日用功能性纤维开发与应用

赵 燕，尹荔松，曾显华

(五邑大学应用物理与材料学院，广东 江门 529020)

纺织新材料、新技术、新工艺的出现，满足了纺织品的多功能、高仿真和高性能的发展需求。目前赋予纺织品功能性主要有后整理方法、共混纺丝法、复合纺丝、纤维改性以及使用新型纤维等方法。后整理方法存在产品耐久性及环保节能等问题使其更多地应用于天然纤维，而纺织原料及纺丝技术的不断开发，使功能性纤维的发展取得了长足进步。

功能性纤维的广泛应用，已成为纺织行业新的经济增长点，在日常生活领域功能性纤维按其所具有的功能主要可分为卫生保健类、防护类、舒适类、医疗类。

1 卫生保健类

1.1 抗菌防臭纤维

通常方法是将抗菌剂以共混改性的方式加入到化学纤维中制备持久性抗菌纤维。抗菌防臭纤维具有抑制和杀死细菌，防止因细菌分解人体分泌物而产生臭气，阻止疾病传播等功效。随着国内超微细技术的发展，已能够批量生产多种纤维，用无机抗菌剂，通过共混或复合引入化纤之中，实现了抗菌纤维的产业化。目前开发的抗菌防臭纤维主要是在涤纶、锦纶[1]、腈纶及Lyocell纤维上[2]施以抗菌防臭剂制成的，而在众多抗菌防臭剂中，含金属氧化物(陶瓷微粒) 的抗菌效果比较突出。在涤纶中添加氧化锌、氯化银、氧化铜、氯化亚铜、硫酸铜等微粒，其产品的初期灭菌率、10 次洗涤后的灭菌率都很高，对大肠杆菌、枯草杆菌、鼠伤寒沙门菌、金黄葡萄球菌、肺炎克雷伯氏杆菌等具有极强的消毒作用，并可抑制细菌生长。在涤纶、锦纶和腈纶中混入抗菌性沸石制成的抗菌防臭纤维，它对许多细菌和霉菌具有消毒作用，尤其是对绿浓菌、耐药性金黄色葡萄球菌的抑制和预防效果较好。

1.2 芳香、消臭纤维

纤维的芳香加工一般有微胶囊法、共混法和皮芯复合法。微胶囊技术是在化纤纺丝过程中把香料和包有杉木油或香柏油的微胶囊加入到纺丝液中；皮芯复合法是将香料掺入复合纤维的基层中，使香味徐徐从纤维两端释放，适合中、长纤维类制品，效果较持久。共混法因效果不好而很少使用。近年，日本钟纺等公司新开发的香味纤维应用了微调色荚膜技术，在尿素系列树脂中包有香精，用胶黏剂连接纤维，穿着时，便会逸出薄荷或茉莉香味。

目前消臭类纤维多利用能捕获臭味的消臭剂，以再加工方式附加于纤维中或进行混纺而制成。所用的消臭剂有从茶叶中提取的类黄酮系、抗坏血酸加无机盐、铁酞菁化合物等。通常，恶臭物质大多含有不稳定状态的氢，很容易被氧化，而天然氧化酶是高价物质，且不稳定，因此，人工氧化酶的设计至关重要。日本信州大学研制出一种安全而有效的人工氧化酶-酞菁，含质量分数为3%酞菁的多孔纤维，对于硫醇、硫化氢及醛的吸臭效果，相当于活性炭的100倍。将几种金属酶的模型高分子材料复合成纤维时，对胺及异戊酸的脱臭效果，是活性炭的20～50倍。大阪一家纺织公司用它制成除臭纤维和聚酯除臭棉被，其消臭效果可持续5年之久。

1.3 远红外纤维

以放射远红外陶瓷微粒为添加剂制造的远红外纤维，是一种在成纤高聚物中添加陶瓷微粒制成的功能性纤维。这种类型的陶瓷纤维能够大量吸收热源的热能，并转换成2～20 μm 波长的远红外线向人体放射，使人体局部产生温热效应，促进血液循环，同时也有效地抑制了人体热量的散发。这种类型的陶瓷纤维除了具有保温作用之外，还具有抗菌、保鲜、医疗保健、促进动植物生长和成熟等功效。远红外纤维中添加的陶瓷微粒主要是金属氧化物，如氧化铝、氧化镁、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅等，不同的远红外陶瓷微粒具有不同的红外光谱特性，较为理想的材料是在环境温度为20～50 ℃时具有较高的光谱发射率。

2 防护类

2.1 抗静电纤维

抗静电纤维的制造方法有表面加工法、共混纺丝法、复合纺丝法、共聚或接枝共聚法。表面加工法是用抗静电剂对纤维表面进行加工，通过离子络合或化学反应，使抗静电剂固着于纤维表面。Unitika Textiles 公司的Dual Plus EM涤棉，是经过低温等离子体处理的复杂功能性材料，具有吸水、抗静电与抗污性能。共混纺丝法是在聚合或纺丝前把抗静电剂如聚醚类抗静电剂添加到聚合物熔体或原液中进行共混纺丝的加工方法，如果选用的抗静电剂能在基体聚合物中相分离，则抗静电剂在纺丝成形后因相分离而成为微纤状的岛，基体聚合物是海，微纤状的抗静电剂沿着纤维的长度方向分布在纤维内部，构成了输送或传导电荷的低电阻通路，纤维内部和表面都能够使电荷逸散，取得良好的抗静电效果。如日本Toyobo 公司的Emina-White 涤纶双组分纤维在涤纶内部有一种白色导电成分。复合纺丝法主要采用皮-芯型双组分复合法制造抗静电纤维，例如用混有聚乙二醇的聚酰胺为皮，聚酯为芯的复合纤维。共聚或接枝共聚法则采用共聚或接枝共聚的化学改性方法，在疏水性合成纤维大分子主链上引入亲水性、导电性成分,提高合成纤维的抗静电性能。此外，使用碳黑复合或金属化合物复合有机导电纤维是生产永久性抗静电纺织品的有效途径，从纺织产品的抗静电功能要求来看，无尘、无菌、防爆、抗静电工作服等特殊功能纺织品需要采用碳黑复合(碳黑涂敷) 高电导有机导电纤维，常规民用纺织品根据其色泽深浅、织物组织、导电纤维可否显露等技术要求，可采用碳黑复合或金属化合物复合。Nisshinbo 公司[3]的Sparkguard 是一种含碳纤维的抗静电涤纶面料。

2.2 阻燃纤维

按照难燃标准(临界氧指数)，达26%以上的难燃纤维有改性聚丙烯腈纤维、波莱克勒尔纤维等。新近又开发出聚酯系和聚丙烯腈系的各种纤维制品，这些都是由难燃成分共聚或混合制成的。美国UniFi公司推出了旗下首个具有永久阻燃功能的再生涤纶纤维Repreve FR，该纤维已经被美国Momentum纺织公司用来生产医用隐私幕帘。日本仓敷纺织公司开发的EBRIQ系列已有抗菌、除臭、湿润发热、接触凉感等4个产品。此次开发的“EBRIQ防火”产品是采用环保、无卤型阻燃性单体通过电子束接枝聚合技术制得的。日本帝人纤维公司推出了无卤阻燃聚酯纤维Super Extar，由于Super Extar是在纤维中直接搀杂了阻燃剂的纤维，因此具有耐洗性。在2009中国国际纺织纱线展览会上，我国特种纤维领域的排头兵烟台氨纶股份有限公司的永久阻燃高性

能纤维——纽士达 ®间 位芳纶亮相。该纤维具有优异的耐热、阻燃性，限氧指数大于28%，可在220 ℃高温下长期使用。另外江苏吴江润泰织造有限公司开发的一款“阻燃麂皮绒”，该织物经丝采用116.7 dtex阻燃海岛复合丝，纬丝采用涤纶333 dtexDTY 阻燃丝。俄罗斯萨拉多夫国家技术大学通过对聚丙烯腈纤维表面进行改性处理，在阻燃方面获得了较好效果。

2.3 防辐射纤维

金属纤维、金属镀层纤维、涂覆金属盐纤维等虽然有较好的防辐射功能，但存在制备工艺难、服用性差等缺点。为解决以上问题，前苏联的科学工作者利用离子交换纤维吸附法以黏胶纤维研制了X射线防护织物，首先进行聚丙烯睛接枝，然后用硫酸钠溶液处理接枝材料，再用醋酸铅溶液处理被改性的织物[4]。而利用共混纺丝是制备防辐射线纤维的又一种方法，以聚合物和氧化铅或硫酸钡微粉为主要原料，在分散剂存在下，通过熔融或溶液纺丝可制成防X射线纤维。最近美国迈阿密的辐射屏蔽技术公司开发出一种改进聚乙烯和聚氯乙烯性能的方法，生产出一种辐射屏蔽材料。此聚合物基质采用一种未披露的工艺进行整理，产生一种电子共振作用使之可吸收辐射。据称这种改性方法使聚合物基体的电子结构呈现出类似于可降低或吸收辐射的重金属的电子结构。从1977年美国科学家A.F.Heeger发现聚乙炔掺杂后具有导电性以来，结构型导电聚合物的研究取得了很大的进展。聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等系列结构型导电聚合物已相继合成，成为防电磁辐射纤维的一种新思路。但是由于这类聚合物的加工性能较差而未能得到广泛应用。随着纳米技术的发展，纳米材料独有的小尺寸效应、表面与界面效应和量子尺寸效应，使得它具有许多宏观材料没有的特性，这些将极大地提高材料的防护性能。

2.4 抗紫外线纤维

强烈的紫外线直接照射会使人的皮肤老化、干燥而起皱纹，进而产生红斑和色素沉着，经常照射还有致癌的危险。为此，开发抗紫外线纤维引起人们的重视。纤维大分子上的某些官能团能吸收紫外线而具有防紫外线的能力。腈纶大分子上的-CN 基、涤纶大分子的芳族基都能吸收紫外线；棉、桑蚕丝等常用于夏季服装面料的天然纤维对紫外线的吸收能力低，防紫外线能力较差。纤维形态对其防紫外线的能力也有影响，纤维横截面为扁平异形结构的要比相同线密度的圆形纤维遮蔽效果好。结构卷曲、密度高的纤维遮蔽性好。另外就是在纤维制备过程中添加紫外线屏蔽剂，自然界的多种物质对光线都有屏蔽作用，例如: Al2O3、MgO、ZnO、TiO2、SiO2、CaCO3、PbO、碳黑、金属等，其中，屏蔽紫外线效果较好的是TiO2和PbO。将含有TiO2的陶瓷微粉混入纤维切片进行共混纺丝，或将陶瓷微粉加入成纤聚合物制成芯、外包覆普通聚合物进行复合纺丝。由于共混纺丝法易沾污纺丝设备，浸渍法的紫外线屏蔽剂分布不匀使得产品手感受到一定影响，对紫外线遮挡的耐久性较差。因此，通常采用的是复合纺丝法，该纤维的防紫外线性能和光稳定性良好，与常规纺织品一样，耐洗、耐熨烫,具有柔软的手感，对皮肤无伤害，是一种性能优良的抗紫外线纤维。

3 舒适休闲类

3.1 吸湿纤维

合成纤维普遍存在吸湿性较差的缺点，通过共聚或接枝等化学改性技术，可以在疏水性纤维分子主链上引入亲水性基团或化合物，以提高合成纤维的吸湿性和吸水能力。例如，通过接枝共聚在涤纶大分子上引入醚基、羟基、磺酸基团等亲水性基团，制成的高吸湿涤纶的回潮率可达到4.0%-13.4%。高吸湿纤维材料主要应用于舒适性服装面料，如果引入亲水性的化合物如淀粉，具有极强的吸水性，也可以作为一种高吸水功能性纤维材料加以广泛应用。用物理改性方法，在常规纤维材料基础上制造的中空纤维、多孔纤维、表面粗糙型纤维、微孔纤维、微细纤维和异形纤维，借助于毛细管导湿、导水或保水效应，可以提高纤维的亲水性。早期开发的高吸湿、吸水纤维往往采用单一的纤维改性技术，而目前生产的高吸湿、吸水纤维则偏向于利用多重纤维改性技术来提高纤维的亲水性。日本帝人公司也利用独特的化学方法，将一种含有高吸湿性物质的丝蛋白涂敷在吸水性纤维上，研发出“吸湿性纤维”，此种纤维比吸水性纤维更具有吸汗、快干的效果，且有极佳的干爽感，其中空率为5%～10%。

3.2 吸热、放热纤维

根据环境温度的变化，在一定的温度范围内可自由调节人体温度的温控纤维有相转变物质类、塑性晶体类、添加溶剂类及电发热类等。相转变物质类温控纤维指利用在室温下能发生相转变的物质，这类物质在相转变时会伴随吸热和放热现象，通过充填法、浸轧法、微胶囊法将相变物质处理到纤维或织物中。塑性晶体类温控纤维指某些塑性晶体在固-固转变时会产生热变化。例如：季戊四醇、2, 2-二甲基-1,3-丙二醇、2-羧甲基-2-甲基-1,3-丙二醇等，若将它们加入到中空纤维中，可以在不同温度范围内赋予纤维或织物所需的贮热和释热性能。实验证明，用此法改性后的尼龙纤维热含量是改性前的3.5～4倍，改性后的聚丙烯纤维热含量是改性前的2倍。用这种纤维制造的温控织物可用于绝缘、劳动服装及恶劣气候条件下的动植物保护等。添加溶剂类温控纤维指某些溶剂在环境温度变化时，具有明显的热胀冷缩性，若将其填封在中空纤维中，可以随温度变化来调节纤维的密度，以达到温控的目的。电发热温控纤维是将导电的树脂涂覆在纤维或织物的表面，这种纤维或织物通过电流时便会发热，可通过调节电流的大小及织物的编织密度来控制纤维或织物的温度[5]。

4 医疗类

4.1 医用缝合线

聚酯类生物降解材料纺丝制得的缝合线的研究和应用较为广泛，而聚对二氧杂环几酮( PDS) 是聚乙丙交酯之后的又一种新型生物可降解医用纤维材料。从20 世纪70 年代后，聚乳酸( PLA) 及其共聚物作为具有吸收性、无毒、不引起发炎等优异性能的合成材料，在外科中得到了应用。由聚乳酸及其共聚物制得的纤维作为可吸收缝合线早有相应的报道[6]。近年来，美国和日本相继开发了甲壳素与壳聚糖纤维，是一种新型可吸收、可降解的纯天然生物高分子材料。甲壳质纤维具有许多不同于纤维素的生物特性，如具有生物的相容性、无免疫抗原性，无毒无刺激，可被溶菌酶分解吸收，促进组织生长，加速伤口愈合、提高免疫力等。此外，高分子合成材料聚丙烯胶原可吸收性缝合线、改进的再生胶原纤维固载金属离子吸附纤维也在积极投入使用中。

4.2 缓释药物纤维

日本一家公司于上世纪90年代初开发了一种以纤维型制剂形式经皮肤透入作为用药方式的缓释药物纤维。开发该纤维所用基材是尼龙、聚酯、聚丙烯腈等热塑性线型聚合物，其工艺方法是将药物掺加到这种聚合物中共混纺丝，使药物渗入纤维内，添加量为基材重量的10%。这种纺丝液在充分混炼之后进行纺丝，纺出78 dtex 纤维。成纤在牵伸方向上形成大量微细孔隙，纤维中的药物可以经过微细孔隙缓慢散出，可使其长时间具有医疗效果[7]。此外日本人还开发出又一类浸药型药物纤维，纤维采用乙烯-醋酸乙烯共聚物为主要功能材料，浸入溶有药物的油剂中，利用乙烯-醋酸乙烯共聚物具有吸入油剂的能力，使药物能够进入并保持在纤维的内部。日本可乐丽公司采用这种方法，对消炎止痛纤维和心脏病医疗纤维等进行过许多开发试验研究工作[8]。德国科学家利用天然纤维和人造纤维中都含有的一种名为“环式糊精”的糖分子使织物拥有智能医疗功能。该分子化合物能在织物中形成微小的孔状空间，并具有吸收不渗水物质的性能。织物内部分子结构能够较好地保存这些药物成分使之不流失。织物与人体接触后，在极少量汗液的“刺激”下，慢慢渗透人体[2]。英国皇家艺术学院正在研制的服装则是通过注入药品和草药小液滴的微胶囊织物制成的，该产品可通过皮肤直接将药物成分分散发至血液中，药效可以延续很长时间，并且衣物经过反复手洗也不丧失其辅助治疗的功效。

5 建议

目前，我国虽然化纤产能居全球第一，但是对功能性纤维及其纺织品的研究与发达国家还有很大差距。21世纪是信息技术、生命科学和高新技术发展的知识经济时代，纺织品正向着高舒适、高功能和高智能等方向发展，因此，功能性纤维是纺织行业今后开发的重点。化纤企业应抓住时机，加快技术进步，优化产品结构，使差别化、功能性纤维所占比例进一步提高，开发更多更好的功能性纤维，提高市场竞争力，共同为我国纺织服装面料与产业用纺织品参与国际市场竞争做出贡献。

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[6]Wasserman D, Versfelt C C.use of stannous octoate catalyst in the manufacture of 1(-)lactide-glycolide copolymer sutures: US, 3839297[P].1974.

[7]Hironari A, Takao Y, Takashi K.日本公開特許公報平: 日本，32301607[P].1991.

[8]Yasuhiro M, Masao M.日本公開特許公報平：日本，32301608[P].1991.