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纳米技术在纺织品染整的应用

 论文栏目:纺织业经济论文     更新时间:2018/1/31 11:37:54   

前言

纳米技术是指纳米尺度(1~100nm)上的新材料技术,它通过操控原子、分子和超分子来组装和创造具有特殊功能的新产品的技术,是当前纺织行业最重要的研发领域之一。通过使用自下而上或者自上而下的方法,纳米技术为纺织领域创造新材料提供了可能。自下而上的方法中,材料和装置可以通过分子识别原理由分子自组装而成。相对的,在自上而下的方法中,没有原子级别的控制,是将尺寸较大的物质通过各种刻蚀技术来制备需要的纳米结构。与宏观尺度的材料相比,纳米技术能产生明显不同的材料性能。随着材料尺寸的减小,表面积逐渐增大,材料的性能发生变化,获得较大的反应性。当纳米尺度下降到某一值时,材料的性能更加取决于量子效应。这能为材料带来光、电和磁方面的性能变化,赋予材料新的属性。在纺织领域,纳米技术的应用则更为实用,例如将纳米产品嵌入纤维或涂层这种更大的材料中。目前,已经有三代纳米技术,为我们提供了有趣的性能特性。第一代:被动的纳米技术。例如,抗菌涂料和纳米复合材料。第二代:主动的纳米技术。例如,控制药物释放和多功能传感器。第三代:以一种以上主动纳米技术组成的多功能系统。例如,化学整理。目前,在纺织工业中有应用潜力的纳米材料品种繁多。典型的纳米材料包括:纳米颗粒、聚合物纳米复合材料、纳米胶囊、纳米多孔材料、碳纳米管、量子点、纳米涂层表面、石墨烯和纳米结构材料。图1碳纳米管SEM照片Fig.1Scanningelectronmicroscopeimageofananotube除了以上这些纳米材料外,纳米纤维、纳米线和富勒烯在纺织领域同样具有开发的潜力。另外,纳米团簇至少有一维尺寸为1~10nm,且尺寸分布窄,而纳米粉末则由超细粒子、纳米粒子或纳米团簇组成。纳米级单晶——也称为单畴超细粒子或纳米晶具有在纳米技术领域应用的潜力。

1纳米技术在染色中的应用

1.1聚乳酸

与聚酯纤维相比,分散染料染聚乳酸(PLA)纤维时,上染率较低,其原因是PLA纤维的熔点低和水解稳定性差,因此通常在110℃下染色30min,以防止PLA纤维机械性能的损失。通过在熔融纺丝过程中添加合成的八氨苯基笼型倍半硅氧烷(OAP-POSS)纳米颗粒,可以提高PLA纤维的可染性。随着OAP-POSS添加量的增加,PLA纤维的结晶度和拉伸强力均有所下降。已经证实,OAP-POSS作为分散染料的良好吸附剂,能有效提高PLA纤维的可染性,特别是对上染率较低的分散染料效果更好。OAP-POSS改性PLA纤维与纯PLA纤维相比,不会改变染色色光和耐光色牢度,但增加OAP-POSS的用量能减少对二级醋酸纤维素、尼龙、涤纶和羊毛贴衬织物的沾色。

1.2聚氨酯

最近纳米纤维的研究进展主要集中于提高纳米纤维的染色性能。在最近的研究中,科学家们采用轧-烘-焙工艺对静电纺聚氨酯纳米纤维网进行染色。分散染料采用高温型的C.I.分散红167∶1和低温型的C.I.分散蓝56。染色织物表现出较好的颜色深度和色牢度。与低温型分散染料相比,高温型分散染料的颜色深度和色牢度稍好。染色纤维的形态基本没有变化,且纤维表面更光滑。

1.3聚丙烯

采用三种分散染料——C.I.分散蓝60、C.I.分散红324和C.I.分散黄211对聚丙烯/黏土纳米颗粒进行染色,研究其染色动力学和热力学。聚丙烯/黏土纳米复合纤维对分散染料的吸附表现为线性等温吸附。染料分子染色速率常数和扩散系数随染色温度的升高而增加。在聚丙烯聚合物基质中加入黏土纳米复合材料,能增加染座数量,促进染色。C.I.分散红324对聚丙烯/黏土纳米复合纤维的亲和力要高于其他两种分散染料,这是因为该染料极性的更高。

1.4尼龙66

尼龙66纳米纤维可以采用浸染,也可以采用有色溶液静电纺丝或原液着色的方法。在相同的染料用量条件下,原液着色纳米纤维纱线的色强度低于浸染的,但其匀染性更好,表现出不同的色调。

1.5棉

替代染料染色的方法是采用纳米颜料颗粒对纺织材料进行着色。但是,纳米颗粒的尺寸必须足够小,并且纳米分散体在染色介质中不能团聚。与传统颜料染色相比,纳米颜料颗粒采用浸染的方法固着于阳离子改性棉织物上,染色棉织物的手感更柔软,色泽更鲜艳。

2纳米技术在纺织品整理中的应用

纳米技术在纺织品整理和涂层中有多种多样的应用,包括:防水、抗静电、防皱、提高强力、抗紫外线、抗细菌和微生物、气味控制、耐磨、防火和添加剂缓释整理。另外,纳米技术还在其他领域有所应用,如:纳米涂层(防油、防火、隔热)、仿生学、能量储存、数据储存、光学显示、计算和通信技术。

2.1自清洁丝绸

运用溶胶-凝胶技术分别在水和乙醇体系中制造锐钛矿纳米TiO2溶胶。相比于乙醇体系,水体系中制造的纳米TiO2更大,且拥有的变体更多。这种纳米TiO2体系可用于制备自清洁桑蚕丝织物。经过紫外照射处理后,织物对水的接触角明显降低。亚甲基蓝的光催化降解动力学符合准一级反应动力学方程。另外,紫外照射下,采用纳米TiO2溶胶处理的桑蚕丝织物具有光催化降解性能,对红酒渍有较好的脱色效果。采用水基纳米TiO2溶胶处理的织物具有优异的自清洁性能。

2.2导电涤纶

采用功能性单壁和多壁碳纳米管、纳米炭黑,分别在有或无纳米TiO2的条件下,以柠檬酸作为交联剂,对碱减量处理的涤纶织物进行浸渍处理,再进行固着处理。研究了处理织物的导电性、对亚甲基蓝的降解性、抗紫外性能和热稳定性。结果表明,采用纳米炭黑/纳米TiO2/柠檬酸处理的涤纶织物抗紫外性能的最好;其对亚甲基蓝的脱色效果最好,且具有最高的电导率。这是因为与单壁碳纳米管的协同作用增强了纳米TiO2的光催化活性,使涤纶织物表面具有更多的纳米炭黑涂层。图2聚酯纤维上的碳纳米棒Fig.2SEMimageofnanorodsonpolyesterfibre

2.3多功能棉织物

采用ZrO2纳米颗粒、溴化十六烷基三甲铵(CTAB)和尿素制备出一种新型多功能棉织物。以次磷酸钠为催化剂,将交联剂马来酸固着于棉织物上,提升织物的抗皱性能,经过超声降解处理后,对织物进行烘干和焙烘处理。ZrO2纳米颗粒、CTAB和尿素能提升织物的阻燃和自清洁性能,并且能提高织物对大肠埃希菌的抗菌性能。尿素和CTAB的存在改善了ZrO2纳米颗粒的分散稳定性,同时尿素增强了ZrO2处理织物的阻燃性和光敏特性。将CTAB与ZrO2纳米颗粒一起使用,能赋予织物良好的抗菌性能。纳米涂层技术是纺织材料功能性整理的一个新途径。利用该技术可赋予棉织物多种功能性。通过混合、超声和浸泡-干燥技术制备氧化石墨烯/TiO2纳米复合材料。在自然光照条件下,通过研究氧化石墨烯/TiO2纳米复合材料对亚甲基蓝水溶液的脱色性能发现,该材料具有优良的光催化自清洁活性。纳米复合材料涂覆的棉织物经过日光照射后,电导率显著增加。处理后的棉织物由于氧化石墨烯和TiO2对紫外线的协同吸收效应,具有较好的抗紫外线性能。氧化石墨烯/TiO2纳米颗粒处理的棉织物对金黄葡萄球菌(革兰氏阳性菌)和大肠埃希菌(革兰氏阴性菌)均具有较强的抗菌活性。由于氧化石墨烯具有表面积大的特性,能增加纳米颗粒与细菌的接触,因此向纳米TiO2中添加氧化石墨烯能有效促进细菌的分解。

2.4磁性羊毛

采用共沉淀技术制备高品质Fe3O4纳米颗粒(FNPs),通过丁烷四羧酸和催化剂次磷酸钠将FNPs固着于羊毛织物表面,利用响应面方法优化了FNPs和BTCA的浓度,处理织物具有较好的磁性,且对白念珠菌有较好的抗真菌活性。BTCA/FNPs处理羊毛织物的饱和磁化强度达到7.8emu/g,对白念珠菌的抗菌率达到98.31%,经耐洗性测试,仍分别达到7.1emu/g和97.37%。处理后的羊毛织物具有磁化性能,使其用途更广,如用于电磁波屏蔽、生物分离、磁力过滤器和污水净化处理等。

作者:汪津 陈颖

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