纳米材料提高纺织品功能性的应用浅析

2020-03-09王中珍

国际纺织导报 2020年12期

丁帅王中珍杨琳李政

1.山东省纺织科学研究院(中国)

2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室(中国)

纳米技术是一项基于多种其他先进技术的新科技，其研究的材料的结构尺寸通常为0.1～100 nm，介于单原子与分子级别之间。因特殊的微小结构，纳米材料在具有材料原有特性的同时，还具有新的特性，因此纳米材料与纳米技术具有广阔的研发前景。

关于纳米材料在纺织领域的应用，目前已有很多研究，并取得了很多有价值的研究成果。如，纳米材料可吸收红外线和可见光，具备良好的韧性和高强度，具有导电功能和静电屏蔽功能，以及较强的吸附能力和抗菌除臭功能。本文主要讨论纳米材料在纺织品防水、抗紫外线及抗菌领域的应用。

1 抗紫外线技术

避免日光对纺织品伤害最有效的方式是减少其暴露在日光下的时间，但日常生活中，这显然缺乏实际意义。穿戴具有抗紫外线功能的服饰或配件，对避免人体受日光伤害非常有效。抗紫外线纺织品种类繁多，除服装外，还包括帽子、鞋子和遮阳伞等。

研究表明，未经印染的棉布、亚麻布、丝绸，以及黏胶等化学纤维织物几乎没有防紫外线作用，需采用添加剂对其进行处理，才能赋予织物一定的抗紫外线功能。目前最常用的添加剂是消光剂染料和纳米二氧化钛的复合产品[1]。经这种添加剂处理后，纺织品能很好地抵抗紫外线的作用。工艺上可采用纳米二氧化钛对制备织物的纤维进行浸渍处理，获得抗紫外线效果持久的纺织品。也可直接对织物进行抗紫外线染整处理。纳米紫外线吸收剂为一种无色载色体复合物，对波长为(290±400)nm的紫外线光束带具有很好的吸收作用[2]。

现有研究发现，一些纳米材料涂层处理对提高织物的抗紫外线功能效果显著，常用的涂层添加剂为纳米氧化锌和纳米二氧化钛[3]。纳米氧化锌可在紫外光感范围内，吸收肉眼看不见的紫外光，同时发射出肉眼可见的蓝紫色荧光，增强织物的白色感。这类添加剂在吸收紫外线辐射的同时，还可提高织物的抗紫外线性能和色牢度性能。

2 抗菌功能

一些金属粒子和金属复合物具有一定的抗菌功能，其中，纳米银在织物的抗菌领域有着广泛的应用。采用纳米金属粒子赋予纺织品抗菌功能的具体方法是将纳米抗菌材料混入纤维中，再织制成纺织品。含纳米银的纺织品的抗菌机理：纳米银材料使空气或水中的一部分氧元素转化成活性氧，进而消灭有机物质、杀灭细菌。纳米材料表面原子数增多，可提升活性氧的转化。纳米银可以直接作用于细胞膜的蛋白质上，破坏蛋白质与氧代谢酶的结合，从而阻止细菌对营养物质的吸收，进而实现阻断细菌生长的目的。

纳米银可在纺织品表面与其发生反应，形成特有的环状稳定结构，从而使织物具有持久抗菌的特点。纳米银作用于细胞膜后，其银离子还可从杀死的菌体中游离出来，继续发挥抗菌使用，因此纳米银的抗菌性能具有重复性。

3 防水功能

采用具有超级疏水性能的纳米二氧化硅对棉织物表面进行涂层处理，可获得具有持续防水效果的棉织物，这种涂层处理常通过低温凝胶工艺实现。纳米二氧化硅涂层符合环保要求，在日用纺织品等材料领域中有着广泛的应用。

当固体织物表面张力大于或等于液体的表面张力时，液体将浸湿织物。反之，织物将具有防水作用。织物的防水处理即基于这一原理。棉织物原本不具有防水性，但若对其进行纳米碳氟化合物处理，织物的防水性将发生显著的改变。经纳米碳氟化合物处理后，棉织物表面张力小于水表面张力，具有防水功能。

纳米碳氟化合物通常是在纤维周围形成一层薄膜，从而降低织物的表面张力。常用的纳米碳氟化合物为一种纳米全氟烃基丙烯酸酯复合物，其基本结构与丙烯酸树脂非常接近。现代工业中织物的防水处理使用较多的处理剂是石蜡、硅树脂和碳氟化合物。相对而言，基于纳米碳氟化合物处理的产品具有更好的抗油、抗水性能，能显著提高织物的防水性能和可持续性能[4]。

纳米碳氟化合物涂层是一种非常有效的织物表面防水处理方式。在织物防水处理过程中，这种方法具有很好的连续性和表面处理完整性。将一种材料附着在另一种材料表面时，若这两种材料的物理性能类似，两者将可紧密结合。具有疏水性的碳氟化合物可很好地附着在黏胶等合成纤维织物表面，但将其应用于棉织物时，可持续性不佳，若采用纳米级的涂层，则可很好地解决这个问题。纳米碳氟化合物具有许多微小的突起(图1)，其可通过这些突起牢牢附着在棉织物表面，达到与碳氟化合物附着在黏胶织物表面相同的效果。织物的清洗过程中，液体或半固体滚过织物表面时，可带走尘埃和油脂。因此，经纳米碳氟处理的织物具有防水、防油和防尘特性，深受消费者青睐。由于这些微小突起的尺寸为纳米级，因此其不影响织物的手感或透气性，且织物经50次清洗后仍不变形。