第六章 纳米技术在纺织品中的应用

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。
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
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。
采用纳米材料后整理方法开发的功能纺织品 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。
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。
96.36%
97.18% 95.73%
89.26%
88.89% 88.70%
抗菌除臭型功能化学纤维 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。
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。
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 织物表面温度即温差 高温侧 低温侧 温差 51.6 49.5 2.1 50.6 50.9 49.0 48.0 1.5 2.9
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。
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： 名称 UVA UVB UVC 波长 406-320 320-280 280-200 对皮肤的影响 穿透力强，使皮肤老化变黑，其作 用有积累性，不可逆 产生红斑和色素，经常照射，有致 癌危险 穿透力强，可影响白细胞，但大部 分能被臭氧层和云雾吸收
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。
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
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。
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
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。
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； （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。
针织物 前 后 前 平纹 后 前 斜纹 后 前 缎纹 后
UVA
UVB
1864
862
1143
402
1865
496
0.4
0.01
1570
396
0.01
0.007Βιβλιοθήκη 6840.80.007
0.003
结构疏松、孔隙率高的织物，抗紫外性差
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
类别 陶瓷粉名称
氧化物
碳化物 硼化物 硅化物 氮化物
Al2O3、ZrO2、MgO、TiO2
ZnC、SiC、B4C、TiC TiB2、ZrB2、CrB2 TiSi2、MoSi2 Si3N4、TiN
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
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。
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
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。
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。
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
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%)
不同织物处理前后紫外透过率（%）
疏密。
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。
E S UPF E S T
400 200 400 200
E=relative erythemal spectral effectiveness S=solar spectral irradiance
T(UVA)- The UVA transmittance T(UVB)- The UVB transmittance The percent blocking (UVA) The percent blocking (UVB)
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。
L/O/G/O
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 → ·O2-
H+ + H2O → ·OH + H+
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。
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；
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。
常见的辐射远红外线的陶瓷粉
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。
抗菌剂的作用机理
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+
L/O/G/O
第六章 纳米材料和纳米技术 在染整加工中的应用
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。