第六章-纳米技术在纺织品中的应用

S=solar spectral irradiance
T(UVA)- The UVA transmittance
T(UVB)- The UVB transmittance
The percent blocking (UVA)
The percent blocking (UVB)
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抗紫外化纤的应用很广,纤维品质有涤纶、维纶、 腈纶、尼龙和丙纶等;只要用来做运动衫、罩衫、 制服、职业服、游泳衣等，也用于帽子和面罩的 原料，工业和装饰方面有广告用布、户外装饰布、 各种遮阳伞、窗帘、运输篷布和各类帐篷用布。
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在纳米技术方面的研究处于领先地位并成功应 用美国NANO-TEX,LLC公司，据称是一家专门 开发和应用特殊技术，在分子水平上制作、改 变和改善纺织品的高技术公司。
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L/O/G/O
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通过在纤维生产过程中添加纳米抗菌剂的方法 可以生产具有永久功效的抗菌除臭型化纤。
作用机理:通常所说的抗菌包括抑制、杀灭细菌 和消除细菌分泌的毒素等,在多种多样的物理和 化学类抗菌方法中，采用抗菌剂是应用行业广， 适用菌种面宽、相对简易而高效的方法。
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无机抗菌剂具有稳定、安全、功能持久的优点。 纳米级无机抗菌剂的问世不仅使这类抗菌剂在纤 维生产中的应用成为可能,而且还提高了它们的应 用效果。
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纺织用纳米级抗菌粉体的形态
银系抗菌剂 通常采用物理吸附或离子交换方法将银离子
固定在纳米尺度的沸石、磷酸盐或硅基氧化物 等材料中。
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纺织用纳米级抗菌粉体与其它抗菌剂相比,具有以
下优点:
（1）对人体无刺激性、无毒，使用安全可靠;
（2）整理剂透明度高，长期使用不变色；
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纳米科技不断渗透到现代科技的各个领域,形成 了许多与纳米科技相关的新兴学科如纳米电子学、 纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。这 些学科的发展使人类能够对物质的本质在更加微 观的水平上进行研究和认识，从而有可能迅速改 变物质产品生产方式，导致人类社会发生巨大变 革。
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名称 波长
对皮肤的影响
UVA UVB UVC
406-320 穿透力强，使皮肤老化变黑，其作 用有积累性，不可逆
320-280 产生红斑和色素，经常照射，有致 癌危险
280-200 穿透力强，可影响白细胞，但大部 分能被臭氧层和云雾吸收
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最常用的抗紫外线纳米粉是ZnO和TiO2,,其中 ZnO被认为较优。其对UVA的屏蔽高于TiO2，折 光率小于TiO2，对光漫反射率低，纤维透明度高， 对纤维光学性能影响小。
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棉和丝织物的抗紫外整理工艺:
采用日本住友水泥公司开发的ZW和ZE两种涂
层液进行棉的抗紫外整理,工艺：
浸轧法工艺流程：浸轧→烘干→焙烘
轧液率：70~80%
烘干：100℃,2min
焙烘：160℃,2min或180℃,1min
浸轧液：ZW110涂层液 5.0（wt%)
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银抗菌剂
银的抗菌作用与它的价态有关,价态越高，杀菌
作用越强:
Ag3+ > Ag2+ > Ag+
高价态的银的还原电势高，能使周围空气产生
活泼的原子氧，具有抗菌作用;同时，银离子能与细
菌体内酶蛋白的巯基结合，致使细菌死亡。细菌死
亡之后，银会游离出来，继续发挥作用：
酶-SH + Ag+ → 酶-SAg + H+
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存在的问题:纺织品抗紫外性能的好坏,不 仅取决于纤维对紫外线的屏蔽和吸收， 也取决于织物的厚薄及织物组织结构的 疏密。
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远红外反射功能纤维 远红外反射功能纤维能吸收人体发射的热量,再 向人体辐射一定波长范围的远红外线（其中包括 最易被人体吸收的4~14μm波长段），可使人体 皮下组织中血流量增加，起到促进血液循环的作 用;由于能够反射归还部分人体辐射的红外线， 也起到了屏蔽红外线，减少热量损失的作用。据 测定，织物的保暖率可提高12%以上，应用该种 纤维可制作有保暖和保健作用的服装。
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常见的辐射远红外线的陶瓷粉
类别 氧化物
碳化物 硼化物 硅化物 氮化物
陶瓷粉名称
Al2O3、ZrO2、MgO、TiO2
ZnC、SiC、B4C、TiC TiB2、ZrB2、CrB2 TiSi2、MoSi2 Si3N4、TiN
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抗红外辐射功能的化学纤维
又称凉爽型的化纤,是在抗紫外化纤的基础上，通 过添加能吸收日光中500nm以上波长近红外辐射 的纳米级物质，使纤维对日光的屏蔽范围扩大至 0.2-5微米，就能够对日光能量峰值附近波段的辐 射起到有效的屏蔽作用，兼有抗紫外、抗红外和 抗可见光的作用，可以制作夏日休闲服、炎热气 候下的劳动防护服、野外工作服、遮阳伞以及各 类仓储、临时建筑和装饰用材料。
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第六章 纳米材料和纳米技术 在染整加工中的应用
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第一节 纳米技术概述
纳米科技是现代科学如混沌物理、量子力学、 介观物理、分子生物学和现代技术如计算机技术、 微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术相结 合的产物。它代表着今后人类科学和技术发展的 趋势,也将成为现代高科技和新兴学科发展的基 础。
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人体最易吸收的远红外辐射 人体组织中O-H和C-H键伸缩振动、C-C、C=C、C-O、 C-H和O-H键弯曲振动对应的谐振大部分为3-6微米波 段,4-14微米波段的辐射正好处在这些能级范围，容易 被吸收，这种吸收会促进上述振动，使人体皮下组织 中血流量增加，促进血液循环。
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不同织物处理前后紫外透过率（%）
Байду номын сангаас
针织物
前
后
平纹
前
后
UVA 1864 1143 1865 0.4
斜纹
前
后
缎纹 前后
1570 0.01 684 0.007
UVB 862 402 496 0.01 396 0.007 0.8 0.003
结构疏松、孔隙率高的织物,抗紫外性差
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两种方法的示意 纺丝法使纳米粒子与纤维物质融为一体,但只是用于 人造纤维;染整法则应用范围广而灵活，且能较好地 发挥纳米材料表面改性功能，但耐久性欠佳。
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纳米材料在功能化合成纤维生产中的应用
抗紫外功能化纤:
太阳光中能穿过大气层辐射到地面的紫外线占总能量的 6%,按其波长可分为三段：
（3）根据需要可以在复配后兼有抗紫外线功能；
（4）对热和光的作用稳定；
（5）光谱抗菌性，可抑制多种病菌；
（6）加工方便，适用纺织品范围广泛。
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导电型功能化学纤维 添加炭黑纺制而得的黑色导电纤维; 以二氧化锡、氧化锌和二氧化钛等白色纳米粉 体材料为添加剂纺制而得的白色导电纤维。
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纺织品抗紫外性能的表述和测试
美国AATCC Test Method 183-2000标准
UPF-ultraviolet protection factor
UPF
420000ES 420000EST
E=relative erythemal spectral effectiveness
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纺织制品是人类最早开始生产的物质产品之一,因 而纺织行业是不折不扣的传统产业。同时，纺织 业发展的历史又表明:它也是一个与时俱进的行 业。科技领域的每一次进步，都会给纺纱织布及 整理这古老的技术带来一次革命，使它跟上时代 步伐，为人类造福。
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纳米材料在纺织制品中的应用主要有两种途径: 1）在化学纤维的制作过程中用共混或复合纺丝 法将纳米材料加到纤维中; 2）在纺织品的染整加工过程中将纳米材料施加 到纤维和织物的表面。
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其它用纳米材料改性的功能化纤
阻燃纤维 吸水吸湿纤维 耐热纤维 磁性纤维 发光纤维
变色纤维 芳香纤维 储能纤维 防辐射纤维
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采用纺丝法通常只能制作抗菌除臭的化 学纤维,而大量的需要抗菌功能的天然纤 维，必须采用后整理的方法来获得抗菌 除臭效果。
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采用纳米材料后整理方法开发的功能纺织品
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纳米级无机抗菌剂的种类 第一类抗菌剂即元素、元素的离子及其官能 团的接触性抗菌剂,如:Ag、Cu、Zn、S、As 、 Ag+ 、 Cu2+ 、 SO32- 、 AsO2-等; 第二类抗菌剂即光催化抗菌剂，如：纳米 TiO2、纳米SiO2和纳米ZnO等。
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抗菌剂的作用机理
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3种凉爽功能涤纶织物的性能
对UVB的屏 对近红外的
蔽率
屏蔽率
96.36%
89.26%
织物表面温度即温差
高温侧 低温侧 温差
51.6
49.5
2.1
97.18%
88.89%
50.6
49.0
1.5
95.73%
88.70%
50.9
48.0
2.9
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抗菌除臭型功能化学纤维
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光催化抗菌剂
纳米尺寸的该类抗菌剂,不仅因比表面增大
提高了抗菌能力，还因为在纳米尺度时，这类
抗菌剂的光生电子和空穴氧化还原能力增强，
受光照射，它们能在一定条件下自行分解出自
由电子，同时留下带正电的空穴:
ZnO/TiO2 + hv → e- +h+ e- +O2 → ·O2H+ + H2O → ·OH + H+
选用制作功能化纤所用的纳米材料,借助后整理加工 方法如浸渍法、浸轧法或涂布法，可以进行各种天 然纤维织物的抗紫外、远红外保健、抗红外、抗菌 除臭、导电、抗静电、阻燃等功能性产品的开发。 该方法也可以用于化学纤维以及它们与天然纤维的 混纺交织物的加工。
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以棉和蚕丝织物的抗紫外整理为例: 选用对紫外线有发射、吸收等屏蔽、隔绝作用的纳 米粉体材料,进行表面改性、功能互补、组分复配 以后，依据棉纱特性，分别选用相应的粘合剂或涂 层机以及相应的稳定剂、柔软剂等组合助剂和合理 的整理工艺对棉织物和丝织物进行整理，整理后织 物对紫外线的屏蔽率可大幅度提高。