納米材料在紡織領域中的應用

1、納米材料及納米技術在紡織服裝領域中的應用,,目錄,一 ：納米技術的簡介及其發(fā)展史二：納米材料的特性及應用途徑三：納米材料在紡織服裝領域的應用四：紡織品中應用納米材料的安全性五：納米技術在紡織服裝工業(yè)中的前 景展望六：參考文獻,一、納米材料的簡介,第一節(jié)：納米技術的簡介 第二節(jié)：納米技術的發(fā)展史 第三節(jié)：納米材料的有關簡介,第一節(jié)：納米技術的簡介,“納米”是英文Nanometer的譯音，是一種計量

2、單位（符號為nm）,1nm為106mm,約與相當于4~5個原子串起來那么長。納米科學是指人們研究納米尺度即0.1~100nm范圍之內的物質所具有的特異現(xiàn)象和特異功能的科學。納米技術是指在此基礎上創(chuàng)造新材料，研究新工藝的方法和手段。納米技術包括納米材料、納米器件、納米生物醫(yī)學等三大塊。按目前的研究領域，大致可分為納米材料學、納米電子學、納米生物學、納米制造、納米光學等等。,第二節(jié)：納米技術的發(fā)展史,1965年，諾貝爾物理學獎獲得者費

3、曼（R.P.Feynman)首次提出“納米材料”的概念。1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，便誕生了一門以納米長度為研究的分子世界，它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特殊功能的產品。因此，納米技術其實就是一種用單個原子、分子創(chuàng)造物質的技術。納米科學技術正式“開宗立派”是在1990年。,第三節(jié)：納米材料的簡介,在納米材料發(fā)展初期，納米材料是指納米顆粒和由它們構成的納米薄膜和固體?，F(xiàn)在廣義的納米材料是指在三維空間中到少有一堆處于納米

4、尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。通俗的說，納米材料是指由納米的單元構成的任何類型的材料。如金屬、陶瓷、聚合物、半導體、玻璃和復合材料等。通過控制這些納米級結構單元的大小，控制內部和表面的化學性質，控制它們的組合，就能以前所未有的方法認為設計材料的特性和功能。,如果按維度，納米材料的基本單元可以分為三類：a.零維，指在空間三維尺寸均在納米尺度。如納米尺度顆粒、原子團族等；b.一維，指在空間有兩維處于納米尺度。如納米絲、納米棒、納米

5、管等；c.二維，指在三維空間中有一維在納米尺度。如超薄膜、多薄膜、超晶格等。納米材料大部分都是人工制備的，屬于人工材料，但是自然界早就存在納米微粒和納米固體。例如，天體的隕石碎片，人體和獸類的牙齒都是由納米微粒構成的。,二：納米材料的特性,第一節(jié): 納米材料的基本性 質第二節(jié)：納米材料的特殊性質第三節(jié)：納米材料的應用途徑,第一節(jié)：納米材料的基本性質,（1）體積效應。是指納米微粒尺寸減少，體積縮小，粒子內的原子數(shù)減少

6、而造成的效應。它能使磁性、內壓、光吸引、熱阻、化學活性、催化性及熔點等比普通粒子變大。（2）表面與界面效應。納米微粒表面原子與總原子數(shù)之比，隨納米微粒尺寸的減少而大幅增加，粒子的表面能及表面張力也隨之增加，從而引起納米材料性質的變化。例如，一些氧化物、氮化物和碳化物的納米微粒對紅外線有良好的吸收和發(fā)射作用，對紫外線有良好的屏蔽作用。,（3）量子尺寸效應（這一效應可使納米粒子具有高的光學非線性、特異催化性和光催化性質等）（4）宏觀量子

7、隧道效應（5）介電限域效應,第二節(jié)：納米材料的特殊性質,1.光學性質。納米材料具有比普通晶體較強的吸收光和發(fā)散光的能力，其粒徑越小，吸光和發(fā)光的能力就越強，材料的色差就越大。2.催化性質。納米材料有很大的活性中心數(shù)目，其分散性好，不會形成反應體系的局部過熱而導致催化劑失去活性。3.光催化性質。納米材料吸收光能后原有的束縛電子向納米顆粒的表面擴散，納米顆粒愈小激發(fā)態(tài)電子、空穴擴散所需的時間久越短,4.光學化學性質。在光作用下的電化學

8、工程，是分子、離子及固體收光使電子處于可激發(fā)態(tài)而產生的電荷傳遞過程。5.化學反應性質。由于顆粒粒徑小，表面原子百分數(shù)多，吸附能力強，表面反應活性高，易被氧化，有些金屬納米材料甚至還會發(fā)光燃燒。6.力學性質。納米材料的強度、硬度、韌性均有大幅度提高。7.熱學性質。納米鉛材料比普通鉛的比熱增加20~50%，納米銅材料的熱膨脹系數(shù)比普通銅材成倍增大。8.導電性質。某些納米合金材料的電阻率下降兩個數(shù)量級，此外，納米材料還具有永久磁化、抗

9、燒結、超導等諸多特性。,第三節(jié):應用途徑,納米技術在紡織領域中主要有三大應用途徑（1）纖維超細化 （2）利用納米材料對傳統(tǒng)材料進行改性（3）對纖維或織物進行納米后整理，使其功能化,第三章 納米材料在紡織服裝領域的應用,第一節(jié):納米技術在紡織服裝中的應用領域第二節(jié):天然纖維織物中的納米技術第三節(jié):納米技術在紡織服裝的新研究、新開發(fā)第四節(jié)納米技術在其它纖維中的應用,第一節(jié) 納米技術在紡織服裝中的應用領域,抗靜電功能,1 .紅

10、外功能,人體釋放的紅外線大致在4～16um的中紅外頻段，某些納米微粒TiO2、SiO2、Al2O3和Fe2O3的復合粉體與高分子纖維結合，對中紅外波段有很強的吸收性能，對些波段的紅外探測器有很好的屏蔽作用。,遠紅外保暖內衣,它是 遠紅外光療、納米抗菌和功能面料制成的保健內衣等保健紡織產品，能夠釋放負氧離子，還具有高效的遠紅外發(fā)射能力和抗菌消臭效果。能提高人體機能的自愈及恢復能力。,2. 防紫外線,太陽能對人體有傷害的紫外線主要在300

11、—400nm波段，納米TiO2、ZnO、Fe2O3和納米云母等都有在這個波段吸收紫外線的特征，將少量納米微粒添加到化學纖維中，就會產生紫外線吸收現(xiàn)象，從而可以有效保護人體免受紫外線的損傷。,天堂傘花之心語防紫外線三折繡花傘,本產品傘面經防紫外線工藝技術處理，具備防紫外線性能。 一甩干拒水傘面（不沾水）是在普通傘面上采用納米技術加工而成，具有強力拒水功能。,3 . 抗靜電,在化纖制品中加入少量納米微粒，如將納米TiO2、ZnO、Fe2O

12、3和Cr2O3等具有半導體性質的粉體摻入到樹脂中，或將其加入到整理劑中對纖維或織物進行后整理，就會產生良好的靜電屏蔽性能，大大降低靜電效應。,4. 納米抗菌、防臭功能,某些金屬粒子(如納米銀粒子、納米銅粒子)和納米TiO2、ZnO等具有一定的殺菌性能，其與化纖復合紡絲，制造出抗菌的功能纖維，比一般的抗菌織物具有更強的抗菌效果和更多的耐洗次數(shù)。,寧波：納米抗菌環(huán)保技術應用服裝生產,一件襯衫能抗輻射、抗紫外線、抗多種真菌感染，這是不是太神奇

13、了？這幾天，在寧波的各大唐獅專賣店，一款休閑女格子襯衫以其特有的環(huán)保功能吸引了眾多消費者的眼球。 這種特殊功能的“環(huán)保服裝”是由納米技術應用于紡織業(yè)創(chuàng)造的“神奇纖維”制成的。,波司登保暖內衣,江蘇康博集團推出“波司登”納米技術抗菌保健、超強透氣導濕、超保暖三功能的內衣。 其保暖內衣層內添加了從天然奇冰石中提取的納米級超細粉末，能有效地殺菌抑菌，消除異味。,5 . 拒水拒油,在材料表面進行特殊加工在其宏觀界面建立一個二元協(xié)同納米界面結

14、構，使材料不僅具有防水、防油和防墨水等功能，而且用這種材料制成的衣物洗滌時可以僅用清水沖洗而不需使用傳統(tǒng)的洗滌劑。,荷葉效應——疏水自潔服裝,根據(jù)荷葉自清潔能力，利用納米界面材料的疏水、疏油的特性，通過對紡織品的每根細小的纖維進行人工修飾，在織物表面形成一個微細的絨毛結構，它可吸收空氣分子并在表面形成一層氣墊，防止織物受油和水的沾染。,來源：《納米科技產品及應用-納米產業(yè)揭秘》 任紅軒 黃進等著,6 . 防電磁輻射,電子產品的普及使得電

15、磁輻射對人體健康造成了巨大威脅，一些納米微粒如納米氧化鐵，納米氧化鎳等能強烈吸收電磁輻射從而對人體起到防護作用。,防輻射孕婦裝,銀離子孕婦裝　　運用納米單質銀與纖維聚合成一體，并使織物表面形成牢固的耐氧化膜層結構，將純銀和環(huán)保纖維進行有機整合，具有隔離電磁輻射功能，具有抗菌除臭、抗靜電、調控體溫，吸濕速干、透氣性好，輕薄柔軟，耐反復水洗，洗后不扎身，可貼身穿著，使用壽命長,纖維阻燃多數(shù)通過用添加型阻燃劑或反應型阻燃劑對原材料進行前處理

16、，或者是對織物進行后整理等途徑實現(xiàn)。,7. 阻燃功能,自主研發(fā)防火防水勞保服裝備上市,自主研發(fā)防火的“納米竹碳纖維布料多功能服”。據(jù)介紹，這種服裝的主要材料———納米竹碳纖維由竹碳研磨成納米級粉末后，經特殊工藝合成。用該材料制成的衣服外觀和手感與普通衣服無異，主要用于制作勞保服和戶外運動裝備。,第二節(jié) 天然纖維織物中的納米技術,——天然纖維素纖維-棉 1.棉纖維染色印花中的納米技術

17、 2.在防皺整理中的應用 3.在棉織物抗紫外整理中的應用 4.在棉織物抗菌整理中的應用 5.在天然彩色棉織物中的應用——天然蛋白質纖維-羊毛 1.納米材料在防氈縮整理中的應用 2.納米材料在羊毛織物功能整理中的應用,第一節(jié) 在天然棉織物中的應用1.在染色印花中的應用,最新文獻報道

18、：一、采用特殊的納米技術可合成納米級乳液黏著劑，由于在織物表面顏料和黏著劑顆粒之間是點接觸，沒有薄膜，因此產品手感柔軟、色澤好，各項色牢度優(yōu)良。二、在顏料印花漿中添加0.3%的納米硅氧化物，可減少由紫外線引起的色變，提高日曬度0.5級。,2.在防皺整理中的應用,作用：棉織物防皺整理是提高棉織物服用性能的重要手段，而無甲醛的防皺整理是目前研究的重點。最新研究：蘇州大學絲綢學院用納米代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝所用的過硫酸鉀和次亞磷酸鈉，可使織物整理

19、后強力下降減少，應用于絲綢織物則后整理泛黃現(xiàn)象也有所改善。,3.在棉織物抗紫外整理中的應用,原理:棉織物的抗紫外線性能較差，而有些物質對紫外線具有屏蔽防護作用，當把這些物質制成納米微粒時，由于納米材料的小尺寸效應，導致光反射顯著增強，屏蔽效應增強。,4.在棉織物抗菌整理中的應用,由于納米材料的超細化和極大的表面活性，使納米載體具有巨大的比表面積，這個特點為抗菌劑和細菌的接觸創(chuàng)造了良好的條件，使得納米載銀無機抗菌劑廣泛適用于各種紡織品的抗

20、菌處理。,5.在天然彩色棉織物中的應用,彩色棉纖維中色素穩(wěn)定性差，研究表明納米ZnO抗紫外整理劑通過軋-烘-焙 工藝整理天然彩色棉織物，可使日曬度提高1~2級，抗紫外性能也顯著提高。,第二節(jié) 在羊毛纖維織物中的應用1.納米材料在防氈縮整理中的應用,防氈縮整理是提高羊毛織物服用性能的重要方法。通過氈縮整理可使織物的尺寸穩(wěn)定性提高，用沉積法將納米材料施加到羊毛或羊絨纖維上，可以達到防氈縮很好的效果。,2.在羊毛織物功能整理中的應用,納米T

21、iO2具有良好的靜電屏蔽效應，制成納米TiO2溶膠在一定的溫度條件下浸漬一定時間，隨著TiO2吸附在羊毛纖維的濃度增加，抗靜電性能提高。遠紅外整理劑能吸收人體發(fā)射出的熱能，并轉化成易被人體吸收的紅外線，向人體輻射。,來源:《納米紡織品及其應用》 高緒珊 吳大誠 著,蘇州大學學生研發(fā)抗菌棉毛衫送老人獻愛心,蘇州大學紡織與服裝工程學院師生們帶著200件特殊的棉毛衫走進了蘇州市滄浪區(qū)銀色家園老年公寓里。據(jù)悉，這批衣服是他們利用課余時間專為

22、老年人研發(fā)的。 　　蘇州大學紡織與服裝工程學院的老師鄭敏說，她當時研發(fā)的初衷就是因為家里的老人頻受皮膚瘙癢的困擾。通過數(shù)千個案例調查，并對老年人皮膚瘙癢產生原因進行系統(tǒng)分析后，鄭敏和科研團隊發(fā)現(xiàn)，防止外界微生物刺激是治療中老年皮膚瘙癢的重要一環(huán)。于是，她和學生利用研發(fā)的新型納米抗菌防螨劑，賦予紡織品優(yōu)良的抗菌除螨功能，達到自動清潔皮膚周圍的環(huán)境。此外，考慮到減少皮膚水分的散發(fā)和靜電的產生，鄭敏還輔加了親水保濕整理技術，從根本上阻止了外

23、界微生物對老年人皮膚的刺激，有效地改善了皮膚瘙癢問題。 2011-01-26,第三節(jié) 納米技術在紡織服裝的新研究、新開發(fā),納米技術成就未來高科技軍服,這種納米面料軍服具有子彈穿不透、遠紅外瞄不準、防化學武器能力，另外還安裝了微型計算機和高靈敏傳感器、凈化水裝置。,,來源：《中國紡織報》 科技前沿 2011-1-1,日本成功開發(fā)消防服用納米結構纖維,作為新能源·產業(yè)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）納米技術·尖端材料

24、實用化研究開發(fā)業(yè)務的一部分，帝人特克諾產品公司和細川密克隆公司共同開發(fā)了采用納米結構纖維*1的隔熱性·舒適性優(yōu)異的消防服材料。　開發(fā)的內容（有效開發(fā)先進消防服，提高纖維材料功能）　?。?）多功能納米粒子和粒子表面處理技術的開發(fā)　　細川密克隆公司負責多功能納米粒子的開發(fā)和粒子表面處理技術的開發(fā)，確立了能夠進行向芳綸纖維中均勻分散隔熱性優(yōu)異的納米粒子開發(fā)和制造條件?！　。?）納米結構纖維的開發(fā)　　帝人特克諾產品公司開發(fā)了

25、將細川密克隆公司開發(fā)的多功能納米粒子復合化到芳綸纖維中的納米結構纖維。并且開發(fā)了將這種納米結構纖維布料化而作為里子料使用的消防服用壓層結構體。 (2011-2-21),東華大學與企業(yè)合作推出高科技“納米服裝”,上海市科委對“高感性納米復合功能纖維的規(guī)?；a及其應用”項目進行了驗收?！　〗洊|華大學與企業(yè)合作，利用此技術研制成的T恤、針織衫、內衣等“納米衣”已經面世，這

26、是東華大學研究人員經過兩年努力所實現(xiàn)的技術新突破?！　?jù)了解，此前國內市場上的“納米衣”，多采用成衣或纖維侵入納米溶液方式，由此抗菌效用較短。而該專項成果則進行了納米附著結構變革，并采用納米銀緩慢釋放技術，能長效抗菌?！　∫堰M行相關產品生產的上海德福倫化纖有限公司總經理楊衛(wèi)忠介紹說，“納米衣”經過50次標準洗滌后，抗菌效率仍達99%。,生命智能化,根據(jù)納米材料的特點，把異質、異相及不同序度的材料在納米尺度下進行合成、組合和裁剪，可能

27、獲得新型的紡織材料，為實現(xiàn)織物的 多功能化、擬生態(tài)化提供可能，從而用于理療和保健。從電熱、磁性、紅外、放射性、半導體、電療等概念出發(fā)，可以研發(fā)出具有生化功能，傳遞生命信息的紡織材料，進而模仿生命體的特點，生產出舒適、保健和理療服務的織物或材料。如經典的納米復合材料動物骨骼筋脛、牙齒、軟皮等。,課題名：聚L—乳酸/菜籽蛋白共混納米纖維氈的制備與特征,研究表明：將菜籽蛋白與其復合后用于高壓靜電紡絲，得到的納米纖維氈，有望在紡織工業(yè)，細胞培養(yǎng)

28、，酶的固定化等領域得到應用。作者：蔣紹通，劉濤濤，姜蘇薇，江勤，王華林FROM：合成纖維 2 2011、2【第40卷】,課題名：TiO2/PAN碳化納米纖維膜的制備及其對腐殖酸的降解效果,研究表明：用PAN質量分數(shù)為3%的紡絲液進行靜電紡絲，在預感化溫度280攝氏度及碳化溫度550攝氏度條件下可制得直徑100—170nm，形態(tài)完整、分布較均勻的納米材料，在光催化條件下，制備的TiO2/PAN碳化納米纖維120mi

29、n，對腐殖酸的降解率達13%，具有比簡單懸浮體系催化劑更好的光催化性能，體現(xiàn)了TiO2與納米碳纖維的協(xié)同作用。作者：杜菲菲，毛艷萍，羅周，柳歡歡，陳泉源（東華大學環(huán)境科學與工程學院）FROM：產業(yè)用紡織品 2011年 第29卷,目前正在研究的和未解決的納米材料問題,實驗：選用pvac 與pan共混以改善pan與電極間的相容性，利用電紡絲法制成聚丙烯腈和聚醋酸乙烯酯復合納米纖維膜。采用界面聚合法制備了以石蠟為芯材、聚甲基丙

30、烯酸甲酯殼層的納米膠囊變相材料。在超生輔助、氨水的催化條件下，以十六烷基三甲基硅烷為正硅酸乙酯的共前軀體，采用溶膠-凝膠法制備了疏水納米二氧化硅。納米尺度孔洞周圍應力集中現(xiàn)象分析?！恫牧蠈蟆?2011 第25卷 第3期 B刊 研究篇(下),第四節(jié) 納米技術在其它纖維中的應用,1在智能纖維中的應用2在磁性纖維中的應用3在熒光防偽纖維中的應用4在絲感纖維中的應用5在再生纖維中的應用,四:紡織品中應用納米材料的安全

31、性,在2004年11月30日至12月2日期間召開的第243次香山科學會議中，著名納米科學專家白春禮院士在大會主題報告中指出："任何技術都是有兩面性的，納米技術也可能同樣是把雙刃劍。我們要做的是，在發(fā)展納米技術的同時，同步開展其安全性研究，使納米技術有可能成為人類第一個在其可能產生負效應之前，就已經過認真研究，引起廣泛重視，并最終能安全造福人類的新技術"。,納米顆粒對人體的危害,據(jù)《自然》雜志報道，納米顆粒可以通過呼吸

32、系統(tǒng)、皮膚接觸、食用、注射等途徑，進入人體組織內部。納米顆粒進入人體內后，由于其體積小，自由度大，反應活性高等特性，幾乎不受任何阻礙就可以進入細胞，與體內細胞發(fā)生反應，引起發(fā)炎、病變等癥狀。同時納米顆粒也可能進入人的神經系統(tǒng)，影響大腦，導致更嚴重的疾病發(fā)生。,參考文獻：《納米材料與納米技術》徐志軍 初瑀清 編著,盡管作為專題去研究納米材料安全性問題的研究者較少，但我們在廣泛應用納米技術，享受納米材料給人類帶來正面效應的同時，要時刻關注

33、和研究納米材料可能給人類帶來的負面危害性。目前，紡織領域與其他行業(yè)領域相比，對納米技術和納米材料的利用度較高。已經可以開發(fā)和生產出各類含有納米材料的功能性面料。而且，納米紡織品的市場份額也在逐漸地擴大。在納米技術和納米材料給紡織領域帶來新一次技術革命的同時，是否會伴隨著一些負面影響，有待我們去進一步研究。,五 展望前景,納米服裝的發(fā)展對核心競爭力的提高和產業(yè)經濟發(fā)展的增強有著舉足輕重的作用，納米服裝越來越貼近人們的日常生活與工具，同時

34、為服裝產業(yè)開創(chuàng)了一條新的道路，另外隨著科學技術的發(fā)展和人均生活水平的提高，人們越來越追求高檔、舒適以及具有保健功能的服裝，因此，利用納米材料的特殊性能開發(fā)多功能高附加值的功能織物和服裝，將在未來的紡織服裝行業(yè)創(chuàng)造巨大的經濟效益和社會效益。,六 參考文獻,《紡織科學中的納米技術》 劉吉平 田軍 中國紡織出版社《納米紡織品及其應用》 高緒珊 吳大誠化學工業(yè)出版社《常用/特殊服裝功能構成、評價與展望（下)》 姜懷