纳米材料在染整中的应用

2019-03-25李英超

纺织科学研究 2019年3期

李英超

北京中纺化工股份有限公司北京 100176

1 引言

作为20世纪80年代末诞生的一种高新科技，通过近30年的研究发展，纳米科学技术的科学价值已逐渐被人们所熟知。目前我国纳米材料的应用领域以纺织业、塑料业、建材业为主，其中纺织业在纳米材料应用领域占比达20%以上[1]。由于纳米材料的特殊性能，纺织业主要将纳米材料与技术应用于对功能整理剂和功能纤维织物的开发上，已经成为纺织业高新科技应用研究的热点方向之一。

纳米材料一般被分为两个层次：尺寸为1～100 nm的纳米超微粒子和由纳米超微粒子制成的纳米固体材料。尺寸小于100 nm的所有物质不都属于纳米材料，因为每一种物质只有在其特定的纳米尺寸(如银为14 nm)，而且只有达到该尺寸的时候才能显示出其纳米特性，一些粒子即使尺寸在100 nm以下也没有纳米特性。由于纳米微粒具有极小的尺寸和极大的比表面积，使得纳米微粒及其制成的纳米材料产生特殊的表面效应和体积效应，从而具有特殊的理化性质[2]。

为了满足某些特殊用途和领域的需要，通过超细化方法使得纤维直径达到纳米级，而这种方法得到的纤维一般称为纳米纤维。除此之外，通过聚合纺丝等工序将纳米微粒填充到普通纤维中进而得到的改性纤维也称为纳米纤维。

2 纳米材料在染整中的应用

染整工艺中，一般将纳米微粒均匀分散在后整理工作液中，随工作液通过后整工序整理到织物上；或将含有纳米微粒的整理剂和特定的黏合剂通过涂层方式整理到织物上，从而赋予织物相应的功能性[3]。

2.1 纳米材料用作抗紫外整理剂

紫外线根据生物效应不同可分为UVA、UVB、UVC和UVD四个波段。其中UVD为真空紫外线，UVC波长较短，该波段的紫外线到达地面前基本被大气层所吸收，而对地表影响最大的紫外线波段为UVA和UVB，即波长为 280～400 nm 的紫外线部分［4］。目前在纤维或织物功能整理过程中使用的抗紫外线整理剂主要有两类：一类是有机类紫外线吸收剂，另一类是起反射紫外线作用的紫外线屏蔽剂。由于纳米超微粒子具有的小尺寸效应和表面效应等特性使其产生了优异的紫外线屏蔽性能［5］。

郑敏［6］等通过比较不同粒径大小的纳米氧化锌、纳米二氧化钛以及其复合粉体的抗紫外性能，结果发现纳米粉体的粒径大小对紫外线屏蔽效果有着明显的影响，而且复合纳米粉体比单一纳米氧化锌或纳米二氧化钛纳米粉体的抗紫外性能更佳。

徐敏［7］等采用低温水热法制备了过氧改性的中性纳米二氧化钛溶胶，并使用该溶胶稀释成一定浓度的工作液浸轧棉织物。结果表明，经溶胶整理后棉织物的紫外线防护性能大大提高，并且水洗牢度优异。

郭伊丽［8］采用水热法制备了二氧化铈纳米微粒和纳米厚度的薄膜，并且采用氨气相沉积法整理到织物表面制备了抗紫外织物。结果表明，该抗紫外织物具有非常好的紫外屏蔽性能，并且经过30次洗涤后该织物仍能保持较好的紫外屏蔽性能。

尹用飞［9］等使用氮掺杂的纳米二氧化钛/二氧化硅改性溶胶配制的工作液整理棉织物，测试整理后棉织物的抗紫外性能和其它性能。结果表明，该棉织物在具有良好抗紫外性能的同时，还具有优良的自清洁性能。

2.2 纳米材料用作抗菌整理剂

相较于传统的紫外辐射杀菌和化学试剂氧化杀菌消毒法，部分纳米微粒材料由于具有低生物毒性、耐久抗菌性、广谱抗菌活性和不易生成消毒副产物等优点，因此逐渐成为纺织品抗菌整理领域的研究热点[10]。其中纳米微粒材料中研究较多的是纳米银、纳米金和纳米二氧化钛等，这几种材料均具有低毒性和良好的抗菌活性。根据其抗菌机理的不同，主要被分为纳米载银、金系和纳米二氧化钛光触媒系。

Samayanan[11]等使用聚乙烯吡咯烷酮和纳米氧化锌复配整理液整理染色棉织物，实验结果表明20 mg/L PVP/ZnO整理后的棉织物90 min对金黄色葡萄球菌的抑菌率达100%，具有良好的抗菌性能。

Shafei A El[12]等使用纳米氧化锌和羧甲基壳聚糖生物复合材料对棉织物进行整理，整理后棉织物对革兰氏阳性和革兰阴性菌均具有很好的抗菌性能，同时其还具有良好的防紫外线性能。

Hu[13]等将纳米级氧化石墨烯分散液和大肠杆菌接触2h后，结果发现该分散液对大肠杆菌的抑菌率可达90%以上，说明纳米级氧化石墨烯对大肠杆菌细胞膜具有明显的破坏作用。将纳米级氧化石墨烯用作整理液整理织物，可使织物兼具优异的导电性能和抗菌性能。

2.3 纳米材料用作抗静电整理剂

由于纳米微粒具有超导电性，在化纤聚合或纺丝过程中加入少量纳米微粒或粉体，或在印染后整理工作液中加入少量纳米微粒或粉体，所得纺丝纤维和整理后面料就会具有良好的抗静电性。

张帆[14]等以Mg(NO3)2和NaCO3为原料，采用直接沉淀法制备纳米MgO。利用以纳米MgO复配成的抗静电整理剂对棉和涤纶织物进行整理，整理后两种织物均具有较好的抗静电效果。

张开永[15]使用纳米ZnO、AZO、ATO以及ATO包覆BaSO4四种纳米金属氧化物作为抗静电腈纶的抗静电剂。使用静电纺丝制备了含有不同含量和不同种类的纳米金属氧化物改性腈纶纤维，通过该体积比电阻率测试，结果表明采用ATO作为抗静电剂时有最低的纤维体积比电阻，并且该改性纤维具有优异的抗静电效果。

2.4 纳米材料用作抗皱整理剂

苏州大学丝绸学院[16]研究发现在马来酸酐的防皱整理中，使用纳米TiO2代替传统工艺中使用的过硫酸钾(K2S2O8)和次亚磷酸钠(NaH2PO2)来作为防皱整理的引发剂和催化剂后，在一定条件下能使马来酸酐对真丝面料产生防皱整理效果，而且不会引起织物泛黄，同时白度和强力没有明显下降。

陈镇[17]等使用纳米防皱免烫整理剂NT-R518N对棉织物进行整理，分析了用量、焙烘温度等工艺对整理后免烫效果的影响。结果表明，整理后织物具有良好的防皱免烫性能，并且该织物的手感和白度没有明显下降。

欧康康[18]等将不同粒径尺寸的纳米半硅氧烷（ POSS）添加到MA-IA体系的易护理整理液整理棉织物，实验表明，纳米微粒的加入能显著提高该织物的断裂强力，实验发现在一定的质量浓度后整理工作液中添加固定质量分数的POSS，将该整理液整理液氨处理过的棉织物，整理后织物具有良好的易护理性能和其它力学性能。

2.5 纳米材料在染整中的其他应用

由于某些纳米微粒和材料的分散液是无色透明的，加之其对部分紫外线和红外线具有优异的屏蔽作用，从而经纳米微粒和材料工作液整理后的织物可以提高其耐晒牢度。

此外，采用纳米技术合成的纳米级乳液黏合剂与传统乳液黏合剂相比，纳米级乳液黏合剂整理后织物质量优良，色光、色牢度和手感等服用性能都较传统黏合剂有着很大改善[19]。将纳米级乳液黏合剂代替传统黏合剂用于涂料染色的工艺当中，可改善织物的手感较差等缺点。将纳米技术、纳米级乳液黏合剂与涂料印花染色相结合，可对传统的涂料染色工艺以及涂料染色后纺织品服用性能进行较大的改进。

郑涛［20］等使用制备的纳米涂料对涤棉混纺织物进行染色，并对无黏合剂体系的涂料进行直接浸染。结果表明，染色后的织物在具有良好的色牢度的同时还具有良好的手感。

利用纳米材料的优异特性，许多具有多种功能的新型纳米复合染整助剂被更多地开发利用起来。例如，纳米二氧化钛可作为光催化剂降解室内有机气体污染物（如甲醛、甲苯等），起到环境净化的作用，还可以用作抗皱整理剂和抗紫外整理剂［21］。但是，由于无机的纳米微粒与纺织纤维之间没有可以直接结合的键段或官能团，导致两者化学亲和力比较差，造成整理后的纺织品水洗牢度往往不够好，因此选择合适的交联剂或黏合剂显得十分必要。