文档介绍：纳米技术与纳米材料在纤维中的应用
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纳米技术与纳米材料在纤维中的应用
远红外线反射功能纤维是一种具有远红外吸收及反射功能的化纤,以下是一篇探究纳米技术与纳米材料应用的,欢迎阅读查看。
摘要:本文介绍了纳米技术在化学纤维中的应用方式,并阐述了纳米技术在功能性纤维和其他特种纤维中的应用情况,以及纳米材料在应用中存在的问题及解决方法,最后展望了纳米技术的应用前景。
关键词:纳米技术;纳米材料;功能性纤维;特种纤维
近年来,纳米技术与纳米材料正引起人们的极大关注。纳米材料凭借其内部所特有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等四大效应,从而拥有完全不同于常规材料的奇特的力学性能、光学性能、热力性能、磁学性能、催化性能和生物活性等性能。这些都为纳米材料在纺织工业的应用奠定了基础。
可以说,纳米材料是21 世纪最有前途的材料,在功能性纺织品和高分子科学领域有着广阔的应用前景。[1]
1 纳米技术在化学纤维中的应用方式
纳米粒子的奇特性质为纳米技术的广泛应用奠定了基础,应用纳米技术开发功能性化学纤维主要有两个途径[2]。
纤维超细化
使纤维达到纳米级,以满足特殊用途领域的需要。
共混纺丝法
共混纺丝法是指在化纤聚合、熔融阶段或纺丝阶段加入功能性纳米材料粉体,以使生产出的化学纤维具有某些特殊的性能。此法是生产功能性化纤的主要方法。由于纳米粉体的表面效应,其化学活性高,经过分散处理后,容易与高分子材料相结合,较普通微粉体更容易共熔混纺;而且纳米粉体粒径小,能较好地满足纺丝设备对添加物粒径的要求,在化纤生产过程中能较好地避免对设备的磨损、堵塞及纤维可纺性差、易断丝等问题;对化纤的染色、后整理加工及服用性能等也不会造成很大的影响。该法的优点在于纳米粉体均匀地分散在纤维内部,因而耐久性好,其赋予织物的功能具有稳定性。目前化纤产品中复合型纤维的比例不断扩大,如果在不同的原液中添加不同的纳米粉体,可开发出具有多种功能的纺织品。例如在芯鞘型复合纤维的皮、芯层原液中各自加入不同的粉体材料,生产出的纤维可具有两种或两种以上功能。
2 纳米技术在功能性纤维方面的应用
抗紫外线纤维
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%。紫外线具有灭菌消毒和促进体内维生素D 合成的作用,但同时也有加速人体皮肤老化及产生癌变的危险[3-5]。
抗紫外线纤维的紫外防护机理
紫外线属于电磁波,其波长范围在100nm~400nm 之间。研究表明,TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、云母、高岭土等在300nm~400nm 波段都具有吸收紫外线的特征。若将这些材料制成纳米级超细粉体,由于微粒尺寸与光波波长相当或更小,这种小尺寸效应会导致对光的吸收显著增强。
另外,这类超细粉体的比表面积大,表面能高,在与高分子材料共混时,很容易与后者结合,加之化纤纺丝设备对共混材料粒度的要求,决定了纳米粒子是制造功能性化纤的优选添加材料。
抗紫外线纤维的应用
此类化纤包括的品种面很广,从国内外研制和生产的品种来看,涉及涤纶、维纶、***纶、尼龙和丙纶等;加工方法有尼龙、聚氨酯混纺、尼龙、醋酸纤维混纺等。主要用来制作运动衫、罩衫、制服、套裤、职业服、游泳衣和童装等。在我国大多数地区,人们夏季穿着服装单薄,这就需要利用纳米粒子的抗紫外线功能来开发各种化纤产品,以满足妇女、老人、儿童、野外工作者和高温岗位工人的需要。
抗菌除臭纤维
通常所说的抗菌包括抑制、杀灭、消除细菌分泌的***以及预防等功能。抗菌化纤的除臭功能表现在:保健方面:防止皮肤感染,消除病菌分泌的***和将汗液等转化为臭味物质的细菌;美学方面:除去令人不愉快的臭味[6-8]。
抗菌除臭纤维的抗菌除臭机理
纳米级TiO2、ZnO等光催化型杀菌剂,表现出超过传统抗菌剂仅能杀灭细菌本身的性能。其杀菌机理为:纳米级TiO2、ZnO等抗菌剂能在水分和空气存在的情况下,自行分解出自由移动的电子(e-),同时留下带正电的空穴(h+),逐步产生反应,生成的羟基自由基和超氧化物阴离子自由基非常活泼,有极强的化学活性,能与多种有机物发生反应(包括细菌内的有机物及其分泌的***),从而将细菌、残骸和***杀灭、消除。
纳米级TiO2、ZnO的除臭机理主要有以下两种:①吸附臭味。超细ZnO的比表面积大、孔容大,可以吸附多种含硫臭体。②氧化分解。TiO2、ZnO等物质在H2O、O2体系中可发生光催化反应,产生的超氧化物阴离子自由基能与多种臭体反应,从而