纤维新材料及应用-8纳米及其他纤维.ppt
纤维新材料及应用5功能纤维PPT课件
1955－1965第一阶段，酝酿时期， Sanitary整理，引起了人们的兴趣。
1965－1975第二阶段，前半期 追求抗菌效果（有机汞、有机锡、 有机铜、有机锌、酯系列化合物及 含硫有机物）；后半期安全性引起 了争议。
1973年（日本）停止使用 有机汞。美国道康宁公司开发了DC －5700抗菌剂，1975年开始商品化 生产。
其他各种类型：
4、微胶囊共混型芳香纤维 5、包芯中空型芳香纤维 6、中空型多芯芯鞘芳香纤维 7、吸入型共混芳香纤维 8、吸入型非完全包芯芳香纤 维
二、抗菌纤维
是指在织
微生物广泛存在，包括细菌、 霉菌、放线菌、酵母等菌类达数千 种，人类处于细菌的包围之中。纤 维上也附着很多微生物，一般在 103－108个/cm2之间，条件适宜就 会迅速繁殖，产生危害。
香气浓郁。
3、合成香料
19世纪末期，合成香料问世， 开始广泛应用，打开了市场的大门。
各种芳香气味的心理医疗效果:
醒神 ——薄荷、桉树、柠檬、马鞭草、香茅、麝香 草、玫瑰、迷失香
催眠—— 檀香、橙花油、熏衣草 抑制食欲——艾蒿精油、迷失香精油、桉树精油、松 藻精油
促进食欲 ——麝香草、月桂叶、柠檬、肉豆蔻、 香精花、洋葱、大蒜
有机金属化合物：
有机汞、锡、锌、银、钛
无机金属化合物：
硝酸银、硫酸铜、氯化锌。
具有很高的抗菌性，与硫氢基 结合性强。对金黄色葡萄球菌、白 癣菌、大肠杆菌显示很好的杀灭作 用。
是非致病性细菌。
此外，人体分泌产生的汗液、 皮脂受到细菌的分解作用，产生氨 气等恶臭气体，不仅使服装沾带体 臭，还会使人穿着不舒适。
4、对纤维本身性能的保护
高效抗菌新型生物基纤维家纺面料的研发及应用
高效抗菌新型生物基纤维家纺面料的研发及应用齐振鹏 宋均宜 张书峰 李洋 钟军 孟娜（山东联润新材料科技有限公司）摘要：本文通过对新型生物质纤维海洋胶原蛋白纤维与银纤维无纺布的性能分析，根据纤维及无纺布的性能设计合理的生产流程，通过改造设备，优化工艺，解决了海洋胶原蛋白纤维及银纤维无纺布在棉纺系统中纺纱的技术性难题，开发出亲肤透气、抗菌抑菌的多功能面料。
关键词：海洋胶原氨基酸纤维；银纤维无纺布；小比例纤维；高效抗菌随着人们消费水平提高和健康意识不断增强，各种抗菌、抑菌等功能性纺织品越来越受到消费者青睐，后疫情时代人们对床品的抗菌、舒适等功能性也提出了更高要求；绿色安全、抗菌抑菌的功能性纺织品有良好的市场前景。
采用银纤维无纺布、海洋胶原氨基酸纤维生产高效抗菌纺织品，其抗菌效果持久、安全环保、舒适健康等优点，解决了生物基纤维与银纤维无纺布在棉纺系统纺纱的技术性难题，开发了多种高效抗菌纱线面料，满足纺织品不同场景下的功能性需求。
以赛紧纺海洋胶原氨基酸纤维/竹纤维/银纤维 48/48/4 40*40 173*120*105″4/1+1/4不规则缎条面料为例，介绍本项目研究。
1.纤维指标及工艺流程1.1 纤维特性海洋胶原氨基酸纤维是以生物科技超分子技术将海洋胶原胜肽氨基酸注入到再生纤维素纤维中制成的一种新型生物基纤维，其制备流程如下图所示。
该纤维与人体皮肤具有很好的亲和性，具有天然除臭、防紫外线等功能。
银纤维无纺布是采用磁控溅射技术将银离子与生物基无纺布复合制成的导电织物，通过银离子有效阻止病菌的繁殖和传播而达到强效抗菌目的，适用于服饰、家纺、医疗卫生、保健等领域，具有强效抗菌、耐洗涤特性。
图1 海洋胶原氨基酸纤维循环流程图2 银纤维无纺布1.2 工艺流程生物基纤维：F A002圆盘抓棉机→F A022-6多仓混棉机→Z F A1102A精开棉机→F A046A振动棉箱给棉机→F A141A单打手成卷机→F A224D梳棉机+银无纺布→J W F1310并条机（予并）→J W F1310并条机（一并）→J W F1310并条机（二28 HOME TEXTILE TIMESFEATURES专题报道2.1.2 锡林-盖板隔距对纱线质量的影响图3不同生条定量和出条速度与棉结的关系图4不同锡林-盖板隔距与棉结的关系图5不同锡林、刺辊速度与棉结的关系并）→RSBD22C并条机（末并）→FA497粗纱机→JWF1510细纱机→S A V I O自动络筒机→B E N N I N G E R整经机→K A R L MAYER耶浆纱机→ZAX9100喷气织机。
纳米材料的特性及应用
纳米材料的特性及应用摘要系统阐述了纳米材料的特性,并重点介绍了纳米材料在陶瓷领域,医学上,皮革制品上,环境保护等方面的应用。
并对纳米材料未来的应用前景进行了展望。
关键词：纳米材料特性应用前言纳米，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于万分之一头发丝粗细。
当物质到纳米尺度以后，大约是在1-100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料即为纳米材料[1]。
纳米材料处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，即接近于分子或原子的临界状态。
在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。
纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。
纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。
由于纳米材料从根本上改变了材料的结构，使得它成为当今新材料研究领域最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象[2]。
近年来，纳米材料取得了引人注目的成就。
例如，存储密度达到每平方厘米400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世[3]。
充分显示了纳米材料在高技术领域应用的巨大应用潜力。
纳米材料诞生多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。
进入90年代后，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。
一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。
纤维新材料及应用-4高性能纤维
腹壁修补、胸隔膜修补、疝修 补作为暂时支撑材料。
器官修复（脾脏、肝脏、肾脏） 的包复物
体内定位材料。
3、人工假肢
和其他纤维一起混合制作人工骨的 强化纤维。
4、人工皮肤
创面敷布，不仅保证创面纤维芽 细胞很好生长。而且与生体亲和性好， 能被创面吸收，愈后皮肤光滑。
此外还开发了许多止血纤维，其 他载体性纤维。
美国杜邦的聚酯Aquasorb是一种羧 甲基纤维素钠。
卫生用品材料—尿布、卫生巾、高效 吸血纱布、绷带，快速吸收体液，不 沾伤口。
农业、林业、园艺——与其他纤 维混用制成的膜，作为土壤保水剂， 透水透气性好，所吸收的水份95％可 被植物利用，用它制成的“水合土” 可在沙漠中种植庄稼。
五、生体吸收性纤维
性能指标：
砂岩色（粗品种）和金色（细品种）
密度：1.3 回潮率：0.1 介电强度：190 电阻率：5*1016 热容量：1.34
应用：
工艺传送带：使用寿命长 压滤材料：与金属网媲美 防护编带：电缆包覆 工业用鬃丝：热清洗
防护服装：缝纫线，搭扣带 运动弦线：弹性好。 音乐弦线：音调品质独特。 热塑性复合材料：航空原件，医疗 工具和骨骼代用品。
（一）生体吸收性纤维的分类
天然材料——羊肠线、纤维素、 甲壳素、胶原质、海藻酸盐。
合成材料——聚乙交酯酸酯共聚物、琥珀酸共聚物、聚酰 胺酯、玻璃质。
混合材料——明胶＋聚乙烯醇
（二）应用
1、缝合线 最大的应用领域。30~80天后，吸收 作用完成。
2、内脏修补织物及固定材料
（四）高吸水纤维的开发应用
日本的Exlan公司的“兰西尔－F”， 能吸收120ml/g－150ml/g的纯水， 40ml/g-50ml/g的0.9％盐溶液。
纤维材料的工艺语言
纤维材料的工艺语言纤维材料是一种具有高强度、轻质、柔韧性和良好的抗腐蚀性能的材料。
它们广泛应用于航空航天、汽车、建筑、生活用品等领域。
纤维材料的制作过程需要精湛的工艺技术和严格的质量控制。
以下将从纤维材料的种类、制作工艺以及应用领域等方面进行详细的介绍。
一、纤维材料的种类1. 碳纤维：碳纤维是一种具有高强度和低密度的材料，通常由聚丙烯或聚丙烯腈纤维制成。
碳纤维可以用于制作航空航天器件、汽车零部件、体育器材等。
2. 玻璃纤维：玻璃纤维是一种具有优良的机械性能和耐腐蚀性能的材料，通常由熔融的玻璃纤维束拉丝而成。
玻璃纤维可以用于制作建筑材料、船舶结构、电子产品外壳等。
3. 聚合物纤维：聚合物纤维是一种具有优良的柔韧性和耐磨性能的材料，通常由聚酯、聚酰胺或聚烯烃等高分子材料制成。
聚合物纤维可以用于制作服装、家具、车辆内饰等。
二、纤维材料的制作工艺1. 碳纤维制作工艺：碳纤维的制作工艺主要包括纤维原料的选取、纤维制备、预浸料的制备、层叠成型、热压成型等环节。
在制备碳纤维的过程中，需要严格控制原料的质量、温湿度和压力等参数，以保证碳纤维制品的质量和性能。
三、纤维材料的应用领域1. 航空航天领域：碳纤维是一种重要的航空航天材料，它可以用于制作飞机、导弹、航天器等。
碳纤维制品具有优良的耐腐蚀性能和高强度，可以大幅减轻航空航天器件的重量，提高其飞行性能。
2. 汽车领域：纤维材料在汽车领域的应用越来越广泛，特别是碳纤维和玻璃纤维。
碳纤维可以用于制作汽车车身、底盘、发动机零部件等，而玻璃纤维可以用于制作汽车外壳、车窗等。
3. 建筑领域：玻璃纤维是一种重要的建筑材料，它可以用于制作建筑墙体、屋顶、地板、隔热材料等。
玻璃纤维制品具有优良的耐候性和抗腐蚀性能，可以有效延长建筑物的使用寿命。
4. 体育器材领域：碳纤维具有优良的柔韧性和抗冲击性能，因此在体育器材领域得到广泛应用。
滑雪板、高尔夫球杆、网球拍等都可以采用碳纤维材料制作，以提高其使用性能。
高性能纤维的性能及应用
高性能纤维的性能及应用新材料智库摘要: 高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维。
简述了高性能纤维的基本分类，并介绍了芳纶纤维、PBO 纤维、碳纤维、玻璃纤维四种高性能纤维的性能及应用，并分析了高性能纤维今后的发展趋势。
0 引言高性能纤维是指具有高承载力、高耐久性的化学纤维，它们具有特殊的物理、化学结构以及功能性，如高强、高模、高弹性、耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐辐射、抗燃、耐磨损、导电等功能。
一般指强度大于17. 6cN/dtex，弹性模量在440cN/dtex 以上的纤维。
这类纤维采用高新技术制成，大多应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学等领域。
高性能纤维分为两大类:有机纤维和无机纤维。
目前，比较常见的有机纤维主要包括间位芳纶(芳纶1313)、对位芳纶(芳纶1414)、PBO 纤维等；无机纤维主要包括碳纤维、玻璃纤维等。
其主要性能对比如表1 所示：1 几种主要的高性能纤维1. 1 芳纶纤维芳纶(Aramid fiber)，又称芳香族聚酰胺纤维，是一种新型高科技合成纤维，主要包括全芳香族聚酰胺纤维和杂环芳香族聚酰胺纤维两种，可分为间位(PMTA)、对位(PPTA) 和邻位三种，目前常用的主要有间位芳纶和对位芳纶两种。
其中PMTA与PPTA 的主要区别在于酰胺键与苯环上的连接位置不同，其分子结构见图1。
1. 1. 1 间位芳纶间位芳纶，即聚间苯二甲酰间苯二胺(PMTA)纤维，商品名为Nomex，是由酰胺基团相互连接间位苯基构成的排列规整的锯齿型大分子。
间位芳纶具有良好的力学特性，属难燃纤维，极限氧指数LOI≥29%，在空气中不会自燃，离火后自熄，阻燃性好;玻璃化温度为270℃，高温环境中仍可保持较高的强度和较好的稳定性，当温度超过400℃时，纤维逐渐开始发脆、炭化形成隔热层，起到保护作用；间位芳纶介电常数很低、绝缘性好，并具有优良的抗辐射性能。
间位芳纶具有优异的耐热性、化学稳定性，可在高温环境中长期工作，将其加工成过滤袋，可用于空气污染较重领域的高温烟尘过滤。
纳米材料的介绍
纳米材料的介绍一、纳米材料概述纳米材料是指纳米级尺寸的材料，具有良好的化学、光学等性能。
纳米材料泛指三维空间中至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。
根据物理形态的不同，纳米材料可划分为五类：纳米薄膜、纳米粉体、纳米纤维、纳米块体、纳米相分离液体。
纳米材料的性能一般由量子力学决定，其光、电、磁、热性能与普通材料存在明显的差异。
相较于传统材料制品，纳米材料制品在光学、热学、力学、化学等性能方面具有明显优势。
从概念来说，纳米材料是由无数个晶体组成的，它的大小尺寸在1-100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度，它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料，试图打造一种全新的新技术材料，将来为人类创造更大的价值。
二、纳米材料定义纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域，实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中，在结构上有序度的变化，在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别，对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入地认识。
三、纳米材料的性质1、"强" 在电子，医保，环保，能源等领域具有更多的优势。
2、"高" 适用纳米材料制作的器材，拥有更高的耐热，导电，高磁导性，可塑性。
3、"轻" 纳米材料更加轻更加便利，体积变小的同时还可以提高效率。
纤维新材料及应用-8纳米及其他纤维
从可见光到红外线波段内，都有较 好的透光性。
不能单独使用，制成传光束、传像 束、纤维板、光缆等。
用于胃镜等医用纤维内窥镜、工 业用内窥镜及精密传感器的图像传 送元件，也可用于光通讯。
3、渐变型玻璃光导纤维 又称聚光纤维，类透镜纤维
折射率从纤维的轴心沿径向递减， 光在纤维内通过反复聚焦、散射而 向前传递。
料，制作新一代计算机
纳米塑料——蒙脱土，高强度、耐磨耐热、轻、透明的
塑料
屏蔽的纳米涂料——炭黑可变成彩色
玻璃和瓷砖涂以纳米薄膜，可以自清 洁。纳米的催化作用，可以使污物、 细菌变成气体。
纳米粉可使废水净化。 纳米铁粉掺入润滑剂中，具有自修复 功能。 食品采用纳米技术，提高肠胃吸收。 靶向药物，磁性导航定向治疗。
3、量子尺寸效应 当粒子尺寸小 到一定时，费米能级附近的电子能级 由准连续变为离散能级，此时，原为 导体的物质有可能变为绝缘体，反之， 绝缘体有可能变为超导体。
4、宏观量子的阳隧道效应： 隧道效应是指微小粒子在一定情况下
能穿过物体，就像里面有了隧道一样 可以通过。
（三）纳米纤维的用途
纳米纤维的用途很广，如将纳米纤维 植入织物表面，可形成一层稳定的气体 薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水， 又可防油、防污；
用途
通讯、传输、医学、交通、装饰 等领域。如网络宽带、数码传输、 照明、标示、光学计量测试、复印、 医疗器械、光导向器、数字显示、 光传感器、广告、工艺品等。
2、皮芯型玻璃光导纤维
由两种或两种以上折射率不同的 玻璃以皮芯形式复合而成。
芯材：折射率和透明度高的玻璃， 以镧系或铅系玻璃为主。直径小于 100微米。粗者易断。
制造方法： （3）复合纺丝法：芯层中加入
纤维新材料及应用-8纳米及其他纤维
八、医用纤维 医疗用纤维材料。包括人体代用
材料和医疗卫生材料等。
要求纤维无毒、纯净、无过敏反 应、无致癌性、不产生血栓、不破 坏血细胞、不改变血浆蛋白成分等。
对周围组织不引起炎症和异物反应， 长期埋植在体内或作为内脏的组成 部分不会丧失抗张强度和弹性等物 理机械性能，能经受必要的消毒措 施而不产生变性以及易于加工成复 杂的形态等。
将重金属化合物加入普通纤维中。 获得较高的抗X射线辐射功能。
制造方法： （1）离子交换纤维吸附法：将
常规制成的阳离子交换纤维，浸泡 在铅盐或其他重金属离子的溶液中， 调整溶液的浓度和pH值，使纤维充 分吸附，冲洗干燥。
制造方法： （2）共混纺丝法：将氧化铅或
硫酸钡微粉与聚合物共混，通过熔 融纺丝或溶液纺丝。重金属化合物 含量可达30~60%。
1、多肽纤维 缩多氨酸纤维
一种含有重复肽键或缩氨酸键（CO-NH-）的聚氨基酸类纤维。
主要指标：
线密度： 5.6~105dtex 强度：0.9~26cN/tex 伸长率：2.1%~45% 初始模量：13~645cN/tex
制法： 将分子量为8*104~35*104的多肽，
与少量尿素溶于六氟异丙醇溶剂中， 经湿纺、干纺或干喷-湿纺后，再进 行拉伸处理。
制造方法： （3）复合纺丝法：芯层中加入
重金属微粉，外包不含重金属的高 聚物，可避免重金属直接接触人体。
用途： 核电站消防服、医院放射科防
护服、工业射线防护用品。
八、光导纤维 导光纤维、光学纤维。把光能闭
合在纤维中而产生导光作用的纤维。
由两种或两种以上折射率不同的 透明材料制成。
基本类型：有起导光作用的芯材和 能将光能闭合于芯材之中的皮层构 成的。
纤维新材料及应用-3物理改性纤维
用途： 秋冬季衣料，登山服，滑雪服。 被褥的棉絮。铺层性良好，保暖 性与羽绒相当，可洗性好，不成堆 成团。
（二）三维卷曲纤维 螺旋状卷曲纤维，具有优良的蓬松 性和垫弹性。 三维卷曲+中空=极好的保暖性
制造方法 双组分法：两种具有不同收缩性的 聚合物纺丝，经热处理后产生三维 卷曲。
双组份材料：改性聚பைடு நூலகம்+聚酯 聚酰胺+聚酯 要求有较大的熔融粘度差。
原丝截面： 各种形状单丝的无规组合。
2.异形异旦多异混纤丝 单丝线密度1.1dtex以下占5%以上， 保持良好的柔软性。 异形粗旦丝的线密度大于3.3dtex 的占20%以上，保证蓬松和干爽感。
为了防止异形纤维的凹凸部分相互 啮合，失去蓬松性，在多异混纤丝 中混入一种特殊的异形纤维——钩 形纤维。 钩形纤维的截面尺寸有特殊要求。
化学方法：
选择合适的第三单体进行共聚，破坏分子结 构的规整性。或者引入刚性链段，以提高冷 结晶温度，抑制结晶速度。 聚酯的共聚单体：间苯二甲酸及其衍生物、 己二酸、新戊二醇。 聚己内酰胺共聚单体：聚己二酰己二胺盐。
三种类型： 沸水收缩型：拉伸倍数4.6，定 型温度35°，沸水收缩率30.0%， 干热收缩率38.3%。
五、混纤丝 （一）异收缩混纤丝 由收缩纤维与普通纤维组成的复合 丝。 两种纤维的沸水收缩率差大于 10%。
主要类型有： 微小丝圈异收缩混纤丝 超高收缩型异收缩混纤丝，差异 20%以上。 超低收缩型异收缩混纤丝。 鞘丝用自伸长纤维。
（二）异旦混纤丝 粗旦纤维与微细纤维混纤的方 法制成。既有柔软性和悬垂性，又 有身骨。
制造方法： 并列纺丝
同板纺丝
（三）异形混纤丝
由截面形状不同的单丝组成。 纤维之间存在空隙和毛细管结构。织物 具有良好的蓬松性和回弹性。
纳米材料简介ppt课件
The end
18
纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为催化剂提供了必要条件。 目前纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等广泛用于高分子聚合 物氧化、还原及合成反应的催化剂。如用纳米镍粉作为火箭固体燃 料反应催化剂，燃烧效率提高100倍；以粒度小于100nm的镍和铜锌合金的纳米材料为主要成分制成加氢催化剂，可使有机物的氢化 率达到传统镍催化剂的10倍；用纳米TiO2制成光催化剂具有很强的 氧化还原能力，可分解废水中的卤代烃、有机酸、酚、硝基芳烃、 取代苯胺及空气中的甲醇、甲醛、丙酮等污染物。
12
C 5 hapter 纳米材料的应用
1、在半导体中的应用
当前微处理器已达到550万个晶体管的集成度、600MHZ的频率和 0.18的线宽，仍满足不了技术发展的需要。根据Intel公司预测，到 2011年微处理器将达到10亿个晶体管的集成度、10GHz 的频率和0.07的线宽，这使以硅为主要材料的超大规模集成电路(VLSI) 的工艺和原理达到极限要继续发展必须寻求工艺和技术突破。“光电 集成”就是其中一个途径，在硅电路中用光连接取 代电连接。然而大块的硅或锗的发光效率很低，且发光波段在近红外， 不适合“光电集成”。寻求一种有效产生光发射的硅基材料已成为材 料科学的一个热点。半导体纳米材料在可见光区具有较高的发光效， 发光波段与发光效率可由纳米材料的尺寸得以控制。此，多孔硅中的 量子点结构、二元半导体化合物中的嵌埋结构及半导体超晶格材料， 在光纤通讯和光探测器方面有广泛的应用。
4
C 3 hapter 纳米材料的纳米效应
1、量子尺寸效应
2、小尺寸效应 3、表面效应 4、宏观量子隧道效应 5、库仑阻塞和量子隧穿 6、介电陷域效应
5
表面效应
6
布朗运动
新型纤维素纤维Formotex的性能及应用
２１ Ｆ 珊０ ｘ ． ０ ｔ 纤维 素纤 维的结构 ｅ
２１１ 形 态结构 ．．
性 好 ，回潮率 接 近于 竹纤 维和 黏
胶纤 维 ， 一般 在 １％左 右 ， 吸湿 ２ 且
ｔｘ ｅ纤维结 晶度低 、 晶区大等有关 非
的， 但由于Ｆ珊 ｏ ｘ ｏ ｔ 纤维分子量和聚 ｅ
Ｆ ｒ ｏｅ纤 维素纤 维截 面呈圆 ｏｍ ｔ ｘ
６ ％。 ５
出沟痕 或沟槽 状 ， 边沿具有不规则 的锯齿形 ， 沿纤维纵 向有很多条纹。 该 结构有 利 于吸湿 、 湿 、 导 透气 和
速 干 ［ Ｉ ｌ ０
ｂ Ｆ珊 ０ ｘ ． ０ ｔ 纤维 的质量 比电 ｅ
阻大 ， 静 电现象 突 出 ， 表 面具 抗 且
有一定 的摩擦 系数 ， 维间有较好 纤 的抱合 力 ，纺纱 时不易产生静 电 ，
纤维。 利用）
度 ［ １ ｌ ０
ｃ Ｆ 珊０ｅ纤维强度高 ， ， ０ ｔ ｘ 接近 于涤纶。 湿态强度较高 、 伸长性好 ， 干态断裂强力 和断裂伸长率 大 ， 刚
性、 湿模量 、 始模量 大。 初 ｄ Ｆｒ０ ｘ ． ｏｍ ｔ 纤维光泽亮丽 ， ｅ 手 感 轻柔滑 爽 ， 耐磨性 好 ， 钩结强 度 和结节强度大 。 ｅ Ｆｒｏ ｘ ． ｏｍ ｔ 纤维染 色性能好 ， ｅ 上染率高 ， 吸色均匀透彻 ， 染色牢度
２１ 微结构 ．２ ，
能显著 减少缠绕机件 的现象 ， 具有
良好 的可纺性 。
由Ｆｒ ｔ 纤维的红外光谱 图 ｏ ｅ ｍｏ ｘ 分析 可 以看 出 ，ｏ ｏ ｘ 维 与黏 Ｆ珊 ｔ 纤 ｅ 胶纤 维 的光谱指 纹 区有相 似 的特 征， 这表明Ｆ ｒ ｏ ｘ ｏｍ ｔ 纤维属于纤维素 ｅ
速率 较快 ， 细管效 应强 ， 毛 透气 性
纳米材料在纺织领域的应用
综述与专论合成纤维工业,2024,47(2):58CHINA㊀SYNTHETIC㊀FIBER㊀INDUSTRY㊀㊀收稿日期:2023-06-08;修改稿收到日期:2024-02-28㊂作者简介:陈海通(1999 ),男,硕士研究生,主要从事纳米纤维材料及功能性纺织品的研究㊂E-mail:chtloik@㊂基金项目:陕西省重点研发计划项目(2023-YBGY-487)㊂㊀∗通信联系人㊂E-mail:1141101240@㊂纳米材料在纺织领域的应用陈海通,王进美∗,王㊀丞,魏玲玲,何志宽(西安工程大学纺织科学与工程学院,陕西西安710048)摘㊀要:综述了纳米材料在纺织领域的应用现状及存在的问题,对今后的发展方向进行了展望㊂目前,纳米材料在纺织领域的应用非常广泛,将具有特殊功能的纳米材料与纺织原料进行复合,可以制备具有各种功能的织物,如抗菌㊁拒水拒油㊁抗紫外线㊁抗静电等㊂但在应用中也存在一些问题,如安全性㊁稳定性㊁可持续性和环境友好性㊁可操作性和成本,以及纺织品的可回收性等㊂今后,纳米材料在纺织品中的应用发展趋势和研究方向主要包括新材料和新技术的应用㊁环保型纳米材料及应用技术的开发㊁提高应用技术的可操作性和降低成本㊂关键词:纳米材料㊀纳米技术㊀功能纺织品㊀应用中图分类号:TQ342+.8㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001-0041(2024)02-0058-06㊀㊀随着纳米技术的不断进步,纳米材料得到不断开发,将纳米材料整合到纺织品基材中,为纺织品带来了许多新功能,如抗菌㊁防污㊁抗紫外线㊁自清洁㊁抗静电㊁导电等,这些功能纺织品可应用于包括医疗保健㊁体育㊁军事和时尚等多方面领域㊂近年来,智能纺织品越来越多地受到人们关注,许多纺织材料如棉㊁丝㊁合成纤维被用于集成智能性纳米材料的基材,利用纳米材料开发了通过电㊁颜色或生理信号感知和响应外部刺激的智能纺织品[1]㊂传统的功能化方法难以使纺织品产生永久性的功能效果,如纺织品经洗涤后功能会降低,这是纺织行业目前面临的技术难题,而纳米材料以其高强度和韧性可以无缝融入纺织品中,并响应机械㊁化学㊁电㊁热㊁光或磁刺激㊂将具有特殊功能的纳米材料应用到纺织品中,不仅可以提高纺织品的性能,还可拓展纺织品在不同领域的应用潜力㊂1㊀纳米材料在纺织领域的应用纳米材料是一种全新的超微固体材料,由纳米粒子构成,其纳米粒子尺寸为1~100nm,具有表面效应㊁小尺寸效应和宏观量子隧道效应㊂纳米技术是在100nm 以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理,即用单个原子㊁分子制造物质的科学技术㊂纳米材料在纺织领域的应用非常广泛,将具有特殊功能的纳米材料与纺织原料进行复合,可以制备具有各种功能的织物,如抗菌㊁拒水拒油㊁抗紫外线㊁抗静电等[2]㊂1.1㊀抗菌纳米材料用于纺织品的抗菌纳米材料很多,如二氧化钛(TiO 2)[3]㊁壳聚糖[4]㊁银(Ag )[5]㊁氧化亚铜(Cu 2O)[6]和大麻纤维[7]等㊂将这些活性纳米材料以化学或物理方式掺入织物中,如通过静电纺丝㊁纳米沉淀或自组装方法可开发各种各样的抗菌纺织品㊂无机抗菌纳米材料是一类长效㊁广谱㊁高效㊁安全的新型抗菌剂,且其耐高温特性是其他类型的抗菌剂所不能达到的,目前以纳米Ag㊁纳米TiO 2为主㊂1.1.1㊀纳米Ag 无机抗菌剂纳米Ag 是最早应用于纺织品的抗菌纳米材料之一,其作为抗菌剂掺入到织物中可在不改变织物机械性能的情况下表现出高效的抗菌活性[8]㊂纳米Ag 颗粒的尺寸非常小,这有助于Ag 颗粒通过细胞壁和细胞膜扩散到细胞质中,并与细胞膜上的含硫蛋白质结合,从而在结构上改变细胞壁的形态[9],由于渗透压的变化,细胞膜将细胞质释放到细胞外液中,从而起到抗菌作用㊂此外,Ag +可与含磷酸盐的蛋白质结合,与硫醇基蛋白质发生反应导致细胞死亡[10]㊂A.H.PATIL 等[11]采用化学合成和沉积方法获得Ag 纳米粒子涂层棉织物,发现Ag纳米粒子稳定㊁单分散㊁均匀沉积在棉织物上并表现出最高的抗菌活性㊂MENG M等[12]通过在蚕丝表面引入聚丙烯酸(PAA)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)多层膜作为基质,在此基础上原位还原合成高密度纳米银(AgNPs),所制备的蚕丝可以在长达120h 内持续释放Ag+,具有一定的抗菌持久性㊂孔祥宇[13]采用超声溶胀-原位还原法将纳米Ag中的Ag+吸附在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维内部制备纳米Ag抗菌PPTA纤维,纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率在99%以上㊂纳米Ag抗菌剂具有优异的抗菌效果和更高的操作安全性,因此含Ag纳米材料的应用广泛㊂1.1.2㊀纳米TiO2TiO2属于光催化型无机抗菌剂,同样可以赋予纺织品抗菌性㊂TiO2可以产生活性氧(ROS),如超氧化物或羟基自由基[14],这些ROS可以与细菌的细胞壁和细胞膜相互作用破坏细菌的细胞膜,同时降解细胞产生的毒素,最终导致细胞死亡㊂ROS还可以分解有机物或油性污垢,赋予纺织品自清洁性能㊂在TiO2中掺杂一些其他活性物质,如Ag㊁二氧化硅(SiO2)㊁氧化锌(ZnO)等,可以进一步增强这种自清洁性能[15]㊂S.RIAZ 等[16]将TiO2纳米颗粒经含环氧基团的硅烷偶联剂(GPTS)和长链疏水剂(QASC)功能化处理后应用于棉织物的处理,发现经过处理的棉织物表现出持久的超疏水性㊁自清洁性和抗菌性㊂孙正琪等[17]采用快速溶胶-凝胶法制备硫㊁氮共掺杂TiO2溶胶,通过浸渍和热处理将掺杂TiO2负载于棉织物上制得抗菌织物,经抗菌测试,所得抗菌织物对大肠杆菌的抑菌率达99.5%,经20次洗涤后,其抑菌率仍达93.3%㊂S.MIRUNA等[18]用水热法制备的氮铁共掺杂TiO2纳米粒子修饰氧化还原石墨烯,抗菌测试发现其对金黄色葡萄球菌和粪肠球菌菌株的生长有较强的抑制作用,可用于开发创新的自清洁抗菌纺织品㊂TiO2纳米粒子虽然无毒且具备高效的杀菌性能,但仅在紫外光下表现出光催化活性,这限制了其在光催化领域的潜在应用㊂目前,抗菌纺织品的生产主要有两种方法:一种是纺丝法,即在纺丝过程中加入纳米抗菌剂制备抗菌纤维,由纤维制成相应的抗菌纱线和织物,利用此方法生产的抗菌织物耐洗㊁抗菌持久;另外一种方法是后整理法,即将纳米抗菌整理剂通过印花㊁浸渍㊁浸轧等方法化学接枝或物理附着到织物上,此方法生产的抗菌织物通常耐洗性较差,且织物原有的物化性能容易被改变㊂1.2㊀拒水拒油纳米材料织物的拒水性是指织物不易被水润湿的特性[19]㊂拒油性与拒水性相似,是指织物不易被油浸湿,防止油及油污沾污纺织品㊂纳米材料技术应用于拒水拒油整理基于 荷叶效应 原理,荷叶效应主要源于其微观结构和纳米结构㊂采用纳米技术可以直接对织物进行表面处理,使纤维表面形成特殊的几何形状互补的界面结构(如凸与凹相间),由于纳米尺寸的低凹表面可以吸附气体分子,并且使气体分子稳定附着存在,所以在织物表面上形成了一层稳定的气体薄膜,使得油或水无法与织物的表面直接接触,从而使材料的表面呈现出超常规的双疏性,这时水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值,实现纤维织物的超疏水㊁超疏油功能㊂目前应用最广泛的拒水拒油整理剂主要有脂肪烃类[20](金属皂㊁蜡和蜡状物质㊁金属络合物㊁吡啶衍生物㊁羟甲基化合物等)㊁有机硅类和含氟化合物类㊂脂肪烃类和有机硅类只有拒水性,含氟化合物兼具拒水性和拒油性㊂1.2.1㊀拒水纳米材料目前市场上常用的拒水纳米材料包括有机氟和有机硅两大类㊂有机氟整理剂可以使被整理织物表面具有非常低的表面张力,且碳-氟键不被极化,因此,其除可使被整理织物获得优异的防水㊁防油㊁防污等特性外,还具有良好的化学稳定性和热稳定性㊂传统含氟整理剂大多为长氟碳链的(甲基)丙烯酸酯类聚合物㊂将该类聚合物整理到织物上,织物具有良好的拒水㊁拒油和防污效果,而且可以保持自身原有的优良性质[21]㊂侯再坚等[22]合成季戊四醇三(全氟己基丙基)酸,并以此为含氟单元制备含氟聚丙稀酸酯乳液,经该乳液整理的棉布水接触角为134ʎ,具有一定疏水性,但含氟整理剂的氧化降解产物会导致全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)的产生,这两种物质有很强的化学毒性㊁生物累积性㊁远距离迁移性,且生物半衰期长,会对人类健康和生态环境造成严重的威胁㊂相比于有机氟整理剂,有机硅整理剂不易在生物体内沉积㊁易降解㊁对人体无害,是更加安全环保的产品㊂有机硅是20世纪50年代发展起来95第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用的以线型含氢聚甲基硅氧烷为基础的耐洗拒水整理剂,反应性能比较活泼㊂有机硅整理通常是将有机硅拒水整理剂和辛酸锌或钛的有机化合物等催化剂配制成乳浊液浸轧织物,烘干后在150ħ焙烘数分钟,再进行水洗;在焙烘过程中,含氢聚甲基硅氧烷在纤维上形成网状聚合物;甲基在纤维表面作垂直的密集定向排列,使织物具有良好而且较耐洗的拒水性能㊂卢业炜等[23]以异佛尔酮二异氰酸酯㊁聚氧化丙烯二醇㊁双端羟乙基封端有机硅为主要原料,合成了有机硅改性水性聚氨酯拒水整理剂,并将其用于涤棉织物的防水整理,经整理后织物的水接触角为167.99ʎ,证明其具有疏水性㊂WANG Y C等[24]在工业废气中的煤灰(FA)上涂覆TiO2壳层,通过电荷吸附形成核(FA)-壳(TiO2)结构;然后将FA-TiO2接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子,形成FA-TiO2-PDMS超疏水颗粒;将超疏水FA-TiO2-PDMS颗粒与PDMS 混合形成均匀的涂层溶液,再将其涂覆到织物上获得超疏水表面织物㊂有机硅类拒水剂在分子结构中含有一定的反应性基团,整理过程中在催化剂的作用下,通过氧化㊁水解或交联成膜,或与纤维素上的羟基进行化学结合,使之达到耐久性拒水效果㊂有机硅类拒水剂在合成纤维织物上的拒水效果及耐久性均较好,而在棉和黏胶织物上稍差㊂1.2.2㊀拒油纳米材料要使织物具有不易被油性污垢沾污的性能,需提高纤维或织物表面的拒油性㊂由于油类物质的表面张力极低,因此硅烷类㊁氟化物类㊁丙烯酸类等常用于纺织品拒油整理[25],这些化学物质能够与材料表面相互作用,形成一层保护膜,从而实现拒水㊁拒油的效果[26]㊂一般采用含氟有机化合物作为拒油整理剂㊂XIONG D等[27]制备了3-(三异丙基氧基硅)甲基丙烯酸丙酯和全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯段共聚物,然后利用共聚物链段中的硅烷链段的可水解特性,将其与棉织物表面的羟基发生缩合反应,从而得到了化学接枝的超双疏涂层,织物涂层上的水和油以164ʎ和156ʎ的接触角在涂层棉织物上形成珠状,疏水性和疏油性优异㊂LI Y C等[28]通过对SiO2纳米微球进行表面改性处理,然后将其与疏油的含氟基团交联,在织物表面成功构建了具有疏油功能的光子晶体涂层,织物具有出色的疏水性及疏油性㊂经含氟均聚物乳液整理的织物的拒水拒油性虽然较好,但存在抗静电性差㊁耐久性低下等不足㊂近年来,人们通过选择共聚单体,加入添加剂和交联剂,利用架桥反应等途径,对含氟聚合物进行了多方面的改性,加入第二单体和第三单体于含氟单体中形成的三元共聚物基本上可以克服上述不足㊂1.3㊀抗紫外线纳米材料传统的抗紫外纺织品主要通过添加有机抗紫外添加剂共混熔融纺丝处理或进行表面整理得到,常用的有机抗紫外添加剂多为有机酚类化合物(水杨酸酯类㊁二苯甲酮类㊁苯三唑类和羟基苯基三嗪类等),这类添加剂长期使用后有分解失效可能,且容易产生化学性过敏,不同程度地存在毒性及刺激性等问题㊂近年来,抗紫外添加剂已逐步发展为无机紫外线遮蔽剂㊂随着锦纶㊁维纶㊁涤纶和腈纶等化纤品种的发展,超微粉体材料逐渐作为纺织助剂得到广泛的应用,特别是多种纳米尺度的金属氧化物颗粒在抗紫外功能纤维中的应用㊂许多纳米微粒对紫外线有强烈的吸收作用,其原因主要是其在紫外线照射下,电子被激发由价带向导带跃迁引起的紫外光吸收㊂作为紫外线吸收剂的纳米无机材料主要有纳米ZnO㊁TiO2㊁SiO2㊁氧化铝等㊂这些材料既能与化纤形成良好的结合,又能生成具有各种色彩的织物㊂特别是这些材料制成超细粉体或纳米尺度的颗粒时,其对收紫外的吸收显著增强㊂有机抗紫外整理剂主要通过吸收紫外线并进行能量转换,将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波,从而达到防紫外线辐射的目的㊂这类抗紫外线整理剂代表有苯酮类化合物㊁水杨酸类化合物等㊂苯酮类能吸收280~400nm的紫外线,但对280nm以下紫外线吸收较少,且有时易泛黄,价格较贵,应用较少,不过由于其具有多个羟基,对一些纤维有较好的吸附能力㊂张朋[29]通过正交试验对2-羟基-4-甲氧基-3-硝基二苯甲酮的合成工艺进行优化,合成含有紫外吸收剂结构的活性染料,用于棉纤维和丝绸染色来提高织物的抗紫外线性能,结果表明,未染色棉织物的紫外线防护系数(UPF)为1.3,染色后棉织物的UPF为17~20,抗紫外线性能明显提高㊂无机抗紫外吸收剂多为对紫外线不具活性的金属化合物的粉体,如TiO2㊁ZnO㊁氧化铝㊁陶瓷粉㊁滑石粉等,考虑到消光㊁色泽㊁透明性等使用要06㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷求,多采用ZnO和TiO2的纳米粉体作为抗紫外吸收剂㊂张永文等[30]研究了多种表面活性剂㊁酸碱度㊁超声时间等因素对纳米ZnO分散稳定性的影响,通过复配得到抗紫外整理剂,整理剂粒径分布均匀(平均粒径为111.4nm),整理后的纯棉织物的UPF达到50以上,且手感柔和,耐久性良好㊂韩克清等[31]将金红石型TiO2添加至聚合反应体系中进行原位聚合,得到PET/纳米TiO2复合材料,将复合材料纺制成纤维,金红石型TiO2在基体中分散较均匀,基本呈纳米尺寸分散;PET/纳米TiO2纤维中TiO2质量分数为1%时,纤维织物对紫外线具有优异的屏蔽效果,UPF可达50以上㊂无机纳米抗紫外剂不仅对紫外线产生屏蔽,同时也能屏蔽400~900nm波长的太阳光,所以无机纳米抗紫外剂还具有遮热功能,而有机抗紫外剂虽然具有良好的化学稳定性和与高聚物的相容性,但是紫外光吸收率较低,因此应用较少㊂目前国内已经成功开发了纳米TiO2抗紫外纤维,该技术制成的抗紫外织物对紫外线具有反射作用,而且还有特殊的选择㊁吸收性能,可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式,予以释放或消耗,具有防暑㊁隔热等性能㊂将来使用纳米级无机微粒子对传统纺织纤维进行改性,将可开发出功能更新㊁更强的纺织品㊂1.4㊀抗静电纳米材料纳米材料用于纺织品的抗静电处理主要是通过材料的导电使得电荷快速传导㊁消耗,从而使织物达到抗静电的效果㊂目前,实现纺织品的抗静电性能主要有三个途径:一是在聚合或纺丝过程中加入抗静电材料制备抗静电纤维,然后进行纺纱㊁织造,生产抗静电织物;二是使用抗静电整理剂对织物进行浸轧或涂层,得到抗静电织物;三是在纱线中混纺导电纤维或者在织物中交织具有导电性能的长丝或纱线,使纺织品具有抗静电性能㊂常用于纺织品的抗静电材料有金属粉末㊁金属氧化物㊁高分子材料㊁碳系材料等㊂金属粉末主要有金㊁Ag㊁铜㊁镍等,在纺织品中掺入金属粉末是利用金属的导电性导走静电,达到抗静电目的㊂谢勇[32]以镀银纤维作为功能组分和涤纶长丝进行嵌织,分别设计了镀银纤维的嵌织距离㊁织物的组织结构㊁织物的纬向密度不同的抗静电织物,织物经30次洗涤后仍具有很好的抗静电性能㊂金属导电材料大多容易氧化,且价格偏高,因此使用的场合并不多㊂金属氧化物主要有ZnO晶须㊁TiO2纳米粒子㊁锑(Sb)掺杂的氧化锡(SnO2)纳米粒子等㊂这些纳米材料具有良好的导电特性,可以消除纺织品上的静电荷,实现纺织品的抗静电性能㊂M. WASIM等[33]研究了Sb掺杂SnO2用于聚丙烯腈(PAN)纤维的抗静电改性,发现这些纳米粒子在扩散到纤维中时会产生导电通道,最终实现抗静电特性㊂碳系材料主要有碳纳米管㊁石墨烯㊁石墨等㊂石墨烯㊁石墨具有优良的导电性能,且分散性好,将其结合到织物中可以使织物具有良好的抗静电性能㊂黄海涛[34]采用超声氧化剥离法制备氧化石墨烯,通过浸轧-还原法得到一种高效㊁简单制备还原氧化石墨烯导电棉织物的方法㊂碳纳米管具有极好的导电性,织物中加入少量碳纳米管即可获得很好的抗静电效果,但是碳纳米管分散性较差,容易产生团聚㊂沈计成等[35]将氨基改性的碳纳米管分散在含有1,3,5-苯三甲酰氯的极性溶剂和四氢呋喃的混合溶剂中得到碳纳米管分散液;将织物浸没其中,再置于超临界二氧化碳流体装置中进行超临界处理;处理后进行水洗㊁干燥处理得到抗静电织物,织物具有较好的抗静电性能和耐水洗性能㊂金属材料虽然具有良好的导电性和优秀的抗静电效果,但是由于金属大多容易氧化,且价格也偏高,因此使用的场合并不多[36]㊂金属氧化物的抗氧化能力相对于金属材料要好很多,且价格较金属材料要低廉很多,但是金属氧化物本身多为半导体材料,导电性较差,因此需要掺杂较多的量才能达到理想的效果㊂碳系材料虽然应用比较广泛,但对于织物颜色要求较高㊂因此,金属氧化物和碳系材料的应用空间和研究价值要高于金属材料㊂2㊀纳米材料在纺织领域应用中的注意事项随着纳米技术的不断发展,纳米材料在纺织工业领域中的应用越来越广泛,但在应用中也存在一些问题需高度重视㊂(1)安全性㊂安全性是利用纳米材料及纳米技术改善纺织品功能中的首要问题㊂尽管纳米材料给纺织品带来了许多功能和性能,但纳米材料本身可能存在一定的安全风险㊂在选择纳米材料时,需考虑其毒性和生物相容性,确保使用的纳米材料对人体和环境无害,以避免潜在的健康风险,16第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用如纳米Ag粒子可通过非特异性的物理穿透作用跨过细胞膜在生物体内沉积[37];进入细胞的纳米材料可能与生物大分子发生相互作用,从而诱导遗传毒性㊁细胞凋亡㊁细胞自噻及炎症等毒性效应[38]㊂(2)稳定性㊂稳定性是纳米材料应用于纺织品的另一个重要问题㊂许多纳米材料在大气中或湿润环境下容易发生聚集或氧化反应,从而导致其功能减低或丧失㊂因此,在选择纳米材料时,应考虑其稳定性和耐久性,保证纳米材料在纺织品中可以保持其功能和性能的有效时间,以实现长期的功能改进效果㊂(3)可持续性和环境友好性㊂在一些纳米材料的制备过程及在纺织品的应用过程中可能涉及对环境的负面影响㊂因此,在选择纳米材料时,需考虑其可持续性和环境友好性,尽量选择能够降低环境污染和气源消耗的纳米材料,严格控制制备及应用过程中的废物排放㊂(4)可操作性和成本㊂纳米材料虽然可以给予纺织品多种功能和性能,但其制备及集成过程往往比较复杂,成本高,这也是限制其广泛应用的主要因素㊂因此,在选择纳米材料改善纺织品功能时应考虑其可操作性和成本,控制成本在可接受的范围内㊂3 展望随着消费者对纺织品性能要求的不断提高,纳米材料在纺织品中的应用越来越受到重视㊂纳米材料可以显著提高纺织品的功能,如抗菌㊁拒水拒油㊁自清洁㊁抗紫外㊁抗静电等,但纳米材料的制造成本较高,应用过程中可能会对人体健康㊁环境造成一定的影响㊂其次,纳米材料在纺织品中的应用可能会影响纺织品的可回收性㊂随着纳米技术的不断发展,未来纳米材料在纺织品中的应用研究和发展方向主要有以下三点:(1)新材料和新技术的应用,新型纳米材料和纳米技术的应用将为纺织品的功能化提供更多的可能性,推动纳米材料在纺织品中应用的创新和发展;(2)环保型的纳米材料及应用技术,针对纳米材料的制备及应用过程中的环保问题,未来的发展方向应致力于开发环保型的纳米材料及生产技术,以降低对环境的影响;(3)提高可操作性和降低成本,目前纳米材料的制备及在纺织品中的应用过程较为复杂,生产成本较高,因此,提高应用技术的可操作性和降低成本也是今后的研究方向㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀YETISEN AK,QU H,MANBACHI A,et al.Nanotechnology intextiles[J].ACS Nano,2016,10(3):3042-3068. 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&Innovation,2023,32:103295.Application of nanomaterials in textile industryCHEN Haitong,WANG Jinmei,WANG Cheng,WEI Lingling,HE Zhikuan(School of Textile Science and Engineering ,Xiᶄan University of Technology ,Xiᶄan 710048)Abstract :The current application status and existing problems of nanomaterials were reviewed in the textile field.And the fu-ture development direction was prospected.Nanomaterials are widely used in the textile field.By combining nanomaterials with special functions with textile raw materials,fabrics with various functions can be prepared,such as antibacterial,water and oil repellent,ultraviolet resistant,anti-static,etc.However,there are also some problems in application,such as safety,stability,sustainability and environmental friendliness,operability and cost,as well as the recyclability of textiles.In the future,the appli-cation development trend and research direction of nanomaterials in textiles mainly include the application of new materials and technologies,the development of environmentally friendly nanomaterials and application technologies,the operability improvement of application technologies and cost reduction.Key words :nanomaterials;nanotechnology;functional textiles;application36第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用。
微晶纤维素ppt课件
微晶纤维素
生产原理
微晶纤维素可用稀无机酸溶液将α-纤维素控制 水解制得，α-纤维素可从含纤维素植物的纤 维浆制得。水解后的纤维素经过滤、提纯、 水浆喷雾干燥形成干的，粒径分布广泛的多 孔颗粒。
食品工业：在食品工业上可作重要的功能性食品基料—膳食纤维 素，是一种理想的保健食品添加剂。
（1）保持乳化和泡沫的稳定性； （2）保持高温的稳定性 （3）提高液体的稳定性 （4）营养补充剂和增稠剂 （5）其他用途
微晶纤维素
制药工业：常用用作吸附剂、助悬剂、稀释剂、崩解剂。 微晶纤维素广泛应用于药物制剂，主要在口服片剂 和胶囊中用作稀释剂和粘合剂，不仅可用于湿法制 粒也可用于干法直接压片。还有一定的润滑和崩解 作用，在片剂制备中非常有用。
[4]罗素娟. 甘蔗渣微晶纤维素的研制[J]. 广西化工, 1997, 26(3): 4-7.
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化妆品：作为拼料，用于多种化妆品、皮肤治疗与护理 用品，及清洁洗涤剂的制造。
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我国供应商
潍坊盛泰药业有限公司
山东聊城阿华制药有限公司
山东新大精细化工有限公司
湖州市菱湖新望化学有限公司
宜兴市圣德力合成革材料有限公司 江苏龙浩新材料有限公司
产品现状
目前国内药用微晶纤维素总消耗量已超一万吨
微晶纤维素
理化性质
通用名：微晶纤维素，Microcrystalline Cellulose 分子式：（C6H10O5）n，n≈220 分子量：约36000 英文缩写：MCC
第六章 智能纤维
3. 交联
交联反应主要由官能度大于2的单体的聚合过 程发生。也可引发大分子链产生可反应自由基 和官能团，从而使大分子间形成新的化学键。
例1:日本工业科技机构工程实验室将高浓度(10％ -15％)的 聚乙烯醇(PVA)溶液与分子量为170000的聚丙烯酸酯类树 脂混合，在-25～-45℃ 冷冻，然后融化，重复10至20次， 直至PVA交联，成为橡胶状固体。他们将这种固体加工 成直径为1.8mm的纤维，这种纤维能根据溶液pH值的变 化而迅速膨胀和收缩。
例1:用二苯基硫代咔唑衍生物和钯等二价或三价金属化 合物对纤维进行染色，得到的纤维受光照射时能从 灰色变为青色。
例2:齐齐哈尔大学等用具有光致变色性的染料对聚酯和 聚丙烯腈纤维进行染色，制得了光致变色纤维 。
三、几类主要的智能纤维
光敏纤维、温敏纤维、pH值响应性凝 胶纤维、导电纤维、形状记忆纤维、蓄 热调温纤维、智能抗菌纤维等。
例3：沈新元等以自制的 超高分子量聚丙烯腈为原 料，通过凝胶纺丝制得了 多孔中空氧化纤维，然后 通过皂化制备了多孔中空 凝胶纤维。
7. 后处理
用本身就具有智能化功能的物质对现有的 纤维进行后处理，也可以赋予其智能化功能。
例1: 形状记忆真丝的制造:将真丝浸渍在水解蛋白质溶液 中，然后将其去水干燥、卷曲、再在水中浸渍、最后 在高压且潮湿的环境中进行热定型。
2. 接枝共聚
将具有特殊效应或功能的基团接枝到纤维中 聚合物的侧链上或聚合物的一端或两端上。
例1: Karlsson等采用臭氧活化纤维素，接枝丙烯酸单体制 备了pH响应水凝胶纤维。
例2：Vigo等以锰盐等复合引发剂，将分子量为1000－4000 的PEG直接接枝于棉花、麻等的纤维素分子链上，制 得了湿致形状记忆纤维。这些纤维湿态时会收缩，收 缩率可达35％，干态时恢复到原始尺寸。
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3、量子尺寸效应 当粒子尺寸小 到一定时，费米能级附近的电子能级 由准连续变为离散能级，此时，原为 导体的物质有可能变为绝缘体，反之， 绝缘体有可能变为超导体。
4、宏观量子的阳隧道效应： 隧道效应是指微小粒子在一定情况下
能穿过物体，就像里面有了隧道一样 可以通过。
（三）纳米纤维的用途
纳米纤维的用途很广，如将纳米纤维 植入织物表面，可形成一层稳定的气体 薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水， 又可防油、防污；
将重金属化合物加入普通纤维中。 获得较高的抗X射线辐射功能。
制造方法： （1）离子交换纤维吸附法：将
常规制成的阳离子交换纤维，浸泡 在铅盐或其他重金属离子的溶液中， 调整溶液的浓度和pH值，使纤维充 分吸附，冲洗干燥。
制造方法： （2）共混纺丝法：将氧化铅或
硫酸钡微粉与聚合物共混，通过熔 融纺丝或溶液纺丝。重金属化合物 含量可达30~60%。
三、纳米纤维
直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。
包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，以及将纳米颗粒 填充到普通纤维中对其进行改性的纤维以及在纳米级结 构上进行控制加工的纤维。
纳米纤维主要包括两个概念：一是严 格意义上的纳米纤维，是指纤维直径小于 100nm的超细纤维。另一概念是将纳米粒 子填充到纤维中，对纤维进行改性和结构 控制
目前纳米纤维市场规模大约1.40亿美元， 到2020年预期达到22亿美元。
中子吸收剂主要含硼、锂等化合 物，如碳化硼、氮化硼、氟化硼、 氟化锂等。
纤维基体一般是聚乙烯、聚丙烯、 聚酯、聚酰胺等。
制造方法：
（1）离子交换纤维吸附法：普通阴离子
交换纤维置于硼元素的化合物（硼砂、硼酸） 中浸泡。或阳离子交换纤维在锂的化合物 （氢氧化锂、卤化锂、碳酸锂）浸泡一定时 间。
艺简便，成本低，纳米碳管规模易控制，长度大，收率较高，但该 方法中催化剂只能以薄膜的形式展开。
பைடு நூலகம்
2、纺丝法制备法：又可分为聚合物喷 射静电拉伸纺丝法、海岛型多组分纺丝法 和单螺杆混抽法。
用单螺杆混抽法可制得0.001dtex（约 10nm）的纤维。
3、生物制备法： 利用细菌培养出更加细小的纤维素。 我国科学家由木醋杆菌合成的纳米级 纤维素不含木质素，结晶度高，聚合 度高，分子取向好，具有优良的机械 性能。
（一）纳米纤维的制造 纳米纤维的制造，大体可分为3大类。 1、分子技术制备法 用于单管或多管纳米碳
管束的制备，主要有3种： （1）电弧放电法：将石墨棒置于充满氢气的容器内，用高压电
弧放电，在阴极沉积成纳米碳管。
（2）激光烧蚀法： （3）固定床催化裂解法：由天然气制备纳米碳 管，将气体在分布板上有用活化了的催化剂吹 成沸腾状态，在催化剂表面生长出纳米碳管。工
制造方法： （4）含硼陶瓷纤维直接成形法：
用转化法可制成碳化硼、氮化硼、 氧化硼纤维。
织物的热中子屏蔽率：
织物层数 1
4
6
10
厚度/mm 1.30 5.20 7.80 13.00
屏蔽率/% 36 85 95.2 98.6
用途：
医疗、宇航、核能工业、军事航 空领域等辐射场合的防护用品
3、防X射线辐射纤维
水洗-脱水-干燥。
制造方法：
（2）纺丝法：聚酯、聚烯烃等作基体。
添加锂-6、硼-10或其他化合物作吸收中子的 微粒（1微米以下），进行共混或复合纺丝。
复合纺丝制取防中子纤维 芯材：70%聚丙烯+30%B4C。 芯皮质量比：10:90
制造方法： （3）熔喷纺丝法：将中子吸收
剂与聚合物、溶剂混合液在熔喷纺 丝机经高压喷出散纤维，直接制成 非织造布。
料，制作新一代计算机
纳米塑料——蒙脱土，高强度、耐磨耐热、轻、透明的
塑料
屏蔽的纳米涂料——炭黑可变成彩色
玻璃和瓷砖涂以纳米薄膜，可以自清 洁。纳米的催化作用，可以使污物、 细菌变成气体。
纳米粉可使废水净化。 纳米铁粉掺入润滑剂中，具有自修复 功能。 食品采用纳米技术，提高肠胃吸收。 靶向药物，磁性导航定向治疗。
纳米材料与纳米纤维
一、概述
1984年，德国格莱特把6纳米金 属粉末压制成纳米块——第一块纳米 材料问世。
1990年，第一届纳米科技学术会议， 正式列为材料科学分支。
是一个长度概念：毫微米，十亿分之 一米。10-9米。1埃=10-10米，原子尺 寸级。
纳米材料——由纳米颗粒构成的固体 材料。颗粒尺寸一般不超过100nm。
制造方法： （3）复合纺丝法：芯层中加入
重金属微粉，外包不含重金属的高 聚物，可避免重金属直接接触人体。
用途： 核电站消防服、医院放射科防
护服、工业射线防护用品。
八、光导纤维 导光纤维、光学纤维。把光能闭
合在纤维中而产生导光作用的纤维。
（二）纳米纤维的主要特点 1、表面效应 粒子尺寸越小，表面
积越大，由于表面粒子缺少相邻原子 的配位，因而表面能增大极不稳定， 易于其他原子结合，显出较强的活性。
2、小尺寸效应 当微粒的尺寸小 到与光波的波长、传导电子的德布罗 意波长和超导态的相干长度透射深度 近似或更小时，其周期性的边界条件 将被破坏，粒子的声、光、电磁、热 力学性质将会改变，如熔点降低、分 色变色、吸收紫外线、屏蔽电磁波等。
纳米颗粒由有限的原子构成，大量的 原子处于表面，产生量子效应，影响 到物质的性能和结构。
在机械强度、磁、光、声、热、电等 方面都与普通材料有很大不同。藉此 可以制造各种性能优良的特殊材料。
二、纳米材料特性
导电良好的金属纳米级——绝缘体 银到纳米级——熔点只有100°C 氯化锌纳米级——紫外线屏蔽剂化妆品防晒 碳纳米管——韧性好，导电性极强，微细探针，储氢材
用纳米纤维制成的高级防护服，其 织物多孔且有膜，不仅能使空气透 过，具可呼吸性，还能挡风和过滤 微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可 防生化武器及有毒物质。此外，纳 米纤维还可用于化工、医药等产品 的提纯、过滤等。
添加不同功能的纳米颗粒，可以获 得具有各种高级功能的纤维。
（四）市场前景
去年美国推出纳米纤维生产的机械方法， 被称为新型离心力纺纱(Forcespinning)。目 的是提高生产率，加强纳米纤维的应用。与 现有的纳米纤维生产方法相比，该方法至少 将生产力提高一个量级。