ナノ機(jī)能繊維及び織物の研究と展望

　　ナノファイバ及び織物は、繊維及び織物の分野におけるナノ粒子及びナノ技術(shù)の使用の略稱である。機(jī)能繊維及び織物一般的な繊維及び織物が持つ物理的機(jī)械的性能のほか、衛(wèi)生保健繊維及び織物、防護(hù)機(jī)能繊維及び織物、快適機(jī)能繊維及び織物などの特殊な機(jī)能を持つ新しい繊維及び織物を指し、ナノ技術(shù)とナノ材料の応用は機(jī)能繊維及び織物の開発に新たな道を開くだろう。

ナノ繊維は主に2つの概念を含む：1つは厳密な意味でのナノ繊維であり、それは徑方向にナノスケール、長(zhǎng)手方向にマクロサイズのナノ繊維であり、ポリエステル、ナイロン超微細(xì)繊維を主體とする「新合成繊維」は、化學(xué)繊維の品質(zhì)を大幅に向上させた。このような直徑ナノスケールのナノ繊維は、靜電紡糸、多成分複合紡糸法及び分子技術(shù)により製造することができる。もう1つの概念は、ナノ粒子を繊維に充填し、繊維を改質(zhì)したり、ナノ粒子を一定の方法で繊維に処理したりして、繊維にある機(jī)能を與えたりすることです。つまり、私たちの通常の意味でのナノ機(jī)能繊維であり、このような繊維の直徑は必ずしもナノメートル級(jí)ではありません。性能の異なるナノ粒子を用いて、難燃性、抗菌性、帯電防止、紫外線防止、電磁遮蔽防止などの機(jī)能性繊維及び織物を開発することができる。本文はこのような一般的な意味でのナノ機(jī)能繊維及び織物に重點(diǎn)を置いて討論する。

　　ナノ機(jī)能繊維及びナノ機(jī)能繊維の製造方法

特殊な機(jī)能を持つナノ材料が繊維ポリマー及び織物と複合すると、ナノ粒子は繊維及び織物中にナノサイズで分散してポリマーナノ複合材料を形成する。各種ナノ機(jī)能繊維及びナノ機(jī)能織物を製造することができる。一般的には製品の最終用途に応じて機(jī)能性ナノ粒子を選択することができ、これは新しい研究プラットフォームとなっている。

1.ナノ機(jī)能繊維の製造

ナノ粒子の粒徑が小さいため、伝統(tǒng)的な添加法による紡糸時(shí)に粒子を添加することによる紡糸液圧力の上昇を軽減することができ、斷頭率が高く、紡績(jī)性が悪く、紡績(jī)?cè)O(shè)備に摩耗する欠點(diǎn)がある。ナノ粒子の量子サイズ効果と表面効果は繊維內(nèi)部の生産による亀裂、気泡などの欠陥を著しく減少させ、高分子側(cè)鎖間、フィブリル間の結(jié)合を促進(jìn)することができる。いくらかナノ粒子繊維表面にナノサイズの幾何構(gòu)造を形成することができ、繊維の機(jī)能向上に役立つ。

ブレンド紡糸法は現(xiàn)在のナノ機(jī)能繊維の製造方法であり、すなわち繊維重合、溶融段階または紡糸段階にナノスケールを有する機(jī)能性材料を添加し、製造された化學(xué)繊維にある種の特殊な性能を持たせる。

2.ナノ機(jī)能織物の製造

ナノ機(jī)能織物は、ナノ機(jī)能繊維を用いて製造されるほか、ナノ粒子が有する特性を用いて織物を機(jī)能的に整理することもできる。

ナノ粒子を用いて織物を機(jī)能的に整理する方法は主に3種類ある：1つは吸収法であり、即ちナノ粒子を固體物質(zhì)として直接織物後整理剤に添加し、織物を配合された整理液に入れ、所定の溫度で一定時(shí)間浸漬し、ナノ粒子を後処理織物に均一に分散させ、それから織物を取り出して乾燥または熱処理を行う、2つ目は浸漬圧延法であり、ナノ粒子のマイクロエマルジョンと織物後整理剤を均一に混合した後、織物を整理液に浸漬し、その後ローラーを通じて余液を圧延し、1回浸漬1回圧延と稱し、1回繰り返してもよく、2回浸漬2圧延と稱し、整理液を機(jī)械力作用によって繊維に押し出し、その後乾燥または熱処理すること、3つ目はコーティング法であり、ナノ粒子を含む仕上げ剤を一定の接著剤の存在下で一定の粘度のコーティング液を作製し、それから織物表面に均一に塗布し、さらに一定の熱処理を経て、織物表面に機(jī)能性コーティングを形成させることを指す。しかし、機(jī)能性整理によるナノ機(jī)能織物の耐洗浄堅(jiān)牢度は相対的に悪く、機(jī)能は長(zhǎng)続きしない。{page_break}

　ナノ機(jī)能繊維及び織物の研究及び現(xiàn)狀

ここ十?dāng)?shù)年來(lái)、ナノ粒子は繊維及び紡績(jī)助剤として広く応用され、しかも多種のナノ粒子の複合、多種の繊維の添加、多種の機(jī)能複合の方向に急速に発展している。ナノ粒子を利用して開発された機(jī)能繊維や織物は種類が多く、市場(chǎng)でますます重要な地位を占めている。

1.抗菌機(jī)能

抗菌の目的は、繊維織物に病原菌を殺すか抑制する機(jī)能を持たせ、微生物が織物を通じて伝播するのを防ぎ、使用者を微生物から保護(hù)することである。殺菌機(jī)構(gòu)の違いによって、抗菌剤は以下の3種類に分けることができる：1つは無(wú)機(jī)抗菌剤、例えば：Ag、Cu、Zn、S、As、Ag+、Cu 2+など、第二に、光觸媒抗菌剤、例えば、ナノTiO 2、ナノZnO、ナノシリコン系酸化物など、第三に、光觸媒抗菌剤を擔(dān)體とし、銀、銅プラズマを吸著する。ナノ抗菌技術(shù)は紡績(jī)業(yè)界の応用分野で極めて広く、各種タイプの抗菌機(jī)能織物を開発することができる。下著、タオル、シーツ、キッチン用品などは、ホテル、病院、軍隊(duì)、工場(chǎng)などの各業(yè)界に応用され、人々の健康に対する要求を満たしている。

中國(guó)石化株式會(huì)社安慶支社（以下、安慶石化と略稱する）、東華大學(xué)及び中國(guó)紡績(jī)科學(xué)研究院の科學(xué)研究者たちは小試験、中試験と工業(yè)化試験を完成した後、安慶石化で「高活性ナノ抗菌アクリル繊維」の試作に成功し、そして中石化本部専門家委員會(huì)の鑑定を通過した。紡糸技術(shù)と紡糸條件を変更しない前提の下で、生産されたアクリル繊維は抗菌性能が良く、基本物性（力學(xué)機(jī)械性能、色合いなど）はアクリル繊維と織物に関する製品品質(zhì)基準(zhǔn)に合致している。上海市工業(yè)微生物研究所の検査によると、この繊維の織物は50回の洗浄後24 hの抗菌率は91.6%で、抗菌性が強(qiáng)く、染色性が良いという利點(diǎn)があり、國(guó)際的にリードしている。

2.紫外線防止機(jī)能

ナノ粒子の量子サイズ効果はある波長(zhǎng)の光吸収に対して「青方偏移現(xiàn)象」と「広化現(xiàn)象」を持つことができ、それによって紫外光の吸収を強(qiáng)化し、繊維と織物の紫外線遮蔽効果を保証した。研究によると、TiO 2、Fe 2 O 3、Al 2 O 3、SiO 2などのナノ粒子は300 ~ 400 nm帯で紫外線吸収能力が高く、タルク、カオリン、炭酸カルシウムなどのナノ粒子は良好な反射紫外線能力を持っている。通常、紫外線防止繊維にはいくつかの成分の複合ナノ粒子が含まれており、透明度が要求される紫外線防止衣料生地には、通常、ナノZnOとTiO 2粒子が添加される。紫外線防止生地は紫外線を遮ると同時(shí)に可視光と遠(yuǎn)赤外線にも一定の遮蔽作用を果たすことができる。紫外線防止製品はスポーツウェア、カジュアルウェア、シャツ、長(zhǎng)ズボンなどのアパレル製品だけでなく、カーテン、タープ、屋外で作業(yè)を行う作業(yè)服などにも適している。

天津工業(yè)大學(xué)は処理後のナノTiO 2紫外線防止整理剤を用いてUVAとUVB帯域の紫外線に対して良好な遮蔽作用を持ち、整理後の織物のUPF値の等級(jí)は「比較的良好な防護(hù)」から「非常に優(yōu)れた防護(hù)」に言及し、紫外線透過率は明らかに低下し、織物の紫外線防止性能は顕著に向上した。東華大學(xué)及び上海工程技術(shù)大學(xué)はナノTiO 2とZnO複合粉體を用いて繊維又は織物と結(jié)合し、織物表面の紫外線吸収、反射及び散亂作用を増加させ、その紫外線抵抗性能を改善した。

3.遠(yuǎn)赤外吸収、反射機(jī)能

人體は刻々と赤外線を放射し、同時(shí)に赤外線を吸収している。Al 2 O 3、TiO 2、SiO 2、Fe 2 O 3などのナノ粒子は、中赤外線に対して強(qiáng)い吸収性能を持っています。服裝生地にこれらの粒子が含まれている場(chǎng)合、外部から放出された中赤外線を効果的に吸収することができ、感度の高い中赤外線検出器に発見されず、それで作られた隠れ服裝で、著用者が夜間に隠れ身を?qū)g現(xiàn)できるようにすることができる。ZrOのようなナノ粒子の中には、外部エネルギーを効果的に吸収し、人體の生物波と同じ遠(yuǎn)赤外線を放射することができ、人體皮下組織の血流量を増加させ、血液循環(huán)を促進(jìn)することができるものもある。
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