纳米技术和纳米材料在纤维中应用

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1、纳米技术和纳米材料在纤维中应用　　摘要：本文介绍了纳米技术在化学纤维中的应用方式，并阐述了纳米技术在功能性纤维和其他特种纤维中的应用情况，以及纳米材料在应用中存在的问题及解决方法，最后展望了纳米技术的应用前景。关键词：纳米技术；纳米材料；功能性纤维；特种纤维近年来，纳米技术与纳米材料正引起人们的极大关注。纳米材料凭借其内部所特有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等四大效应，从而拥有完全不同于常规材料的奇特的力学性能、光学性能、热力性能、磁学性能、催化性能和生物活性等性能。这些都为纳米材料在纺织工业的应用奠定了

2、基础。可以说，纳米材料是21世纪最有前途的材料，在功能性纺织品和高分子科学领域有着广阔的应用前景。[1]1纳米技术在化学纤维中的应用方式纳米粒子的奇特性质为纳米技术的广泛应用奠定了基础，应用纳米技术开发功能性化学纤维主要有两个途径[2]。1.1纤维超细化使纤维达到纳米级，以满足特殊用途领域的需要。1.2共混纺丝法11共混纺丝法是指在化纤聚合、熔融阶段或纺丝阶段加入功能性纳米材料粉体，以使生产出的化学纤维具有某些特殊的性能。此法是生产功能性化纤的主要方法。由于纳米粉体的表面效应，其化学活性高，经过分散处理后，容易与高分子材料相结

3、合，较普通微粉体更容易共熔混纺；而且纳米粉体粒径小，能较好地满足纺丝设备对添加物粒径的要求，在化纤生产过程中能较好地避免对设备的磨损、堵塞及纤维可纺性差、易断丝等问题；对化纤的染色、后整理加工及服用性能等也不会造成很大的影响。该法的优点在于纳米粉体均匀地分散在纤维内部，因而耐久性好，其赋予织物的功能具有稳定性。目前化纤产品中复合型纤维的比例不断扩大，如果在不同的原液中添加不同的纳米粉体，可开发出具有多种功能的纺织品。例如在芯鞘型复合纤维的皮、芯层原液中各自加入不同的粉体材料，生产出的纤维可具有两种或两种以上功能。2纳米技术在功

4、能性纤维方面的应用2.1抗紫外线纤维太阳光中能穿过大气层辐射到地面的紫外线占总能量的6%。紫外线具有灭菌消毒和促进体内维生素D合成的作用，但同时也有加速人体皮肤老化及产生癌变的危险[3-5]。2.1.1抗紫外线纤维的紫外防护机理紫外线属于电磁波，其波长范围在100nm～400nm11之间。研究表明，TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、云母、高岭土等在300nm～400nm波段都具有吸收紫外线的特征。若将这些材料制成纳米级超细粉体，由于微粒尺寸与光波波长相当或更小，这种小尺寸效应会导致对光的吸收显著增强。另外，这

5、类超细粉体的比表面积大，表面能高，在与高分子材料共混时，很容易与后者结合，加之化纤纺丝设备对共混材料粒度的要求，决定了纳米粒子是制造功能性化纤的优选添加材料。2.1.2抗紫外线纤维的应用此类化纤包括的品种面很广，从国内外研制和生产的品种来看，涉及涤纶、维纶、腈纶、尼龙和丙纶等；加工方法有尼龙、聚氨酯混纺、尼龙、醋酸纤维混纺等。主要用来制作运动衫、罩衫、制服、套裤、职业服、游泳衣和童装等。在我国大多数地区，人们夏季穿着服装单薄，这就需要利用纳米粒子的抗紫外线功能来开发各种化纤产品，以满足妇女、老人、儿童、野外工作者和高温岗位工人

6、的需要。2.2抗菌除臭纤维通常所说的抗菌包括抑制、杀灭、消除细菌分泌的毒素以及预防等功能。抗菌化纤的除臭功能表现在：保健方面：防止皮肤感染，消除病菌分泌的毒素和将汗液等转化为臭味物质的细菌；美学方面：除去令人不愉快的臭味[6-8]。2.2.1抗菌除臭纤维的抗菌除臭机理11纳米级TiO2、ZnO等光催化型杀菌剂，表现出超过传统抗菌剂仅能杀灭细菌本身的性能。其杀菌机理为：纳米级TiO2、ZnO等抗菌剂能在水分和空气存在的情况下，自行分解出自由移动的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+），逐步产生反应，生成的羟基自由基和超氧化物

7、阴离子自由基非常活泼，有极强的化学活性，能与多种有机物发生反应（包括细菌内的有机物及其分泌的毒素），从而将细菌、残骸和毒素杀灭、消除。纳米级TiO2、ZnO的除臭机理主要有以下两种：①吸附臭味。超细ZnO的比表面积大、孔容大，可以吸附多种含硫臭体。②氧化分解。TiO2、ZnO等物质在H2O、O2体系中可发生光催化反应，产生的超氧化物阴离子自由基能与多种臭体反应，从而更彻底地消除臭味。2.2.2抗菌除臭纤维的应用日本在抗菌防臭功能纤维上开发较多。最近，日本石玻璃公司开发了一种含活性玻璃粒子的抗菌防臭功能纤维。这是一种含有银粒子的

8、溶解性玻璃微粉，粒径在50nm以下。这种纤维在毒性、稳定性、持久性和抑制细菌抗药性等方面的表现较为优良。在使用过程中，一旦接触到水分，纤维内部的溶解性玻璃粒子就会缓慢释放出银离子，它能在几小时到几年的时间内以特定的速度释放，阻碍细菌繁殖，显示出优良的抗菌性。日本帝人公司生产的