功能性陶瓷整理织物

功能性陶瓷整理织物东华大学化学与化工学院　万　震　刘　嵩上海雅运纺织化工有限公司　王靖天 【摘　要】　概括了新型陶瓷微粉的研究现状,介绍了陶瓷织物的主要制造方法,并着重讨论了几种新型功能性陶瓷织物的研究与开发状况。

【关键词】　陶瓷织物　防紫外线　抗菌防臭　保温 随着科技的发展和人们生活水平的不断提高,纺织品研究与开发逐步向多功能、高附加值发展。

80年代中期,日本率先开发的新型功能性陶瓷织物,是通过添加和配合不同种类的陶瓷微粉,采用不同方法制作而成。

它的创意始自一家陶瓷公司的奇想,该公司将具有远红外辐射性的陶瓷微粉与织物结合,据说获得了保暖效果。

到了80年代后期,日本形成一股开发热潮,许多公司相继开发投放市场。

日本这方面技术于80年代末渗入我国,1990年我国纺织高技术发展战略研讨会上展示了陶瓷整理织物的样品。

随着陶瓷整理织物功能认识的逐步发展,我国陶瓷整理的研究开发于90年代中期形成高潮,产品遍及全国市场并进入消费者的生活[122]。

1　新型陶瓷材料表1　常见的陶瓷微粉氧化物M gO A l2O3CaO T i O2Si O2C r2O3Fe2O3 M nO2ZrO2BaO ZnO SnO2Sb2O3碳化物B4C Si C T i C M oC W C ZrC T aC等氮化物BN A I N Si3N4ZrN T i N等硅化物T iSi2M oSi2W Si2等硼化物T i B2ZrB2C rB2等盐类BaT i O3CaCO3BaSO4等非金属碳粉石墨结晶莫来石堇青石绢云母萤石方解石麦饭石明矾水晶滑石高岭土沸石等1.2　陶瓷粉加工难点[2,4]1.2.1　微粉粒径:聚合物中添加的陶瓷粉粒径要在一定范围之内,不允许粗粒子的存在,否则易引起纺丝断头,使丝的制成率降低。

因此使用中对陶瓷微粉的粒径要求很高,其中用于短纤维纺丝的微粉平均颗粒直径应在5Λm以下,而用于长丝的微粉平均颗粒直径应在3Λm以下,最好小于1Λm,最细可达到0.001Λm。

目前,某些陶瓷物质的微粉加工还存在一定难度,尚需投入力量继续进行研究。

1.2.2　粉粒分散性:微粉粒径越小,其抗张力越大,在熔融树脂中易形成二次凝聚粒子而难以分散。

而二次凝聚粒子的形成会使聚合物的可纺性及纤维的物理性能等大大劣化,因此必须采用有效方法,使陶瓷微粉高度均一地分散在聚合物树脂中。

1.2.3　粉粒的干燥:在一些聚合物(如聚酯等)的熔融纺丝过程中,水分的存在将使聚合物发生降解。

陶瓷粉中不仅存在着表面间接物理吸附的分子状水,还存在以氢键为引力直接吸附的结晶水。

后者被牢固地吸附着,其运动受到限制,即使在350℃高温干燥时也有残留。

因此必须采取适当的方法处理,尽可能除去粉末中各种形态的水分。

2　陶瓷织物制造方法将远红外陶瓷粉与织物结合,最早和最简便的方法是后整理技术。

这是一种将陶瓷微粉和粘合剂、助剂(如柔软剂)按一定比例配制成整理剂对织物进行涂层、浸轧或喷雾的方法[1]。

31第22卷第5期2000年10月染 整 技 术2.1　涂层法。

即将陶瓷粉末均匀地分散在粘合剂中制成涂层剂,涂层在织物上,经干燥后制得[5]。

这类方法虽耐洗牢度及手感受到影响,但对纤维种类的适用性广,处理成本低,对应用的技术和设备要求并不高。

它包括两种加工方法。

2.1.1　将低温焙烘型金属氧化物与涂层剂混合,再涂覆到织物上去,其反应如下:M(O R)n+nH2O→M(O H)n+nRO HM(O H)n→M O n 2+n 2H2O(150℃,2m in热处理)M为金属钛、铝、硅等,R为甲基、乙基、丁基等。

该法可在织物涂上陶瓷涂层后,于焙烘过程中形成金属氧化物。

该法生成的金属氧化物颗粒细且分散均匀,但对原料限制较严,成本较高[6]。

2.1.2　把陶瓷细粉均匀分散在涂层剂中,再涂覆到织物上,使陶瓷粉固着在织物表面。

但经烘干和 或热处理后,织物上孔眼易为粘合剂所覆盖,因此会对整理织物的风格、吸水透气性有一定影响。

2.2　浸轧法。

使用传统的轧、烘、焙工艺对织物进行整理。

它同样适用于各种纤维织物的加工,且透气透湿性较好,手感较为柔软。

2.3　喷雾法。

常用于制作功能性絮片。

对毛圈织物和毛尖部位开纤,然后喷涂陶瓷整理剂,以赋予织物某些特殊性能。

3　几种主要的功能性陶瓷织物3.1　防紫外线织物紫外线是波长1802400nm的电磁波。

适量的紫外线辐射具有杀菌作用并能促进维生素D的合成,有利于人体健康。

但是过量的紫外线照射会使人体皮肤产生灼伤,且易诱发皮肤病甚至皮肤癌,还会促进白内障的生成并降低人体的免疫功能。

因此,为了保护人体避免过量紫外线辐射,纺织品防紫外线整理已刻不容缓[5]。

织物防紫外线整理方法主要有两种:(1)使用紫外线吸收剂对织物或纤维进行处理,它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。

(2)利用陶瓷微粉与纤维或织物结合,增加表面对紫外线的反射和散射作用,以防紫外线透过织物损害人体皮肤,其中没有光能的转化作用。

这些陶瓷粉末包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、氧化亚铅等。

经试验,对3102370nm波长区紫外线的反射或防护效果,以氧化锌和氧化亚铅为好,二氧化钛和高岭土也有一定作用。

这些无机物组分与紫外线吸收剂相比,每单位重量的紫外线吸收效果虽稍小,但光热稳定性、耐久性等优良。

此外,紫外线吸收剂与陶瓷微粉在纤维或织物上同时应用,则相互还有增效作用,防护效果更为优越。

如尤尼卡公司的托纳多U V先用含特殊陶瓷粉的聚酯长丝制成织物,再以紫外线吸收剂进行后整理,所得织物的紫外线屏蔽率达90%以上[729]。

3.2　保温织物传统服装的保暖作用是通过阻止人体的热量向外散失而达到消极保温目的。

例如在织物结构和后整理方面增加织物的丰厚度,使织物的静止空气层的空间加大以提高保暖效果;或者采用织物表面蒸镀金属、复合金属层等方法,利用金属的镜面反射性能,抑制人体热量辐射散发[9]。

而积极保温织物则通过吸收外部能源的能量再以热量辐射的形式给予人体,从而达到保温增温目的。

它包括蓄热保温织物与远红外织物[223]。

3.2.1　蓄热保温织物蓄热保温织物是一种可吸收太阳辐射中的可见光与近红外线,且可反射人体热辐射,具有保温功能的阳光蓄热保温材料。

它以添加I V族过渡金属碳化物为主。

例如台恩撤特公司与尤尼契卡公司联合研制的含碳化锆的纤维织物,可吸收阳光中2Λm以下的可见光及近红外线,并进行热交换(光能→热能),还能反射由人体放出的波长约为10Λm的热,从而达到积极保温的效果。

此外,日本的东丽、帝人等公司也推出了类似的蓄热保温纤维织物。

3.2.2　远红外织物大多数陶瓷微粉都具有发射远红外线的功能,把它填充到纤维中,则可使纤维在一定温度下能发射7～14Λm的远红外线给予人体。

它所载的能量易为人体内水分子共振吸收,使人体局部产生温热效应,促进血液循环;且由于共振作用,还改善了生物大分子的活性,起到了调节肌体代谢,提高人体免疫功能的作用。

41万　震等:功能性陶瓷整理织物V o l.22N o.5 O ct.2000远红外织物中使用最多的陶瓷粉是金属氧化物,其中以氧化铝、氧化镁、氧化锆为好,有时也使用二氧化钛和二氧化硅。

不同的远红外陶瓷微粉有着不同的红外光谱特性,这是由于它们的晶格振动不同所致。

资料表明,在8225Λm波长范围内,没有一种单一金属或非金属氧化物材料的全辐射率能稳定在90%左右,而采用元素周期表中第 、第 周期中的一种或几种氧化物混合而成的远红外陶瓷粉(如M gO2A l2O32CaO,T i O22Si O22C r2O3, Fe2O32M nO22Si O22ZrO2等),在环境温度为20℃2 50℃时具有较高的光谱发射率,是一种理想的材料[10]。

国际羊毛局于80年代末推出的羊毛陶瓷整理,即对羊毛制品进行远红外整理加工。

为使陶瓷粉更多更好粘附在羊毛上,它对羊毛进行预处理,使其表面带上负电荷,并设法使配制的陶瓷涂层剂带上正电荷,经这样涂层整理的羊毛制品效果比较理想,具有麻型风格和吸湿透气性、保暖性等功能和效果[11212]。

此外,江苏省纺织研究所的棉织物及化纤织物的远红外陶瓷整理也使得织物保温效果大为提高[13]。

此外,印染工艺可与远红外陶瓷整理复合进行。

有资料介绍,在染色液中加入远红外陶瓷粉末可使织物同时获得染色和远红外效果。

在印花浆料中加入远红外陶瓷粉末,也可使印花部分具备远红外功能。

如将含有陶瓷粉末的染料用点状涂层的办法附着在织物上,则形成远红外点状涂层织物。

使用这种织物制成的衣领、手套和袖口,不仅具有远红外保健性能,还因为物理摩擦作用而强化其保健性[1]。

3.3　抗菌防臭织物随着保健和预防医学的发展,抗菌防臭织物得到迅速地发展。

在众多的抗菌剂中,含新型陶瓷微粉的金属化合物的抗菌效果较为突出。

例如将氧化锌、氯化银、氧化铜、氯化亚铜、硫酸铜、硝酸铜等,按一定比例添加到具有特定的聚酯纤维织物中,其产品灭菌率初期为80%294%,10次洗后灭菌率为90%299%[3]。

最为成功且有效的抗菌防臭制品是混入抗菌性沸石制成的各种尼龙、涤纶和腈纶等合纤产品。

这种特殊沸石是由具有抗菌性的银、铜、锌等金属离子置换天然或合成沸石中部分可进行离子交换的金属离子(如铝、钠等)制成的。

它对许多细菌和霉菌有消毒作用,属广谱抗菌剂。

尤其是对绿浓菌和耐药性金黄色葡萄球菌的抑制和预防效果更加引人注目。

其抗菌机理在于抗菌性离子及活性氧向微生物细胞扩散,造成细胞内蛋白质的构造破坏,使新陈代谢不能进行而实现抗菌作用[2]。

日本钟纺公司将这种沸石微粉掺入涤纶中生产出的“巴克泰基拉”推向欧美市场,深受客户的青睐。

另有一类专门的消臭纤维织物,它的功能在于吸收已经产生的臭气,达到净化空气,创造舒适环境的目的[4]。

具有消臭功能的陶瓷微粉主要包括活性碳、氧化锌、氧化镁、氧化铝、金红石、沸石、蛇纹石、碘化物、硫酸盐等。

例如,住友公司生产的超细粒子氧化锌,其表面积大,气体吸收作用强,可快速有效吸收臭味。

固态ZnO对有机酸不仅有物理吸附作用,而且有化学吸收作用,因而具有优异的除臭作用。

试验表明,它对异戊酸(产生人体臭味的主要脂肪酸)的除臭作用比活性碳颗粒更为快速。

近来的研究还表明,将陶瓷微粉与有机消臭剂配合使用效果会更佳。

例如把硫酸锌微粉和苹果酸混合后掺入聚丙烯睛合纤中生产的消臭纤维,三甲胺去除率为100%,甲硫醇去除率为98.5%[3,14]。

4　结束语新型陶瓷织物是近些年来发展起来的高技术功能性织物。

除上述的防紫外线织物、蓄热保温织物和抗菌防臭织物外,还有防中子织物、防X射线织物、导电织物、磁性织物等。

陶瓷微粉在纤维中的应用范围十分广阔。