一根羊毛的華麗變身

　　在國家自然科學(xué)基金的資助下，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所納米材料可控制備與應(yīng)用研究室研究員唐芳瓊領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)和香港理工大學(xué)紡織與成衣學(xué)系教授李翼所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的納米后整理技術(shù)，成功研制了具有耐洗性的“吸濕速干”型羊毛面料。

　　該研究成果已經(jīng)在德國化學(xué)會(huì)旗下《應(yīng)用化學(xué)》的姊妹刊《化學(xué)與可持續(xù)性、能源與材料》(Chemistry & Sustainability, Energy & Materials，簡稱ChemSusChem)雜志上發(fā)表。并申請(qǐng)國際發(fā)明專利。

　　鐵蛋兒從城里回村，說城里有一種機(jī)器，從這頭進(jìn)去，豬變成火腿腸，從那頭進(jìn)去，火腿腸變成豬。

　　這是相聲短劇《電梯門前》中的一個(gè)橋段。

　　同樣聽起來讓人難以置信的機(jī)器還有一臺(tái)：整匹的毛料從機(jī)器中“走”一遍，毛料就會(huì)在機(jī)器中進(jìn)行“納米修飾”，從而具有吸濕速干、易于排汗等諸多優(yōu)越性能。

　　前者只是個(gè)相聲包袱，而后者卻在科學(xué)家們的努力下，一步步接近現(xiàn)實(shí)。

　　紡織大國的技術(shù)挑戰(zhàn)

　　盡管中國是紡織大國，但國內(nèi)紡織業(yè)在新型面料設(shè)計(jì)與加工技術(shù)方面還要不斷努力。

　　以運(yùn)動(dòng)服裝為例，中國服裝網(wǎng)的資料顯示，中國運(yùn)動(dòng)裝市場增長最快，近年來商場中運(yùn)動(dòng)品牌的銷售是最好的。市場上普通運(yùn)動(dòng)品牌每年都可以輕松取得幾千萬的銷售業(yè)績。但我們耳熟能詳?shù)拇笃放埔廊豢窟M(jìn)口面料來吸引顧客。

　　人體皮膚和衣服之間有個(gè)微氣候環(huán)境，對(duì)運(yùn)動(dòng)服裝來說，如何盡可能地讓這個(gè)微氣候環(huán)境水汽含量降低，使人體表面的汗液能夠通過服裝迅速地?cái)U(kuò)散，蒸發(fā)到空氣中，而非繼續(xù)停留在皮膚上，并使服裝保持干爽，使人感覺舒適，一直是人們努力的目標(biāo)。

　　目前市場上的運(yùn)動(dòng)品牌多采用拒水性化學(xué)纖維，尤其是聚酯類、丙綸等，這類化纖面料之所以能夠吸濕排汗，主要在于它吸收汗液后，汗液的擴(kuò)散速度快，并在織物的另一側(cè)可以迅速蒸發(fā)掉。

　　在天然纖維中，棉、羊毛膚感舒適，綠色健康。尤其是羊毛纖維，因其質(zhì)輕、柔軟、保暖等優(yōu)良品質(zhì)成為了一種理想的成衣材料。

　　棉纖維吸濕性能雖然非常好，它的放濕速度卻很慢，對(duì)汗液的擴(kuò)散速度也慢，使得汗液容易集中。人一旦大量出汗，棉纖維汗吸后濕感嚴(yán)重，黏在身上比較難受。羊毛纖維表面的鱗片層結(jié)構(gòu)使羊毛織物天然疏水，阻礙了羊毛織物的吸水能力，導(dǎo)致吸濕排汗速率低，在人體大量運(yùn)動(dòng)后極易讓人感到悶熱不舒適。

　　“因此，研發(fā)‘吸濕速干’的羊毛面料一直是這一領(lǐng)域的熱門研究課題。”中科院理化技術(shù)研究所納米材料可控制備與應(yīng)用研究室研究員唐芳瓊說。

　　功能性和舒適性主張

　　“人們對(duì)衣物功能性和舒適性要求一定會(huì)越來越高。而且，舒適性也會(huì)逐漸成為人們購買衣服時(shí)首先要考慮的因素。”唐芳瓊說。

　　隨著生活水平的提高，一系列新面料應(yīng)運(yùn)而生。杜邦公司高彈性的萊卡纖維、防水透氣面料EXOTHERM功能面料的成功，顯示了功能性面料在增加產(chǎn)品價(jià)值，滿足消費(fèi)需求方面的巨大力量。

　　納米技術(shù)的興起，對(duì)紡織領(lǐng)域的變革也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。近年來，抗菌、除臭、防紫外、自清潔等功能性納米紡織面料引起了人們的廣泛關(guān)注。除了新奇的功能性，運(yùn)用納米技術(shù)，研制“吸濕速干”型織物，提高織物的穿著舒適性同樣有著十分重大的意義。

　　去年，唐芳瓊團(tuán)隊(duì)和香港理工大學(xué)紡織與成衣學(xué)系教授李翼所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)合作，研發(fā)了一種獨(dú)特的納米后整理技術(shù)，成功研制了具有耐洗性的“吸濕速干”型羊毛面料。該團(tuán)隊(duì)曾在羊毛纖維表面包覆上由球形二氧化硅組成的納米薄層，構(gòu)建了具有超親水性的羊毛織物，并對(duì)納米技術(shù)改性羊毛纖維親疏水性的機(jī)理進(jìn)行了探討。

　　但納米功能面料在實(shí)際應(yīng)用中還面臨一大難題，即納米技術(shù)所賦予織物的新功能不能持久保持，如耐洗性不夠，經(jīng)過洗滌后，尤其是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫南匆聶C(jī)洗滌方式，其特殊功能會(huì)部分或全部消失。

　　羊毛上“長”出新特性{page_break}

　　“以前納米功能面料制備方法是把納米材料做成助劑，然后將其涂在布料上，納米顆粒靠靜電的作用吸附在面料上，這種方式很不牢固。有些功能特性就保持不住，洗幾次就洗掉了。”唐芳瓊說，“我們最開始就是想解決耐久性和牢固度的問題。”

　　在前期研究的基礎(chǔ)之上，該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，利用表面接枝和原位生長的策略，對(duì)羊毛纖維表面的氨基、羧基等基團(tuán)做單分子層的修飾，這些化學(xué)修飾后的基團(tuán)能夠和納米二氧化硅顆粒牢固地結(jié)合在一起，在羊毛纖維表面原位生長出直徑為20納米的二氧化硅納米薄層。

　　該課題組成員曾到中國紡織科學(xué)研究院，對(duì)這種“原位生長”出二氧化硅納米薄層的羊毛織物進(jìn)行測(cè)試。在參照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)后證明，它滿足了“吸濕速干”型功能面料的各項(xiàng)指標(biāo)，具有膚感舒適、快速排汗的功能。

　　用這種方法處理過的布料，經(jīng)洗衣機(jī)洗20次之后，其“吸濕速干”特性仍能很好得到保持，解決了目前納米功能面料耐洗性不夠的難題。

　　因?yàn)?ldquo;生長”出的納米層很薄，經(jīng)處理過的布料重量增加不到原來的千分之一。“因此，附加的成本較小。而且，原位生長策略大大精簡了制備的步驟，為大規(guī)模構(gòu)建納米功能面料提供了新的思路。”唐芳瓊說。

　　“我們主要作納米材料的研究，一直想走出實(shí)驗(yàn)室，將納米技術(shù)實(shí)用化。在和香港理工大學(xué)的合作中，我們初步的想法是發(fā)明一種制備納米材料的機(jī)器，讓布料在里面‘走’一遍，納米材料就能直接生長在布料上。”唐芳瓊說，“目前正和江蘇一家紡織企業(yè)合作，準(zhǔn)備在羊毛沒紡織成面料前，先在羊毛上進(jìn)行加工處理，從而改善羊毛纖維的品質(zhì)。”

　　據(jù)介紹，給布料染色常用的濕染法，要將布料放在顏料中浸泡，然后加溫到攝氏90度以上，經(jīng)過30分鐘后拿出來干燥，洗掉浮色，再烘干，整個(gè)過程要1個(gè)多小時(shí)。而表面接枝和原位生長制備納米層也有一個(gè)過程，也要經(jīng)過浸泡、干燥，然后放在納米溶液里生長顆粒，然后再烘干。從開始到“長”出納米層，大概要兩三個(gè)小時(shí)。這一過程正好可以和紡織品的染整過程結(jié)合在一起，同時(shí)進(jìn)行。

　　“布料上‘長’出的納米層具有‘吸濕速干’的功能，布料就易于排汗。我們?cè)鴮⒍趸伜投趸杞Y(jié)合在一起，從而制備出具有自清潔和抗菌作用的功能性面料。理論上，如果讓其‘長’上阻燃、防水、防寒、抗紫紅外線等功能的納米層，布料就具有相應(yīng)的功能。”唐芳瓊說。