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最全总结!纺织品行业中的功能性纳米材料都有哪些?

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2020-06-09浏览量:

      根据纳米材料在纺织工业中“多种纤维添加、多种粉体复配、多种功能复合”的趋势,将纳米材料与传统涂料结合后,利用纳米材料自身的优异特性可以显著改善涂料的性能,研发出各种类型的功能性涂料,诸如防紫外线织物,防水织物,抗菌无异味织物,抗皱棉织物,远红外保健纤维,抗静电纤维,抗电磁波辐射纤维,阻燃纤维。

      纳米粒子的加入对纺织品性能的改善主要体现在以下3个方面。
1. 流变性能的改善。由于涂料的流变性与填料的粒径之间存在着一定关系,可以通过改变添加的纳米填料的粒径大小来改善涂料的流变性,从而改善纳米涂料的印花均匀性。
2. 耐候性和耐老化性能的改善。SiO2、ZnO、TiO2等纳米粒子都对紫外线有较好的吸收性,将这些粒子填充于涂料中,可以显著提高涂料的紫外线吸收性能,从而增强涂料的耐候性及耐老化性能,延长涂料的使用寿命。
3. 力学性能的改善。纳米粒子具有较大的比表面积,因而与有机树脂基质间存在良好的界面结合力,纳米粒子的加入可以显著提高涂料成膜后的强度、硬度、耐磨以及耐刮伤等力学性能。 

      纳米粒子的加入可以提升传统涂料的性能或制备出新的功能性纳米涂料,目前对纳米涂料的研究侧重点主要在后者。
1. 纳米抗菌涂料
      抗菌始终是人们美化生活、保障健康的重要任务,纳米科技尤其是用来实现这一目标的工具之一。通常所说的抗菌,包括了抑制、杀灭、消除细菌分泌的毒素以及预防等内容。在形形色色的菌种中,我们一般选定大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌和黑曲霉菌作为检测抗菌效果的代表菌种。在多种的抗菌方法中,采用抗菌剂是应用行业广、适应菌种量大、简便易行且高效的方法,适用于抗菌材料的大批量生产。当前应用最广泛的无机抗菌剂包括纳米银,纳米铜,锐钛型纳米TIO2,纳米ZNO,纳米CUO,纳米CU2O,等等。
      Ag+可强烈吸引细菌体内酶蛋白的巯基,并迅速结合,使以此为必要基的酶丧失活性,致使细菌死亡。当菌体被灭杀后,Ag+又游离出来,与其它菌落接触,进行新一轮灭杀,周而复始。据测定:当水中含银离子为0。05mg/L时,就能完全灭杀大肠杆菌等繁殖菌,并可保持在长达90d内不再有新的菌丛繁衍。
      纳米ZnO在光照条件下,可分解形成电子-空穴对,结合空气中的氧气或水分产生活性氧和自由基,能够杀死大多数细菌和病毒。纳米级氧化锌本身就是一种医用抗菌剂,又兼有屏蔽紫外线波长范围宽的特性。
      目前应用较为成熟的纳米抗菌涂料还有一个是纳米TiO2涂料,其抗菌机理是利用的纳米TiO2光催化氧化特性所产生的具有高反应活性的活性氧和自由基,来杀灭或抑制微生物的生长,从而达到抗菌的效果。徐瑞芬等将经表面处理后的纳米TiO2分散到苯-丙乳液中制备得到抗菌涂料并进行抗菌效果测试,结果表明该抗菌涂料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢菌等的杀灭率均达到99%以上,具有极强的杀菌作用和持久的抗菌效果。经确认,光催化剂能够将细菌及其残骸一起灭杀,消除,同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉,光催化剂能有效灭杀的菌类有:大肠菌,绿脓菌,黄球菌等。
      在织物上应用银纳米粒子,防止因微生物活动而产生的难闻气味。许多公司使用涂有银纳米粒子的织物来开发无气味服装,如长袜、袜子和内衣。韩国的Hyosung公司开发了含有银纳米粒子的尼龙纤维,这种纤维可以减少几种有害细菌的99.9%生长。

2。 隔热降温纳米涂料 

      隔热纺织品可以有效缓解人们长时间处于阳光持续照射或高温环境中时所产生的不适感,对人体形成较好的防护作用。采用纳米隔热涂料对纺织品进行涂层整理,是制备隔热纺织品最常用的方法,功能性纳米涂料可以有效地提高纺织品的隔热降温性能。 

      应用案例:李明珠等以溶剂型PA和PU胶作为成膜组分,纳米TiO2、相变微胶囊等作为功能填料,加入分散剂、消泡剂后制得纳米复合涂料。用该纳米复合涂料对织物进行涂层整理,得到的隔热织物经模拟夏季阳光照射120min,织物布面下的平均温度维持在23~26℃,最大温差达23℃,满足应用要求。

3. 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。


4. 纳米防水涂料 
      防水面料的制备通常是在面料表面添加防水涂层,利用该涂层优异的防水特性赋予织物防水功能,但是传统防水涂料制得的涂层面料的防水性能不够稳定且耐久性较差。若面料长期处于潮湿的气候环境(如长时间的雨天户外行走)时,则保证面料优良且持久的防水性能就显得十分重要,纳米材料与涂料的结合使得防水涂料在防水性能及耐久性方面均有一定程度的改善。
      应用案例:仇伟等以室温硫化硅橡胶作为成膜树脂,向其中添加纳米SiO2,室温条件下制备出了超疏水涂层并对其表面形貌和疏水性进行了分析。结果表明,涂层表面具有类似荷叶的微纳复合结构,其水滴静态接触角可达165°,滚动角仅为3.8°,体现出了优良的防水性能,同时还具有明显的防覆冰效果。

5. 反射红外线(含抗红外线)型化纤
      具有这一些列功能的化纤产品,其应用领域涉及到夏秋季服装,劳动防护用品,遮阳伞类旅游用品,仓储类临时性建筑用材料,装饰用布等多个行业门类。根据应用的化纤品种和性能要求的不同,这种远红外陶瓷粉通常包括AL2O3,MGO,SIO2,ZNO,SB2O3等。
      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。有些纳米粒子如氧化锆ZRO2,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。

6. 导电型化纤
      在现代工业应用领域中,可消除静电的多种导电纤维中,性能较好的当属以SNO2,AZO,ZNO,TIO2等白色粉体材料为导电物质的白色导电化纤,和以碳材料为导电物质的黑色导电化纤。其中纳米碳管可用于制作各种纺织新材料和织物,如导电或抗静电纤维及功能织物,高强高模材料等等。另外,纳米碳管还具有良好的吸收波的特性,用它制作的织物,具有比一般吸收材料高很多的光吸收率,可用于制作特殊用途的吸波防反射织物等等。
      但是由于碳系材料呈现黑色,不适合于浅色纺织品,故其应用受到限制。新型的纳米级导电粉ATO氧化锡锑,具有优异的导电性和透明性,且不受气候和使用环境的限制,具有广阔的应用前景。

7. 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,可加入一些纳米粒子如纳米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。


功能纺织品因其表现的优越性能受到了研究者和企业的青睐,随着功能纺织品的一个利好发展,也给纳米粉体制备相关技术一个全新的机遇。

纳米材料在纺织上的应用方式主要有以下两种:
一是通过纤维改性功能化来实现。利用化纤改性技术,将纳米材料作为添加剂来对纤维实现改性,制备功能化纤维/纳米材料复合纤维。如湿粉纺丝中的溶液共混,就是在将高聚物经适当的溶剂溶解后,将纳米粒子加入其中,充分搅拌均匀,然后进行纺丝加工,而融纺则是将纳米粒子加入到熔融的聚合物中,制备功能化纤维,此种方法就是利用了纳米粒子的热稳定性,但要求其对于聚合物有良好的分散性及相容性。

二是通过后期整理技术对织物进行功能化整理。尤其是对于天然纤维来说,此法主要是指涂层发和浸渍法,涂层技术是后期整理中常用的一种技术,它是将纳米粒子加入到涂层剂中,然后将其在织物表面进行精细涂层,经烘干和一些必要的处理,在织物表面形成一种功能性的涂层,从而达到特殊的功能。浸渍技术是将纳米粒子的乳胶和其他整理剂混合均匀后, 将织物进入其中而获得特殊功能的。

总之,纳米粒子如何与纺织品实现更好的结合,主要是解决好如何使其均匀分布在纺织品或纤维中,如何使其与纤维高分子,织物形成良好的牢固的结合这两个问题,从而保证产品质量的稳定性,耐久性和均匀性。

举例:利用纳米ATO粉体对织物进行功能性整理。结果表明:纳米ATO功能性整理最优工艺条件为:抗静电剂质量分数6%,黏合剂质量分数3%,浸泡时间30 min,烘干温度80 ℃。最优功能性整理工艺整理后,纳米ATO粉体均匀地分布在织物表面;同时织物经过50次水洗后,其抗静电效果仍然远远优于未整理前。 


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