納米材料是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新型材料,現(xiàn)已成為材料科學(xué)的一個(gè)新分支。由于納米材料具有一些獨(dú)特的性能,正引起人們極大的關(guān)注,并被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
1 納米材料的特性[1]納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)(10-9ｍ)的超細(xì)材料,納米微粒是由數(shù)目較少的原子和分子組成的原子群或分子群,其占很大比例的表面原子是既無(wú)長(zhǎng)程序又無(wú)短程序的非晶層。正是納米微粒的這種特殊結(jié)構(gòu),導(dǎo)致了納米材料的奇異性質(zhì),如體積效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)等,并產(chǎn)生了許多和常規(guī)材料不同的物理化學(xué)性質(zhì)。體積效應(yīng)是指當(dāng)顆粒尺寸變小時(shí)所引起的宏觀物理性能的變化。研究表明,當(dāng)超細(xì)粒子的尺寸與光波的波長(zhǎng),傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)及透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí),周期性的邊界條件將被破壞,粒子的聲、光、電磁、熱、力學(xué)等性質(zhì)都呈現(xiàn)新的特性。納米材料的表面和界面效應(yīng)即納米微粒隨著顆粒尺寸減小,粒子表面原子數(shù)和總原子數(shù)的比例大幅增加,粒子的表面能和表面張力也隨之提高,從而引起納米材料的性質(zhì)變化。由于表面原子和內(nèi)部原子所處的環(huán)境不同,存在大量的表面缺陷和懸掛鍵。具有不飽和性,有很高的反應(yīng)活性。另外,納米顆粒表面原子的畸變也引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。所以納米材料具有新的光學(xué)及電學(xué)性能。如有些納米金屬氧化物對(duì)紅外線有良好吸收和屏蔽作用,對(duì)紫外線有良好的屏蔽作用。納米材料還具有宏觀隧道效應(yīng),在低溫下仍保持超順磁性。
2 納米材料在紡織品多功能整理上的應(yīng)用2.1 抗紫外線、抗可見(jiàn)光功能的紡織品太陽(yáng)光中能穿透大氣層到達(dá)地面的紫外線占太陽(yáng)光總能量的6%左右。其波長(zhǎng)范圍從200～406ｎｍ,大致可分為三個(gè)波段,見(jiàn)表1[2]。ＵＶＣ在穿過(guò)大氣層時(shí),大部分被臭氧層吸收,危害人體健康的主要是ＵＶＡ和ＵＶＢ。紫外線照射能使細(xì)胞ＤＮＡ鏈中相鄰的嘧啶形成二聚體,主要是胸腺嘧啶二聚體[3]。.jpg)
二聚體的形成使ＤＮＡ的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能受到阻礙,使細(xì)
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由于納米材料表面極豐富的殘鍵使其具有超強(qiáng)的表面活性,對(duì)色素粒子具有超強(qiáng)的吸附保護(hù)作用,將大大降低因紫外線照射而造成的色素衰減,能大大提高染色織物的日曬牢度。2.2 抗菌整理的紡織品每年都有數(shù)以千萬(wàn)的人因細(xì)菌和病毒的感染而患病甚至導(dǎo)致死亡[8]。而紡織品是細(xì)菌等病原體的重要載體之一。生產(chǎn)具有抗菌效果的紡織品是功能性紡織品的發(fā)展方向。尤其是在非典型肺炎流行之際,人們更注意到了抗菌織物在抗擊傳染病方面的重要性,具有抗菌效果的紡織品可制成各種防護(hù)用品和口罩、防護(hù)服等。通常說(shuō)的抗菌,包括抑菌、殺菌以及消除細(xì)菌分泌的毒.jpg)
Ａｇ+易于帶陰電的細(xì)菌體內(nèi)酶蛋白上的硫基結(jié)合,使一些細(xì)菌賴(lài)以生存的酶喪失活性,使細(xì)菌死亡。當(dāng)菌體被殺滅后,Ａｇ+又游離出來(lái),進(jìn)行新一輪殺滅。但含銀的抗菌織物穿著、使用一定時(shí)間后,有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)灰黑色,所以含銀的抗菌劑需進(jìn)行相應(yīng)的處理。經(jīng)過(guò)細(xì)微化的銀材料達(dá)到納米級(jí),利用它的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng),表現(xiàn)出特異的性質(zhì),具有抗菌性強(qiáng)、長(zhǎng)效、廣譜。對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌、真菌和芽孢等致病菌種都有明顯的抑菌功能。2.2.2 光催化抗菌劑納米ＴｉＯ2,納米ＺｎＯ等屬于光催化抗菌劑,它們?cè)谒趾涂諝獯嬖诘捏w系中,在陽(yáng)光等可見(jiàn)光及紫外線照射下,會(huì)自行分解出自由電子ｅ-同時(shí)留下帶正電的空穴ｈ+。.jpg)
生成的自由基·Ｏ2-,·ＯＨ都有很強(qiáng)的化學(xué)活性,能和細(xì)菌、細(xì)菌殘骸及細(xì)菌分泌的毒素反應(yīng),并加以清除[8]。 將含有經(jīng)化學(xué)修飾的納米材料整理劑處理織物,用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作抑菌實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3。.jpg)
從表3看出,當(dāng)整理液中納米粉體的濃度達(dá)0.50%以上時(shí),整理織物具有良好的抑菌效果。用金黃色葡萄球菌試驗(yàn),也得到類(lèi)似的結(jié)果。2.3 抗紅外線的紡織品在太陽(yáng)光譜中。300～2000ｎｍ波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光能占太陽(yáng)光總能量的95%。在納米材料對(duì)紫外線屏蔽的基礎(chǔ)上,將屏蔽的波長(zhǎng)擴(kuò)展到2000～5000ｎｍ,就能同時(shí)具有抗可見(jiàn)光和抗紅外線功能?？蓽p少人體因紅外輻射而引起的升溫,可生產(chǎn)一些涼爽型的夏季服裝、帳篷及野外工作服等。據(jù)報(bào)道,王靖和劉艾平等人研制的抗紫外、抗紅外線滌綸織物,織物兩面的溫差達(dá)1.5～2.9℃[9]。2.4 具有紅外吸收3 應(yīng)用方法[11]3.1 溶液共混和熔體共混方法1996年日本首先研究開(kāi)發(fā)此類(lèi)防紫外線纖維和織物面料,日本倉(cāng)敷公司將納米ＺｎＯ粒子加入異形截面的聚酯纖維中,由此形成的合纖既具有抗毒、殺毒、除臭的奇異功能,同時(shí)還具有屏蔽紫外線的作用,紫外線屏蔽率達(dá)90%。共混紡絲可在聚合時(shí)加入功能性納米材料,也可在紡絲熔體中加入。因?yàn)榧{米粉體能均勻分布在纖維上,纖維的功能穩(wěn)定、持久、耐洗性良好。但由于納米粉體在聚合物熔體中團(tuán)聚嚴(yán)重,常堵塞噴絲頭,影響紡絲工序進(jìn)行。在后紡工序出現(xiàn)斷頭,容易磨損織機(jī)。3.2 采用涂層方法[12]選用合適的粘合劑,把納米粉體均勻涂覆在織物表面,此法工藝簡(jiǎn)單,能達(dá)到一定的功能指標(biāo),如1999年德國(guó)研究人員通過(guò)把納米ＣｕＳ粒子涂覆在織物表面生產(chǎn)抗菌面料。但納米粒子和紡織品的纖維之間不是化合鍵結(jié)合,因而耐洗牢度低,功能不能持久,織物手感也較差。3.3 表面改性和接枝技術(shù)據(jù)報(bào)道,為了解決納米微粒的團(tuán)聚問(wèn)題和提高整理織物的耐久性,采用等離子處理、微乳狀液聚合等方法,將一些單體或低聚物在納米微粒周?chē)酆?形成一個(gè)網(wǎng)狀的外殼。在外殼中含有或通過(guò)接枝等方法引入能和纖維形成化學(xué)共價(jià)鍵的功能基團(tuán)。 將納米ＴｉＯ2,納米ＺｎＯ進(jìn)行表面化學(xué)改性,通過(guò)合適的交鏈劑或粘合劑,經(jīng)過(guò)常規(guī)的后整
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5 結(jié) 語(yǔ)納米材料作為一種新型的材料,正在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,在紡織領(lǐng)域,同樣有著廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)開(kāi)發(fā)高附加值,多功能的紡織產(chǎn)品,將全面提升我國(guó)紡織工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
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