浅谈纳米材料在纺织品中的应用

品质管理

　　□ 刘 阳 唐晓萍 习再娟 苗其来 张 磊

　　纺织品行业已成为我国第二大出口创汇支柱产业，目前该行业主要以量取胜，只有不断开发新产品，提高产品的档次和功能，才能获得持续稳定的发展。而科技的进步始终是全球纺织服装产业升级的根本动力，纳米技术为纺织服装产业注入了新的活力。
　　纳米是一个长度计量单位，1纳米（μm）等于10亿分之一米，纳米粒子一般是指粒径在0.1~100μm之间的微粒。纳米粒子可通过光学、催化、化学反应、磁性、熔点、蒸汽压、相变温度、超导等许多方面显示出特殊的性质，应用在纺织品中更显示出重要的价值。目前，纳米材料在纺织品的应用主要集中在：抗菌、抗静电、红外、紫外光吸收等功能性方面。
　　功能性纺织品一般是指超出传统意义上纺织产品的保暖、遮盖和美化功能之外的具有其他特殊功能的纺织品。随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，功能性纺织品的应用领域已逐渐渗透到国民经济各个领域，呈现出越来越广阔的发展空间，而且其性能也已不仅仅局限于某种单一功能，而是向着多功能、高功能、复合功能的方向发展。
　　根据纺织品的功能不同，功能性纺织品通常可以分为四大类：物理型功能纺织品、化学型功能纺织品、物质分离型功能纺织品和生物适应型功能纺织品等。

　　若按其使用性能和用途，功能性纺织品又可大致分为以下几类：
　　1.整理型纺织品：如将棉、毛、丝、麻等常规织物通过防水、防皱、防污或抗静电、防腐防霉等整理，从而具备上述功能的纺织品。
　　2.防护型功能纺织品：如具有抗紫外线、防辐射、阻燃、耐高温、隔热、隔声等防护功能的纺织品。
　　3.适感型纺织品：具有超舒适、超柔软、快干、透湿、高弹性等功能的纺织品。
　　4.卫生保健型纺织品：具有抑菌、抗菌、远红外发射、负离子释放等医疗保健功能的纺织品。
　　5.智能型纺织品：如舒适可呼吸的能调节人体局部温度的织物、相变调温织物、可信号响应变色的织物、生命保健系统织物、仿生运动织物。
　　纳米材料由于表面效应、量子尺寸和体积效应等特性使得材料电学、力学、电磁学、光学等性能产生了巨大的变化。利用纳米技术，人们不断开发具有高性能（高强度、高模量、耐高温）、高功能（渗湿防水性、抗静电性及导电性、离子交换性、抗菌性、生物相容性等）的新型化学纤维，由此制成的多功能、高附加值的功能性纳米纺织品，有着巨大的经济和社会效益。
　　目前，用纳米技术开发功能性纺织品主要有以下3个途径：⑴纤维超细化使之达到纳米级以满足特殊用途领域的需要，如超细化纤维用作复合材料的增强材料；⑵利用纳米材料对传统材料进行改性，如湿法纺丝中的溶液共混，即将纳米粒子加入溶解后的高聚物中搅拌均匀，发生聚合反应后再进行纺丝加工；在融纺中把纳米粒子均匀分散在熔融的聚合物中制备功能性纤维；⑶对纤维进行纳米后整理使其功能化。

　　其主要应用有：
　　1.抗紫外纤维。太阳能对人体有伤害的紫外线主要在200~400nm波段，纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米Fe2O3和纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特征，将少量纳米微粒添加到化学纤维中，就会产生吸收紫外线现象从而可以有效保护人体免受紫外线的损伤。现阶段使用的大多数抗紫外线功能添加剂主要成分是纳米TiO2、纳米ZnO以及其他化学助剂。
　　2.抗静电纤维。在化纤制品中加入少量纳米微粒如将0.1%~0.5%的纳米TiO2、纳米Cr2O3、纳米ZnO、纳米Fe2O3等具有半导体性质的粉体接入到树脂中，就会产生良好的静电屏蔽性能，使静电效应大大降低，可提高安全系数。
　　3.抗电磁波辐射纤维。随着微波通讯和信息技术的发展，电磁辐射对人体健康造成了巨大威胁，在化纤加工过程中，可加入一些纳米微粒如纳米Fe2O3、纳米NiO等，制成抗电磁波辐射纤维，能强烈吸收电磁辐射，从而对人体起到防护作用。
　　4.远红外功能纤维。纳米Al2O3、TiO2、SiO2和Fe2O3等的复合粉体与高分子纤维结合，对中红外波段有很强的吸收性能，可用于研制作战服。有些纳米微粒如氧化锆，能有效吸收外界能量并辐射与人体生物波相同的远红外线，具有保温、抑菌和促进血液循环、增强免疫力等卫生保健功能。
　　5.抗菌、抑菌、除臭型化纤织物。纳米TiO2作为主要的抗菌、防臭剂被广泛应用于纺织纤维中。它主要是基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌、防臭效果的。另外一些金属粒子如纳米Ag、Cu、Fe等，可通过其释放出的微量金属离子与带负电荷的菌体蛋白质结合而使细菌变形或沉淀，从而达到杀菌效果。
　　6.阻燃织物。纺织纤维多数通过添加型阻燃剂或反应型阻燃剂对原材料进行前处理，使其具有阻燃性能。纳米粒子主要是作阻燃添加剂和灭火剂，如超细五氧化二锑、超细氧化锑母粒、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、钼化合物以及锡化合物等无机阻燃剂。这些材料在火焰中分解、汽化，产生游离基，这些纳米材料产生的游离基与燃烧物产生的游离基相互作用，从而终止链反应，达到阻燃的目的。
　　7.其他纤维。除上述应用之外，纳米材料在功能纺织品中的其他应用主要有：智能纤维、磁性纤维、荧光防伪纤维和再生纤维等。
　　纳米纺织品因其表现的优越性能受到了研究者和企业的青睐，据统计数据表明，产业用纳米纺织品不仅能够满足国内需求，逐步替代进口产品，而且出口种类日渐丰富。2010年纳米纺织品出口额比2005年增加了近2倍。2010年纳米纺织品增加值比2009年增长11.6%，主要纳米纺织品产量增速较2009年加快。2012年仍在持续增长，未来5年，中国纺织工业在“十二五”纺织科技发展规划中，提出了纺织行业科技进步的七项重点任务，前3项都是重视新材料的研发和制造，而且“十二五”规划内容显示，中国大陆纺织业将持续以每年8%的速度增长。
　　（本栏责任编辑 李 健）

《中国检验检疫》2013年10月刊
中国质量新闻网