納米功能纖維及紡織品的研究與展望

　　紡織品是指除一般纖維及紡織品所具有的物理機械性能以外，還具有某種特殊功能的新型纖維及紡織品，如衛生保健纖維及紡織品、防護功能纖維及紡織品、舒適功能纖維及紡織品等，納米技術和納米材料的應用將為開發功能纖維及紡織品開辟一條新道路。

　　納米纖維主要包括兩個概念：一是嚴格意義上的納米纖維，它在徑向方向為納米尺度、長度方向為宏觀尺寸的納米纖維，以滌綸、錦綸超細纖維為主體的“新合成纖維”，使化學纖維的品質得到了大幅提高。這種直徑為納米級的納米纖維可以通過靜電紡絲、多組分復合紡絲法以及分子技術來制備。另一概念是將納米粒子填充到纖維中，對纖維進行改性，或是將納米粒子采用一定的方法處理到纖維上，賦予纖維某種功能，也就是我們通常意義上的納米功能纖維，這類纖維的直徑不一定是納米級。采用性能不同的納米粒子,可開發阻燃、抗菌、抗靜電、防紫外線、抗電磁屏蔽等功能性纖維及紡織品。本文將重點討論該類通常意義上的納米功能纖維及紡織品。

　　納米功能纖維及納米功能紡織品的生產方法

　　具有特殊功能的納米材料與纖維聚合物及紡織品復合后，納米粒子將以納米尺寸分散在纖維及紡織品中形成聚合物納米復合材料。可以制備各種納米功能纖維及納米功能紡織品。通常依據產品的最終用途來選擇功能性納米粒子，這已成為一個新的研究平臺。

　　1.　納米功能纖維的制備

　　由于納米粒子粒徑小，可以減輕傳統添加法紡絲時外加粒子所帶來的紡絲液壓力升高，斷頭率高，可紡性差，對紡織設備有磨損的缺點。納米粒子的量子尺寸效應和表面效應能顯著減少纖維內部在生產中所造成的裂縫、氣泡等缺陷，能促進大分子側鏈之間、原纖之間的結合。一些納米粒子能在纖維表面形成納米級幾何結構，有助于提高纖維的功能。

　　共混紡絲法是當前納米功能纖維制備的主要方法，即在纖維聚合、熔融階段或紡絲階段加入具有納米尺度的功能性材料，使制備出的化學纖維具有某種特殊的性能。

　　2.　納米功能紡織品的制備

　　納米功能紡織品除用納米功能纖維制備外，還可以利用納米粒子所具有的特性對紡織品進行功能性整理。

　　用納米粒子對紡織品進行功能整理的方法主要有三種:一是吸盡法,即把納米粒子作為固體物質直接加入到織物后整理劑中,將織物放入配好的整理液中,在規定的溫度下浸泡一定時間,使納米粒子均勻分散在后處理織物中,然后取出織物進行干燥或熱處理;二是浸軋法,是指將納米粒子的微乳液和織物后整理劑均勻混合后,將織物在整理液中浸濕,然后通過輥筒軋去余液,稱一浸一軋,也可重復一次,稱二浸二軋,使整理液通過機械力作用擠壓到纖維中去,然后干燥或熱處理;三是涂層法,指將含有納米粒子的整理劑在一定的粘合劑存在下制成一定稠度的涂層液,然后均勻涂布到織物表面,再經一定的熱處理,使織物表面形成一層功能性涂層。但通過功能性整理的納米功能紡織品的耐洗牢度相對較差，功能不持久。{page_break}

　　納米功能纖維及紡織品的研究及現狀

　　近十幾年來，納米粒子作為纖維及紡織助劑得到廣泛應用，而且向多種納米粒子復配、多種纖維添加、多種功能復合的方向迅速發展。人們利用納米粒子開發的功能纖維和紡織品種類繁多，在市場上占有越來越重要的地位。

　　1.　抗菌功能

　　抗菌的目的就是使纖維織物具有殺滅或抑制致病菌的功能，并防止微生物通過紡織品傳播，保護使用者免受微生物的侵害。根據殺菌機理的不同,抗菌劑可以劃分為以下三種類型:一是無機抗菌劑,如:Ag、Cu、Zn、S、As、Ag+、Cu2+等;二是光催化抗菌劑,如:納米TiO2、納米ZnO、納米硅基氧化物等;三是以光催化抗菌劑為載體,將其吸附銀、銅等離子。納米抗菌技術在紡織行業的應用領域極為廣泛,可開發各種類型的抗菌功能紡織品。如內衣、毛巾、床單、廚房用品等,應用于賓館、醫院、軍隊、工廠等各個行業,滿足人們對健康的要求。

　　中國石化股份有限公司安慶分公司(以下簡稱安慶石化)、東華大學及中國紡織科學研究院的科研人員們在完成小試、中試和工業化試驗后，在安慶石化成功試生產出“高活性納米抗菌腈綸纖維”，并通過中石化總部專家委員會的鑒定。在不改變紡絲工藝和紡絲條件的前提下，生產出的腈綸纖維抗菌性能良好，基本物性(力學機械性能、色澤等)符合有關腈綸纖維和紡織品的產品質量標準。經上海市工業微生物研究所檢測表明，該種纖維的織物經50次洗滌后24h抗菌率為91.6%，具有抗菌性強、上染性好的優點，在國際上處于領先水平。

　　2.　防紫外功能

　　納米粒子的量子尺寸效應可以對某種波長的光吸收帶有“藍移現象”和“寬化現象”，從而增強了對紫外光的吸收，保證了纖維及紡織品的紫外線屏蔽效果。研究表明，TiO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2等納米粒子在300~400nm波段具有很好的吸收紫外線能力，而滑石、高嶺土、碳酸鈣等納米粒子則具有良好的反射紫外線能力。通常抗紫外線纖維中含有幾種組分的復合納米微粒，對于透明度要求高的防紫外線服裝面料，通常添加納米ZnO和TiO2微粒。防紫外線面料在遮擋紫外線的同時也能對可見光和遠紅外線起到一定的屏蔽作用。防紫外線產品不僅應用于服裝產品，如運動服裝、休閑裝、襯衣、長短褲等，而且還適宜應用于窗簾、篷布、在戶外進行作業的工裝等。

　　天津工業大學用處理后的納米TiO2抗紫外線整理劑對UVA和UVB波段的紫外線都有很好的屏蔽作用，整理后織物的UPF值等級由“較好防護”提到“非常優異的防護”，紫外線透過率明顯降低，織物的抗紫外線性能得到顯著提高。東華大學及上海工程技術大學利用用納米TiO2和ZnO復合粉體與纖維或紡織品結合，增加了織物表面對紫外線的吸收、反射和散射作用，改善其抗紫外線性能。

　　3.　遠紅外吸收、反射功能

　　人體每時每刻都在發射紅外線，而同時也在吸收紅外線。某些納米粒子,如Al2O3、TiO2、SiO2和Fe2O3等，對中紅外線有很強的吸收性能。當服裝面料中含有這些粒子時，能有效吸收外界發射及人體釋放的中紅外線，而不被靈敏的中紅外線探測器所發現，用其制作的隱身服裝,使穿著者在夜間能實現隱身。有些納米微粒如ZrO，能有效吸收外界能量并輻射與人體生物波相同的遠紅外線,使人體皮下組織血流量增加，促進血液循環。