用，納米氧化鋅具有良好的抗紫外線功能。納米材料的應(yīng)用不僅方便了人們的日常生活，而且促進(jìn)了紡織行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

納米科技席卷全球，未來紡織業(yè)納米科技的發(fā)展將主要體現(xiàn)在兩方面：升級現(xiàn)有的產(chǎn)品功能與開拓發(fā)展新的納米紡織材料。紡織品與不同的納米粒子結(jié)合后，將具有不同的特性，這為納米材料在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。