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纳米银材料在纺织品功能整理领域的应用(抗菌、抗静电、抗电磁辐射)

来源:广州宏武材料科技秒速赛车     发布时间:2019-08-30浏览量:

      将纳米银材料应用到纺织品功能整理领域,开发多功能、高附加值的织物,将会在未来的纺织行业创造巨大的经济、社会效益。纳米银作为一种正在深入研究并迅速发展的新型纳米材料,以其广谱持久的抗菌性能/抗电磁辐射性能/导电性能及吸收部分紫外线等功能,在纺织业中拥有广阔的应用前景。

1、在天然纤维纱线和织物的应用

      天然纤维制成的织物本身具有良好的吸湿性,且多为多孔性纤维,能为细菌生长提供足够的水分,同时周围环境也可为细菌生长提供氧气,促进细菌的繁殖。纳米银具有广谱持久的抗菌性能,目前,关于纳米银在天然纤维中的抗菌应用主要是针对纱线和织物,抗菌功能主要是通过后整理获得。

      纱线的纳米银抗菌整理一般是针对棉纱或羊毛,如采用氢氧化钠对棉纱进行膨化预处理的基础上,采用鞣酸还原银氨溶液在纤维的微隙间载入纳米级银颗粒,使纳米银颗粒与纤维间通过配位键作用负载于纱线上,从而赋予载银棉纱以良好的抗菌性和耐洗性。

      在酸性条件下使用纳米银溶胶和酸性染料,对羊毛纱线同时进行染色及抗菌整理,不仅可以提高羊毛纱线的上染率、色牢度以及柔韧性,并使羊毛纱线具有良好的抗菌性。


      据报道,现在也有学者利用织物本身所具有的还原性及稳定性,在织物上原位还原纳米银粒子,从而使织物获得良好的抗菌耐洗性。如马廷方利用纤维素大分子自身的还原性和分散性原位还原硝酸银溶液,制得纳米银抗菌棉织物,具有优良的抗菌效果及耐洗涤性能,经20次循环洗涤后,抗菌织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍分别高达98.5%和94.3%。Majid Montazer等也成功地利用纤维素的还原性及稳定性还原托伦斯试剂(银氨溶液)合成纳米银,经纳米银处理后的织物循环水洗30次后,抗菌性能几乎不变。

      此外,还有学者将纳米银与其他物质复配,利用无机-有机复配方式或无机-无机复配方式,制备得到如纳米银/聚糖季铵盐(HACC)、纳米银/二氧化钛等复配物,再对织物进行浸轧整理,获得具有多重功效的功能性纺织品。王海云以无机-无机复配方式制备了载银纳米TiO2抗菌剂,并将其用于棉织物的整理,使棉织物获得了银离子溶出抗菌和TiO2光催化抗菌的双重杀菌功能,且两种抗菌作用相互促进,使得抗菌效果远优于含量相同的单一抗菌剂。

2、在合成纤维及其织物中的应用

      锦纶、腈纶、涤纶等3类合成纤维应用广泛,目前,纳米银在合成纤维中的应用研究主要也是针对这3类纤维和织物。合成纤维功能性面料的制造主要有纺制功能性纤维和后整理两种方法,具体包括共混纺丝法、浸渍(轧)法和磁控溅射法。直接纺制的功能性纤维效果持久,但技术复杂,成本较高;使用整理剂简单方便,适用于大多数纤维纺织品,成本较低,但耐洗性等相对较低。

(1)共混纺丝法

      共混纺丝法是在纤维制造过程中添加纳米银粒子共混纺丝制成纤维,从而使最终的织物具有相应功能,共混纺丝加工过程对环境无污染,应用广泛。张华采用超细汉麻杆芯粉体制备纳米银颗粒,纺制成抗菌型多功能锦纶,当粉体添加比例为2%时,锦纶纤维不仅具有优异抗菌性、强度高、弹性好的特点,还具有远红外发射、负氧离子释放的能力,可纺性亦满足要求。

      采用T-氨丙基三乙氧基硅烷处理过的载银纳米氧化锌抗菌剂与涤纶共混制得抗菌涤纶母粒,将其加入到涤纶皮层中,纺丝制得皮芯型抗菌涤纶,这种纤维具有优良的抗菌性能,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率均为99%以上。

(2)浸渍(轧)法

      共混纺丝法虽然环保,但调制可纺性纺丝液具有一定难度。相比之下,浸渍(轧)法工艺比较简单。俞巧珍通过浸渍法将纳米银粒子处理到涤纶织物上,研究了其对织物抗静电性能的影响,发现纳米银处理能有效提高涤纶织物的抗静电能力;且不同的处理方式对织物的影响不尽相同,如纳米银粒子处理和染色同时进行的一浴法效果明显优于染色后再整理的二步法。

      有研究者探讨了一种新型整理方法,使纳米银颗粒通过化学键合力结合在纤维表面,这样纳米银与纤维的结合更为牢固。如研究者将腈纶部分偕胺肟化,使纤维表面带有螯合基团,可络合上银离子,再用甲醛溶液还原银离子,即得到纳米银复合腈纶,这种纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的杀灭率超过99.99%,抗菌性能良好,并且纤维原有的物理性能无明显变化。

(3)磁控溅射法

      为避免浸渍(轧)法存在的废液处理问题,有研究者采用射频磁控溅射法在织物表面溅射纳米银膜。磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气,在阴极(柱状靶或平面靶)和阳极(镀膜室壁)之间施加直流电压,使氩气电离,氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面,将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。此法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密均匀等优点。

3、在产业用纺织品中的应用

      纳米银在产业用纺织品中的应用对象主要为非织造布、层压复合织物和复合材料。

(1)在非织造布中应用

      使用纳米银对非织造布进行整理,可使其获得抗菌性能及抗电磁辐射性能,从而可以广泛应用于医疗、卫生、汽车内饰、电磁屏蔽材料等领域。与合成纤维类似,非织造布的纳米银整理方法也包括共混纺丝法、浸渍(轧)法和磁控溅射法,其原理同上所述。洪剑寒在室温下采用磁控溅射法,在涤纶纺粘非织造布表面沉积纳米银薄膜,使织物获得抗电磁辐射性能,且随着纳米银膜厚度的增加,对电磁波的屏蔽作用增强。该方法扩大了非织造布的应用领域,可用于开发抗静电材料、导电材料、电磁屏蔽材料和纤维传感器。

      将纳米银抗菌剂高度均匀地分散植入纺丝液中共混纺丝,使织物获得较高的稳定性以及抗菌性能和耐洗涤性能,进而得到了纳米银抗菌水刺非织造布卷材及纳米银抗菌针刺非织造布卷材。

      其最广泛的应用领域是制作医疗卫生用品,如纳米银抗菌口罩、抗菌湿巾、医用床单、医用抹布等;而后者的市场应用也十分广阔,例如汽车车厢/室内空调抗菌过滤介质、服装衬布、抗菌鞋垫、鞋材等。

(2)在层压复合织物中应用

      层压复合织物是民用运动服、防寒服、野外工作服、军用作战服、劳动防护服等产品的理想材料。复合层压织物的纳米银整理主要是通过浸渍法或者共混纺丝实现。浙江理工大学的研究者采用含有纳米银粒子为抗菌改性剂的十字异形截面聚酯纤维材料作为织物的外层,吸湿性较好的精梳棉纱作为织物的内层,利用织物组织结构的变化,结合先进的后整理工艺,使面料具有吸湿、排汗、抗菌等多项功能。

(3)在复合材料中应用

      银/聚合物纳米复合材料在具有纳米银和聚合物的优良特性的同时,还赋予材料一些新的功能,从而使其在纺织、电子学、生物医学等诸多领域具有广阔的应用前景。

4、结语

      纳米银作为一种新型材料,被应用于诸多领域,其中尤以纺织业与人们生活息息相关,引起了诸多研究者的兴趣。目前,纺织业应用纳米银主要是为了获得抗菌、抗静电、抗电磁辐射等功能。随着人们对纺织产品的要求提高,纳米银将会越来越多地被应用于功能性面料,其在纺织业中的应用前景将会愈来愈广阔。



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