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最全總結!紡織品行業中的功能性納米材料都有哪些?

來源:廣州宏武材料科技有限公司     發布時間:2020-06-09瀏覽量:

      根據納米材料在紡織工業中“多種纖維添加、多種粉體復配、多種功能復合”的趨勢,將納米材料與傳統涂料結合后,利用納米材料自身的優異特性可以顯著改善涂料的性能,研發出各種類型的功能性涂料,諸如防紫外線織物,防水織物,抗菌無異味織物,抗皺棉織物,遠紅外保健纖維,抗靜電纖維,抗電磁波輻射纖維,阻燃纖維。

      納米粒子的加入對紡織品性能的改善主要體現在以下3個方面。
1. 流變性能的改善。由于涂料的流變性與填料的粒徑之間存在著一定關系,可以通過改變添加的納米填料的粒徑大小來改善涂料的流變性,從而改善納米涂料的印花均勻性。
2. 耐候性和耐老化性能的改善。SiO2、ZnO、TiO2等納米粒子都對紫外線有較好的吸收性,將這些粒子填充于涂料中,可以顯著提高涂料的紫外線吸收性能,從而增強涂料的耐候性及耐老化性能,延長涂料的使用壽命。
3。 力學性能的改善。納米粒子具有較大的比表面積,因而與有機樹脂基質間存在良好的界面結合力,納米粒子的加入可以顯著提高涂料成膜后的強度、硬度、耐磨以及耐刮傷等力學性能。 

      納米粒子的加入可以提升傳統涂料的性能或制備出新的功能性納米涂料,目前對納米涂料的研究側重點主要在后者。
1。 納米抗菌涂料
      抗菌始終是人們美化生活、保障健康的重要任務,納米科技尤其是用來實現這一目標的工具之一。通常所說的抗菌,包括了抑制、殺滅、消除細菌分泌的毒素以及預防等內容。在形形色色的菌種中,我們一般選定大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌和黑曲霉菌作為檢測抗菌效果的代表菌種。在多種的抗菌方法中,采用抗菌劑是應用行業廣、適應菌種量大、簡便易行且高效的方法,適用于抗菌材料的大批量生產。當前應用最廣泛的無機抗菌劑包括納米銀,納米銅,銳鈦型納米TIO2,納米ZNO,納米CUO,納米CU2O,等等。
      Ag+可強烈吸引細菌體內酶蛋白的巰基,并迅速結合,使以此為必要基的酶喪失活性,致使細菌死亡。當菌體被滅殺后,Ag+又游離出來,與其它菌落接觸,進行新一輪滅殺,周而復始。據測定:當水中含銀離子為0。05mg/L時,就能完全滅殺大腸桿菌等繁殖菌,并可保持在長達90d內不再有新的菌叢繁衍。
      納米ZnO在光照條件下,可分解形成電子-空穴對,結合空氣中的氧氣或水分產生活性氧和自由基,能夠殺死大多數細菌和病毒。納米級氧化鋅本身就是一種醫用抗菌劑,又兼有屏蔽紫外線波長范圍寬的特性。
      目前應用較為成熟的納米抗菌涂料還有一個是納米TiO2涂料,其抗菌機理是利用的納米TiO2光催化氧化特性所產生的具有高反應活性的活性氧和自由基,來殺滅或抑制微生物的生長,從而達到抗菌的效果。徐瑞芬等將經表面處理后的納米TiO2分散到苯-丙乳液中制備得到抗菌涂料并進行抗菌效果測試,結果表明該抗菌涂料對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢菌等的殺滅率均達到99%以上,具有極強的殺菌作用和持久的抗菌效果。經確認,光催化劑能夠將細菌及其殘骸一起滅殺,消除,同時還能將細菌分泌的毒素也分解掉,光催化劑能有效滅殺的菌類有:大腸菌,綠膿菌,黃球菌等。
      在織物上應用銀納米粒子,防止因微生物活動而產生的難聞氣味。許多公司使用涂有銀納米粒子的織物來開發無氣味服裝,如長襪、襪子和內衣。韓國的Hyosung公司開發了含有銀納米粒子的尼龍纖維,這種纖維可以減少幾種有害細菌的99.9%生長。

2. 隔熱降溫納米涂料 

      隔熱紡織品可以有效緩解人們長時間處于陽光持續照射或高溫環境中時所產生的不適感,對人體形成較好的防護作用。采用納米隔熱涂料對紡織品進行涂層整理,是制備隔熱紡織品最常用的方法,功能性納米涂料可以有效地提高紡織品的隔熱降溫性能。 

      應用案例:李明珠等以溶劑型PA和PU膠作為成膜組分,納米TiO2、相變微膠囊等作為功能填料,加入分散劑、消泡劑后制得納米復合涂料。用該納米復合涂料對織物進行涂層整理,得到的隔熱織物經模擬夏季陽光照射120min,織物布面下的平均溫度維持在23~26℃,最大溫差達23℃,滿足應用要求。

3。 抗紫外纖維。

      太陽能對人體有傷害的紫外線主要在200~400nm波段,納米TiO2、納米ZnO、納米SiO2、納米Al2O3、納米Fe2O3和納米云母等都有在這個波段吸收紫外線的特征,將少量納米微粒添加到化學纖維中,就會產生吸收紫外線現象從而可以有效保護人體免受紫外線的損傷。現階段使用的大多數抗紫外線功能添加劑主要成分是納米TiO2、納米ZnO以及其他化學助劑。


4. 納米防水涂料 
      防水面料的制備通常是在面料表面添加防水涂層,利用該涂層優異的防水特性賦予織物防水功能,但是傳統防水涂料制得的涂層面料的防水性能不夠穩定且耐久性較差。若面料長期處于潮濕的氣候環境(如長時間的雨天戶外行走)時,則保證面料優良且持久的防水性能就顯得十分重要,納米材料與涂料的結合使得防水涂料在防水性能及耐久性方面均有一定程度的改善。
      應用案例:仇偉等以室溫硫化硅橡膠作為成膜樹脂,向其中添加納米SiO2,室溫條件下制備出了超疏水涂層并對其表面形貌和疏水性進行了分析。結果表明,涂層表面具有類似荷葉的微納復合結構,其水滴靜態接觸角可達165°,滾動角僅為3。8°,體現出了優良的防水性能,同時還具有明顯的防覆冰效果。

5. 反射紅外線(含抗紅外線)型化纖
      具有這一些列功能的化纖產品,其應用領域涉及到夏秋季服裝,勞動防護用品,遮陽傘類旅游用品,倉儲類臨時性建筑用材料,裝飾用布等多個行業門類。根據應用的化纖品種和性能要求的不同,這種遠紅外陶瓷粉通常包括AL2O3,MGO,SIO2,ZNO,SB2O3等。
      納米Al2O3、TiO2、SiO2和Fe2O3等的復合粉體與高分子纖維結合,對中紅外波段有很強的吸收性能,可用于研制作戰服。有些納米粒子如氧化鋯ZRO2,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,具有保溫、抑菌和促進血液循環、增強免疫力等衛生保健功能。

6. 導電型化纖
      在現代工業應用領域中,可消除靜電的多種導電纖維中,性能較好的當屬以SNO2,AZO,ZNO,TIO2等白色粉體材料為導電物質的白色導電化纖,和以碳材料為導電物質的黑色導電化纖。其中納米碳管可用于制作各種紡織新材料和織物,如導電或抗靜電纖維及功能織物,高強高模材料等等。另外,納米碳管還具有良好的吸收波的特性,用它制作的織物,具有比一般吸收材料高很多的光吸收率,可用于制作特殊用途的吸波防反射織物等等。
      但是由于碳系材料呈現黑色,不適合于淺色紡織品,故其應用受到限制。新型的納米級導電粉ATO氧化錫銻,具有優異的導電性和透明性,且不受氣候和使用環境的限制,具有廣闊的應用前景。

7. 抗電磁波輻射纖維。

      隨著微波通訊和信息技術的發展,電磁輻射對人體健康造成了巨大威脅,在化纖加工過程中,可加入一些納米粒子如納米Fe2O3、納米NiO等,制成抗電磁波輻射纖維,能強烈吸收電磁輻射,從而對人體起到防護作用。


功能紡織品因其表現的優越性能受到了研究者和企業的青睞,隨著功能紡織品的一個利好發展,也給納米粉體制備相關技術一個全新的機遇。

納米材料在紡織上的應用方式主要有以下兩種:
一是通過纖維改性功能化來實現。利用化纖改性技術,將納米材料作為添加劑來對纖維實現改性,制備功能化纖維/納米材料復合纖維。如濕粉紡絲中的溶液共混,就是在將高聚物經適當的溶劑溶解后,將納米粒子加入其中,充分攪拌均勻,然后進行紡絲加工,而融紡則是將納米粒子加入到熔融的聚合物中,制備功能化纖維,此種方法就是利用了納米粒子的熱穩定性,但要求其對于聚合物有良好的分散性及相容性。

二是通過后期整理技術對織物進行功能化整理。尤其是對于天然纖維來說,此法主要是指涂層發和浸漬法,涂層技術是后期整理中常用的一種技術,它是將納米粒子加入到涂層劑中,然后將其在織物表面進行精細涂層,經烘干和一些必要的處理,在織物表面形成一種功能性的涂層,從而達到特殊的功能。浸漬技術是將納米粒子的乳膠和其他整理劑混合均勻后, 將織物進入其中而獲得特殊功能的。

總之,納米粒子如何與紡織品實現更好的結合,主要是解決好如何使其均勻分布在紡織品或纖維中,如何使其與纖維高分子,織物形成良好的牢固的結合這兩個問題,從而保證產品質量的穩定性,耐久性和均勻性。

舉例:利用納米ATO粉體對織物進行功能性整理。結果表明:納米ATO功能性整理最優工藝條件為:抗靜電劑質量分數6%,黏合劑質量分數3%,浸泡時間30 min,烘干溫度80 ℃。最優功能性整理工藝整理后,納米ATO粉體均勻地分布在織物表面;同時織物經過50次水洗后,其抗靜電效果仍然遠遠優于未整理前。 


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