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納米技術(shù)在染整生產(chǎn)中應(yīng)用的探討楊棟梁原載：全國染整新技術(shù)應(yīng)用推廣協(xié)作網(wǎng)簡訊第五期2001/2/28一、前言 納米材料的應(yīng)用在最近幾年來，十分頻繁地出現(xiàn)在一些技術(shù)人員日常交談中，而納米技術(shù)也似乎已走進了人們的生活，例如小鴨集團推出的納米洗衣機，海爾集團推出的納米電冰箱，以及眾多工廠推出遠(yuǎn)紅外保健內(nèi)衣等等。其實，人們應(yīng)用納米材料的源頭可追溯到1000年以前，如利用燃燒蠟燭的煙霧制成碳黑作為墨的原料或著色劑，就是最早的納米材料雛型；我國古代銅鏡表面的防銹層，經(jīng)檢驗證實為納米級SnO2顆粒構(gòu)成的。而人們自覺地研究納米材料，使之逐步形成為一門新興的材料科學(xué)，是二十世紀(jì)六十年代才開始的。最早由1959年諾貝爾物理獎獲得者費曼提出操縱原子的構(gòu)思以制備納米材料。長期以來，在納米材料的研究開發(fā)中，無法直接觀其真面目，直到1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，人們才有窺測納米材料的工具，由此誕生了納米學(xué)。從此納米技術(shù)以極其迅速的速度滲透到各個領(lǐng)域，形成了納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米醫(yī)藥學(xué)等。自1990年7月在美國巴爾基摩召開第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議上，正式確認(rèn)為納米材料材料科學(xué)的一個新的分支，使納米材料的研制和應(yīng)用進人了一個新階段。到1999年納米技術(shù)已逐步走向工業(yè)化。 綜觀目前納米材料的研究和應(yīng)用，美國、日本、德國、俄羅斯、英國、法國、荷蘭、加拿大等國處于世界領(lǐng)先地位，其中美國是最早開始研究納米技術(shù)的國家之一。美國科學(xué)技術(shù)委員會于2000年3月正式向美國政府提出報告：稱納米技術(shù)將成為二十一世紀(jì)前二十年的主導(dǎo)技術(shù)，是下一次工業(yè)革命的核心。克林頓政府迅速作出反應(yīng)，于7月間在原批準(zhǔn)的研究經(jīng)費5億美元基礎(chǔ)上，又增加了三倍撥款。其他德、日、英、法等國也將納米研究列入國家重點研究項目。1992年我國將納米材料科學(xué)作為重大基礎(chǔ)研究列入國家攀登計劃。納米材料是全新的超微固體材料，一般粒徑小于1OOnm(10-9M)的超微顆粒稱為納米微粒。由于它的超細(xì)化和極大的表面活性，具有傳統(tǒng)材料所沒有的優(yōu)越性，是當(dāng)代高科技應(yīng)用研究的熱點之一。在紡織工業(yè)也應(yīng)有它用武之地，如開發(fā)新原料、新產(chǎn)品等方面。例如增加織物的功能性，如抗紫外線和紅外線，抗菌防臭和消臭等，本文擬對此作些探討和分析，就教于諸同好。二、納米材料的結(jié)構(gòu)、制備與特性 晶粒尺寸至少在一個方向上為0-lOOnm的材料稱為三維納米材料，具有層狀結(jié)構(gòu)的材料稱為二維納米材料，具有纖維結(jié)構(gòu)的稱為一維材料，具有原子簇和原子束結(jié)構(gòu)的稱為零維材料。 納米材料的組成有金屬合金及其氧化物納米材料，無機納米材料、有機納米材料和納米雜化材料等幾種。按納米材料內(nèi)部的有序性而論，則有結(jié)晶納米材料及非結(jié)晶納米材料。 目前納米材料制備的方法有三種：固相法、液相法和氣相法。固相法是在干燥的球磨機內(nèi)粉末顆粒經(jīng)重復(fù)的研磨，制得的顆粒粒徑較大，約為1OOnm左右。液相法有沉淀法、噴霧法、水熱法(高溫水解法)、溶劑揮發(fā)分解法和溶膠凝膠法等。如溶液沉淀法制備的納米粒子粒徑較小，適于實驗室少量制備。氣相法有低壓氣體中蒸發(fā)法(氣體冷凝法)、濺射法、流動液面上的真空蒸發(fā)法、混合等離子法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積（LICVD）等，適于大量制備、且粒徑較小的納米微粒。 納米材料是由極細(xì)的晶粒和大量處于晶界與晶粒內(nèi)部缺陷中心的原子所構(gòu)成的納米級微粒的集合體，其性能與同組成體相材料有十分顯著的差異，又不同于單個分子的特殊性能，而成為介于分子和體相材料的中間體，研究這類中間體為對象的一門新學(xué)科即納米科學(xué)。而納米微粒是由數(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長程序又無短程序的非晶層；而在粒子內(nèi)部，有存在完好的結(jié)晶周期性排列的原子，不過其結(jié)構(gòu)與晶體樣品的完全長程序有序結(jié)構(gòu)不同。正是納米微粒的這種特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致納米微粒的奇異的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，并由此產(chǎn)生了許多納米材料與普通材料不同的物理化學(xué)性質(zhì)。 (1)表面效應(yīng)(表面和界面效應(yīng)) 納米材料的表面效應(yīng)即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小而大幅增加，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(zhì)變化。固體顆粒的表面積與粒徑的關(guān)系為: Sw=k/DSw；比表面積(m2/g)； ；粒子的理論密度；D；粒子平均直徑； k；形狀因子。 由上式可知，隨顆粒尺寸的減小，粒子的表面積迅速增加，其變化規(guī)律大體如圖l所示：例如，粒徑為5nm的SiC比表面積高達(dá)30m2/g；而納米氧化錫的比表面積隨粒徑的變化更為顯著，lOnm時，比表面積為903m2/g；5nm時，比表面積增加到181m2/g；而當(dāng)粒徑小于2nm時，比表面猛增到450 m2/g。這樣大的比表面積使處于表面的原子數(shù)大大增加，這些表面原子所處的晶體場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在著大量的表面缺陷和許多懸掛鍵，具有高度的不飽和性質(zhì)，因而使這些原子極易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，具有很高的化學(xué)反應(yīng)活性。另外處于高度活化狀態(tài)的納米微粒的表面能也很高。例如，lOnm的銅粒子表面能為9.4lO4J/mol，5nm時為1.881O6J/mol;而lOnm氧化錫的表面能高達(dá)4.08lO5J/mol，5nm時為8.17lO5J/mol，2nm時為2.041O6J/mol。這樣高的比表面積和表面能使納米微粒具有很強的化學(xué)反應(yīng)活性。例如，金屬納米微粒在空氣中會燃燒，一些氧化物納米微粒，暴露在大氣中會吸附氣體，并與氣體進行反應(yīng)等。另外，由于納米微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。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等。值得指出的是納米微粒的高表面能使得顆粒間的吸附作用很強，容易聚集，難以穩(wěn)定保存，這也是目前制造納米材料遭遇的困難之一。研究工作者通過對納米微粒的表面改或緩慢氧化等技術(shù)處理，增加粒子間的排斥力，防止粒子凝聚，已經(jīng)取得了一定的成果。圖1 表面原子數(shù)與粒徑的關(guān)系 (2)體積效應(yīng)(小尺寸效應(yīng)) 體積效應(yīng)是指納米微粒尺寸減小，體積縮小，粒子內(nèi)的原子數(shù)減少而造成的效應(yīng)。研究表明，當(dāng)超細(xì)粒子的尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長及透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學(xué)性質(zhì)等均會呈現(xiàn)出新的特性。例如，光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；由磁有序向磁無序狀態(tài)、超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變、質(zhì)子譜的改變、金屬熔點的降低等等。三、納米材料在開發(fā)功能性紡織產(chǎn)品中的應(yīng)用 納米材料被認(rèn)為在二十一世紀(jì)三大支柱的信息、能源和新材料領(lǐng)域中有極其重要的作用，如信息-原子開關(guān)、磁記錄材料、光電功能材料;能源納米鉑作利用太陽能制氫的催化劑，產(chǎn)率可提高幾十倍，碳納米管的貯氫燃料；新材料超塑性陶瓷、隱身材料和電磁波屏蔽材料等。此外，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，可廣泛地用于細(xì)胞分離，細(xì)胞染色等。 納米材料在紡織工業(yè)上的應(yīng)用，目前主要是用于生產(chǎn)功能性化纖原料和作為一種新的功能性助劑，從而開發(fā)相關(guān)的功能性產(chǎn)品或取代其它助劑。 目前，國內(nèi)已利用有關(guān)的納米微粒，使之穩(wěn)定的分散在滌綸或其它合纖的紡絲液中，然后紡出具有防紫外線、抗菌防菌和消臭，遠(yuǎn)紅外線反射和抗紅外線等功能的合纖。而這些制備合纖的納米材料，同樣可以采用涂層、浸軋或“植入”法等使天然纖維或普通化纖具有不同的功能性。 以下簡單討論其功能性助劑的應(yīng)用 1、紫外線屏蔽功能很多物質(zhì)對光線具有屏蔽防護作用，如ZnO、MgO、TiO2、Si02、CaCO3，滑石粉、瓷土等。而上述物質(zhì)對紫外線的透過率(T)如表1所示: 表1 紫外線的透過率性能波長/nm Zn0TiO2瓷土CaCO3滑石粉3l300.55580883660185984904364635638790 圖2 超細(xì)ZnO/TiO2顆粒的分光反射率當(dāng)上述物質(zhì)制成超細(xì)粉末，其微粒粒徑尺寸與光波波長相當(dāng)或更小時，由于尺寸效應(yīng)導(dǎo)致光吸收或反射顯著增強，以及其比表面積大，表面能高，與高聚物共混時，很容易相互結(jié)合，基于此原理，已開發(fā)了一批具有抗紫外線輻射的纖維，如，ESMO(可樂麗公司)、-(尤尼契克公司)等。 作為染整助劑，為了不影響紡織品的色彩效應(yīng)，最好選用具有透明性或白色的物質(zhì)，所以一般都選用金屬氧化物，其中尤以ZnO和TiO2為多，它們對光線的屏蔽、反射效率比較如下圖2所示。 由圖2可知:兩種超微顆粒，在波長小于35Onm(即UV-B時)，ZnO與TiO2的屏蔽率基本接近，而在350-400nm(即UV-A時)，ZnO的屏蔽率明顯高于TiO2由紫外線的特性可知，UV-A對皮膚的穿透能力大于UV-B，而且UV-A對皮膚的作用是積累性的，大多是不可逆的。而不同波長的紫外線對皮膚的影響如表2所示。表2不同波長紫外線對皮膚的影晌紫外線對皮膚的影響UV-A 406-32Onm生成黑色素和褐斑，使皮膚老化、干燥和縐紋增加。UV-B 320-28Onm產(chǎn)生紅斑和色素沉淀，經(jīng)常照射有致癌危險。UV-C 280-2OOnm穿透力強不影響白細(xì)胞，但大部分被臭氧層、云霧吸收。 紫外線對人類來說是一把鋒利的兩刃劍，它對人們生活環(huán)境殺滅了許多細(xì)菌和進行了廣泛的消毒，以及促進了體內(nèi)維生素D的合成；同時對人體肌膚引起皮炎、紅斑、色素沉淀，加速老化，甚至致癌；影響人體免疫功能，容易引起眼睛的白內(nèi)障；以及各種用品的老化，尤其是室外用品。人們在地球上所處位置不同(指緯度和海拔)，季節(jié)，陰晴雨雪、白天和黑夜的不同，受到太陽輻射的紫外線量強度不同。據(jù)測定不同人種對紫外線的承受能力也有差異。不同膚色的人群在29Onm-30Onm范圍內(nèi)照射產(chǎn)生紅斑臨界劑量值如表3所示。由于膚色不同，承受紫外線的程度有一個數(shù)量級的差別；另外，色素性干皮癥的人和正常人群耐紫外線劑量臨界值相差達(dá)七倍之多。 表3 不同膚色人群產(chǎn)生紅斑的臨界劑量(290-300nm)膚 色白 色150-300極易產(chǎn)生白 色250-350極易產(chǎn)生白 色300-500中等程廢淡棕色450-600較少產(chǎn)生棕 色600-1000極少產(chǎn)生黑 色l000-2000不會產(chǎn)生 一般而論，居住在高緯度的人群，受紫外線照射的累計劑量較少、較弱，其抵御紫外線的能力較低；而居住在近赤道附近低緯度的人群則抵御能力較強。因此，去低緯地區(qū)工作和旅游的人們要注意自我保護。處在同一緯度的寧波與拉薩市，因海拔不同，其紫外線強度也有很大差異，根據(jù)Hilfker對緯度為40區(qū)域(相當(dāng)于北京、紐約、墨爾本等)的淺膚色人種，在不同季節(jié)中末加保護措施(如赤膊、不戴帽) 曝曬在日光下的極限安全時間研究結(jié)果如表4所示。表4 緯度40區(qū)域日光曝曬極限安全時間(分)時間春夏秋冬正午4小時(8-16點) 4024100-正午2小時(10-14點) 14102570 超微顆粒粒徑大小與其對紫外線屏蔽效果也有關(guān)系，由TiO2不同粒徑對紫外線的透過率，由電子計算機在300-400nm波長條件下模擬測得結(jié)果如圖3所示。 圖3 二氧化鈦微粒粒徑和極薄薄膜(0.05m)中紫外線照射的透過率 由上圖可知，在上述波長紫外線范圍內(nèi)(300-400nm)，微粒粒徑在50-120nm時透過率最小，同時，可能實現(xiàn)具有透明性而又不引起漫射。 另外，ZnO的折光率(n=1.9)比TiO2(n=2.6)小，對光線的漫射率也低些，因而其透明度也較高。 納米級ZnO粒子，不僅具有良好屏蔽紫外線功能，而且具有抗菌、防臭、消臭功能，因此將它作為功能性助劑對天然纖維進行整理加工，便可獲得良好的抗菌紡織產(chǎn)品。 通常，超細(xì)的納米顆粒有凝聚趨向，首先要將它配制成穩(wěn)定的分散液是其應(yīng)用技術(shù)上的難點。為了防止其凝聚主要是對納米顆粒進行表面改性，最簡便的利用表面活性劑，使納米顆粒表面吸附一層表面活性劑?？芍瞥伤稚a(chǎn)品和含粘合劑的兩種商品。例如，日本住友水泥公司開發(fā)的ZW涂層液和ZE涂層液兩種商品的性狀如表5所示: 表5 ZW/ZE涂層液的性狀ZW涂層液（產(chǎn)品：ZW-100，ZW-103）ZE涂層液（產(chǎn)品：ZE-110，ZE-113）粘合劑不含粘合劑，水分散產(chǎn)品含粘合劑聚丙烯醋類介質(zhì)水水商品形態(tài)單組分兩組分+催化劑pH10-11離子性陰離子不揮發(fā)組分30%其浸軋法工藝流程： 浸軋液烘干焙烘軋液率：棉織物 70-80%滌綸織物 50-60%烘干：1002分鐘焙烘：16O2分鐘或18Ol分鐘 不同功能的浸軋液組成(wt%)屏蔽紫外線抗菌防臭抗菌防臭ZW涂層液2.5-5.01.5-2.0ZE涂層液5.0-20.02.5-3.0經(jīng)上述ZE-100工藝整理的棉針織品和經(jīng)洗滌的樣品的分光透過率分別如圖4、5所示。以上結(jié)果表明；采用ZE-110濃度為5%的浸軋液，其屏蔽紫外線已很好，而ZE-110濃度為20%的試樣，經(jīng)洗滌10次后其分光透過率兒乎無大變化。圖4 ZE-110不同濃度處理針織物分光透過率影晌圖5 ZE-11020%處理樣布的耐洗性 銀和銅離子的抗菌作用及消臭效果顯著是人所共知，鋅離子也有同樣抗菌效果，而納米超細(xì)ZnO顆粒由于表面積大而增加了其抗菌效果。銀和銅離子經(jīng)氧化后會變黑或變色，。而ZnO性能穩(wěn)定，無變色現(xiàn)象。經(jīng)ZE-110涂層液整理的抗菌效果如表6所示。表6 抗菌性試驗(SEK菌數(shù)測定法)棉針織品滌綸織物洗滌前洗10次后洗滌前洗10次后未處理0-0-2.5%整理3.95.64.04.810.0%整理5.63.94.85.0注：試驗菌種為；金黃色葡萄球菌 SEK菌數(shù)測定法；K值大于1.6即為合格。上表結(jié)果表明：經(jīng)ZE-110 2.5%和10.0%濃度整理后，試樣上的細(xì)菌數(shù)明顯減少，僅為末處理試樣的1/105.6到1/103.9水平，即在這樣的浸軋液濃度為已有良好的抗菌功效；也說明其耐洗性是良好的，經(jīng)ZE-110整理的棉針織品的消臭功能，對氨有吸附能力，如圖6所示。（試驗方法:在含114ppm氨的3525cm容器中，放2g試樣，測定氨濃度的經(jīng)時變化）。圖6 ZE-100處理樣布的消臭效果 最后要指出，采用ZnO對人體是無毒的，與有機化合物比也沒對皮膚過敏和刺激性的問題，即使用的安全性極高，而ZW涂層液和2E涂層液的安全性能試驗結(jié)果如下: 急性口服試驗* 老鼠 LD5020OOmg/kg以上 急性經(jīng)皮膚試驗* 老鼠 LD502O00mg/kg以上 變異性試驗* 在Ames試驗中呈陰性 皮膚一次刺激性試驗* 對兔子皮膚無刺激 * 是日本食品分析中心試驗結(jié)果 * 是法國EVIC-CEBA試驗結(jié)果2、紅外線吸收與輻射功能物理學(xué)上以0.76-1000m區(qū)域的電磁波叫紅外線。紅外線由發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用已經(jīng)歷了100多年的歷史了，其在紡織品上的應(yīng)用，最感興趣的是0.2-5m和4-14m兩個區(qū)域的電磁波。例如一定組分的遠(yuǎn)紅外線陶瓷粉吸收人體發(fā)射出來的熱能，轉(zhuǎn)化成向人體輻射一定波長范圍的遠(yuǎn)紅外線，其中以易被人體吸收的4-14m為主。主要是人體組織中0-H和C-H鍵伸縮振動，C-C、C=C、C-O、C=O鍵、C-H、O-H鍵的彎曲振動對應(yīng)的諧振大部分為3-6m波段；輻射熱會促使這類原子間伸縮和彎曲振動的話，以2-20.3m波長的紅外線為好。這樣可使人體皮下組織中血流量增加，促進血液的循環(huán)。由于熱量在人體與紅外線陶瓷粉層之間，翻復(fù)反射，減少了熱量損失，從而提高了保溫性。此外，還具有活化機體、消除疲勞、調(diào)節(jié)自律神經(jīng)等功地能。 具有遠(yuǎn)紅外線輻射功能的紡織品最早由日本推出，1991年經(jīng)過改進后投放國內(nèi)外市場，并獲得有相當(dāng)聲譽。同年國內(nèi)首先由天津也推出類似產(chǎn)品。通常是采用顆粒為05-1m以下遠(yuǎn)紅外線陶瓷超細(xì)粉末，經(jīng)表面改進后，用涂層或局部印花的方法，施加到織物上制成。 超細(xì)遠(yuǎn)紅外陶瓷粉常見的品種，如表7所示。表7常見的輻射遠(yuǎn)紅外線的物質(zhì)氧化物碳化物硼化物硅化物氫化物Al203，ZrO2，MgO，TiO2，莫來石，堇青石ZnC，SiC，B4C，TiC等TiB2，ZrB2，CrB2等TiSi2，MoSn2，WSi2等S i2N4，TiN等研究表明：由兩種或兩種以上遠(yuǎn)紅外輻射性物質(zhì)拼混的話，比單一物質(zhì)具有更好的比輻射，而使用最多的是氧化物和碳化物，用于紡織品的遠(yuǎn)紅外陶瓷粉應(yīng)盡量選用最高的常溫比輻射率。因人體的溫度一般為36.5-37,祗有在此溫度范圍具有最大比輻射率的遠(yuǎn)紅外輻射材料才有實際效果?？墒菓?yīng)注意，某些天然氧化物可能具有放射性而不適宜采用，幾種常見遠(yuǎn)紅外輻射率如圖7所示。圖7幾種常用物質(zhì)的比輻射率A=Al2O3，B=MgO，C=ZrO2，D=ZrC，E=TiN，F(xiàn)=石英 迄今關(guān)于應(yīng)用陶瓷微粉或超細(xì)粉或納米級材料產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外原理，大致有二種觀點。一是認(rèn)為陶瓷微粉吸收太陽輻射短波部分(即遠(yuǎn)紅外部分)能量，并以潛能形式釋放出來，使之產(chǎn)生保暖，保健功能；另一觀點是，由于陶瓷微粉熱傳導(dǎo)率低，而輻射率高，因而，它能將人體散發(fā)的熱量積蓄起來，以遠(yuǎn)紅外的形式放出，以增加織物的保暖性。雖然，遠(yuǎn)紅外功能產(chǎn)生機理尚未取得共識，但其功能效果據(jù)紅外醫(yī)學(xué)名家歸納適用于如表8所示范圍。 表8 遠(yuǎn)紅外織物(制品)及其適應(yīng)病癥適 應(yīng) 癥生發(fā)帽脫發(fā)、斑禿、高血壓、神經(jīng)衰弱、偏頭痛面 膜美容、消除黃褐斑、色素沉積、座瘡枕 巾失眠、頸椎病、高血壓、植物性神經(jīng)失調(diào)護 肩肩周炎、偏頭痛護肘、護腕雷諾氏綜合癥、關(guān)節(jié)風(fēng)濕病手 套凍瘡，敲裂護 膝各種膝關(guān)節(jié)痛癥內(nèi) 衣胃寒癥、慢性支氣管炎，高血壓床上用品失眠、疲勞、緊張、神經(jīng)衰弱、更年期綜合癥兒種遠(yuǎn)紅外功能織物的遠(yuǎn)紅外法向輻射率值如表9所示。表9 三種不同工藝制成遠(yuǎn)紅外織物的性能比較全發(fā)射率F1分波段發(fā)射率值(發(fā)射率值/波段pm)F2F3F4F5F6F7F8遠(yuǎn)紅外滌綸針織布*8782/8m88/8.55m88/9.5m85/10.6m86/12.00m86/13.5m87/14m涂層法純棉針織布*9393/89m95/910m95/11m96/11.512.5m95/1314m93/1425m植入法純棉*87用圖形表示(從略) 注：*見文獻(xiàn)(8) *摘自上海針織廠遠(yuǎn)紅外保健全棉針織物鑒定驗收報告(1992年10月29日)，數(shù)據(jù)由中科院紅外物理國家實驗室測定。 *摘自廈門華普高科技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司資料，數(shù)據(jù)由國家紅外產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測定1999年12月31日。 人體可視作一個天然的紅外線輻射源，各種膚色皮膚的比發(fā)射率均為0.98。據(jù)測定人體的發(fā)射波譜，其波長在2.5-15m范圍，峰值波長約在9.3m處，其中4-14m波段的輻射占人體總的輻射量的46%。按基爾霍夫定律，人體一定可輻射或吸收2.5-15m的紅外線。圖8組織溫度與紅外輻射時間的關(guān)系 據(jù)研究認(rèn)為，遠(yuǎn)紅外輻射是藉傳導(dǎo)和血液循環(huán)方式達(dá)到深層組織的，圖8為組織溫度與紅外輻射時間的關(guān)系。可見，經(jīng)一定輻射時間后，表面和皮下組織的溫度趨于接近。不同波長的紅外輻照人體各部位都會產(chǎn)生生理熱效應(yīng)，使血管擴張，血流加速，改善局部血液循環(huán)，這又與輻照時間有關(guān)，這就是紅外輻射對人體治療作用的理由。 此外，在太陽光譜中，在5OOnm波長附近有一能量峰值，而300nm-20OOnm波段范圍的光能占太陽光總能量的95%以上，如能在屏蔽紫外線功能的基礎(chǔ)上，將屏蔽光線的波長擴展5000nm(即為200-5000nm范圍)，這樣就出現(xiàn)屏蔽紫外，可見光和近紅外功能，使織物產(chǎn)生涼爽感的新產(chǎn)品。例如已開發(fā)具有屏蔽紫外和近紅外的涼爽功能滌綸織物其性能如表10所示。表10 涼爽功能滌綸織物的性能對UV-B的屏蔽率對近紅外的屏蔽率織物表面溫度及溫差高溫側(cè)低溫側(cè)溫 差96.36%89.26%51.649.52.197.1%88.89%50.649.01.595.73%88.70%50.948.02.9 據(jù)報導(dǎo)稱：鐵-鎳合金納米顆粒與粘膠紡絲，可制成既抗紫外線(10-400nm)，又有抗紅外線(750nm)的粘膠纖維。 具有涼爽功能的紡織品，可用于夏季服裝、野外工作服，蓬帳等，這類產(chǎn)品將會受到終年天氣炎熱、陽光近于直射地區(qū)的人們歡迎。 3、抗菌防臭和消臭功能人體皮膚上棲息著無數(shù)微生物，在汗腺和毛孔中也有它們的同胞，其中大部分是細(xì)菌類，其次是霉菌及酵母等真菌類。只是它們之間保持著平衡狀態(tài)，尚能相安無事而已。其中細(xì)菌類的菌種數(shù)順序為：葡萄球菌小球菌枯草菌腸道桿菌鏈球菌；而真菌類的順序為:曲霉、青霉酵母菌。據(jù)調(diào)查資料表明：不同人群的人體部位其細(xì)菌數(shù)差異很大，從背脊、腋下和腳幾部分，計測其皮膚上的細(xì)菌數(shù)，則以腳上的細(xì)菌數(shù)量最多，詳見表11所示。人們穿著的紡織品上附著的細(xì)菌平均數(shù)，以鞋墊表面最多，秋冬季內(nèi)衣上細(xì)菌數(shù)最少，詳見表12所示。 表l1 皮膚表面的細(xì)菌數(shù)*職 業(yè)檢出細(xì)菌數(shù)（個/cm2）背脊腋下腳體力勞動者2002,000100,000沿岸警察隊30030010,000醫(yī)療工作者102001,000注：*Mc Bride et.al，1977資料 表12 服用紡織品表面上的細(xì)菌數(shù)材料或條件微生物數(shù)(個/cm2)襪子耐綸20,000棉6,000丙綸4,000鞋墊-1,000,000內(nèi)衣夏6,800春420秋380冬640夏季最多時57,000注：資料來源；水野上等，1960，1972；莊司等，1960 人們皮膚上常棲的細(xì)菌和真菌能相互抑制其異常繁殖，由此能防御其它病原性微生物對皮膚的攻擊。因此，殺滅皮膚上的常棲微生物是顯然愚蠢的?？咕莱粽淼哪康氖牵诖┲^程中，抑制以汗和污物為營養(yǎng)源的微生物繁殖，同時也防止了由此釋放的惡臭，保持了衣服的衛(wèi)生狀態(tài)。 抗菌防臭整理是指抑制或殺滅致病的微生物，通常測試方法規(guī)定的菌種是金黃色葡萄球菌和肺炎桿菌；視不同用途，有時要增加MRSA菌以及對綠膿桿菌和大腸桿菌也要有效，有些公司甚之?dāng)U大到霉菌。 超細(xì)及納米級的無機抗菌劑，具有耐熱性高，抗菌力強、安全可靠等特點，這類抗菌劑按其滅菌機理可分成兩類: 一是元素及其離子和官能團接觸性抗菌劑，如：Ag、Cu、Zn、S、As、Ag+、Cu+、SO3-2、AsO2-2等； 二是光催化抗菌劑，如納米級ZnO、TiO3和SiO3等。 許多金屬離子都有抗菌作用，其殺滅或抑制致病微生物的作用規(guī)律如下: AgHgCuCdCrNiPbCoZnFe可是，其中Hg、Cd、Pb、Cr等對人體有害，Ni、Co、Cu等的離子有顏色等原因，以致可作為染整助劑應(yīng)用以Ag、Zn和Ti的氧化物為主。 鋅的氧化物和其它化合物是人們常用的抗菌劑之一，它具有廣譜抗菌、耐熱性好，耐久性高和對人體安全性優(yōu)良等特點，其納米級材料抗菌效果尤為理想。超細(xì)ZnO(其顆粒粒徑為50-150，比表面積為30-70M2/g，堆積密度為0.40)，與普通級ZnO和銀的抗菌性對比測定結(jié)果，如表13所示。 表13 最小抑菌濃度的比較(ppm)金黃色葡萄球菌枯草桿菌大腸桿菌鼠傷寒沙門氏菌肺炎桿菌MRSA菌超細(xì)ZnO12562500500125160*普通ZnO1,0001252,0002,000500不能測得銀1,0001,000 525001,000不能測得注: *系振蕩法測試日本住友水泥公司生產(chǎn)的納米級Zn0-100(顆粒粒徑為5-15nm，六面晶體，比表面積為60M2/g，比重為5.78，堆積比重為0.4，吸油量92m1/log，折光率為1.9)，其對大腸桿菌和肺炎桿菌的抗菌試驗結(jié)果，如表14所示。表14 納米級氧化鋅(Zn-100)的抗菌性ZnO-100濃度ppm大腸桿菌肺炎桿菌末加10，0001，000100l04.91106I010l04.81024.83106105.601021.021026.20103注: 將試液在27，振蕩24小時后菌株數(shù)(細(xì)菌數(shù)/ml)表15 Zn0-100的抗霉菌效果Zn0-100濃度*(ppm)黑霉菌土青霉菌培養(yǎng)天數(shù)培養(yǎng)天數(shù)371014371014未加+10-5-3.5-1-+注：*是在瓊脂平板培養(yǎng)基層中ZnO100的ppm+表示可觀察出霉菌已繁殖-表示未觀察出霉菌的繁殖 納米級的ZnO和TiO，等的光催化殺菌作用，完全超出傳統(tǒng)的有機抗菌劑的能力，根據(jù)研究結(jié)果表明: 在試驗中的光催化抗菌劑，能將細(xì)菌及其殘骸一起殺滅清除，同時還能將細(xì)菌分泌的毒素一并分解掉。確認(rèn)有效殺滅的菌類有；大腸桿菌、綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌等。 納米級的TiO，和ZnO，受陽光或紫外線照射時，在水份和空氣存在的體系中，能自行分解出自由移動電子(e-)和帶正電荷的正穴(h+)。在正穴表面發(fā)生催化作用，可使吸附的水氧化生成氧化力很強的（OH），而電子則將空氣中的氧還原，生成02-離子，形成過氧化物，其反應(yīng)如下: TiO2/ZnO + hv e- + h+ e- + 02 02- h+ + H2O OH + H+上述反應(yīng)中生成的OH和02-非?；顫?，化學(xué)反應(yīng)性極強，能與多種有機化合物反應(yīng)(包括細(xì)菌的有機物及其分泌的毒素的殺滅和消除)，應(yīng)該注意，這種光催作用同時會使纖維氧化，加速其老化。如果用一種耐氧化的多孔薄膜狀如有機硅將其包裹，就能防止其對纖維的氧化。當(dāng)然，其消臭作用也是基于同一反應(yīng)所致。 在無機抗菌劑中，銀系化合有廣譜抗菌效果好，對人體無毒無刺激等優(yōu)點，而銀的抗菌性與其化合價也有關(guān)，其效果順序如下: Ag+3Ag+2Ag+1 高價銀化合物的還原勢極高，使其周圍的空間產(chǎn)生活性氧，具有殺菌作用，而Ag離子與細(xì)菌接觸后，會與細(xì)菌體內(nèi)的酶蛋白的硫醇基反應(yīng)，使之失去活性而殺滅之。其反應(yīng)示意式如下: 為防止含銀陶瓷超細(xì)粉日久變色，一般都經(jīng)過相應(yīng)的保護性處理。含銀陶瓷超細(xì)粉或納米級顆粒早就用于開發(fā)抗菌性滌綸纖維。而納米級含銀陶瓷顆粒作為染整功能性助劑，由廈門華普高科技產(chǎn)業(yè)有限公司在清華大學(xué)協(xié)助下，研究開發(fā)成植入法新工藝，解決了各種納米級陶瓷粉體在棉、滌棉等紡織品上均勻分布和有效結(jié)合兩大技術(shù)難題，為納米級陶瓷功能整理在棉上應(yīng)用開創(chuàng)了新的途徑。 植入法整理棉布的抗菌性能如表16所示。表16 抑菌性能試驗菌種20小時后細(xì)菌平均減少率(%)對照組平均菌落 (cfu/塊)原樣(未洗)洗50次樣*洗100次樣*金黃色葡萄球菌 (ATCC6538)100.0087.1649.551.34105大腸桿菌（8099）100.0094.8483.361.70105注：l、*洗滌方法按GB/T8629-1988由福建省中心試驗所試驗 2、抗菌數(shù)據(jù)由福建省防疫站測定。 4、印染工藝上的應(yīng)用 隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種納米材料將不斷開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域也會持續(xù)開展下去。納米材料獨特的功能性將受到關(guān)注。對染整加工來說，如何推廣應(yīng)用這一新材料和新技術(shù)，有二個問題是特別重要的；一是加深對納米材料性能作用的理解；二是解決納米材料在應(yīng)用過程中穩(wěn)定的分散問題。 以下就納米材料性能與作用作簡要說明: 納米材料的小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)會使它產(chǎn)生淤滲作用。例如當(dāng)納米材料與高分材料共混時，它會深人到高分子材料的不飽和鍵附近和鍵的電子云發(fā)生作用，形成立體網(wǎng)狀。從而提高高分子材料的強度、彈性、耐磨性、對光和熱的穩(wěn)定性。 納米材料顆粒尺寸小，比表面積大，表面能高，以及其表面配位的嚴(yán)重缺損等原因，它易與其它材料中的氧起鍵合作用，提高分子間鍵合；同時又易于分散到高分子鍵的空隙中，使材料的強度、韌性、延展性大幅地提高。某些納米材料的分散相是無色透明的，對染整加工的染色和印花致果不會產(chǎn)生不良影響。由于其表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)而產(chǎn)生對光的反射作用，能對材料起極佳的屏蔽作用(如40Onm以內(nèi)對紫外線和800nm以上的紅外線)，從而提高耐曬牢度。 一般地說，納米材料要配成穩(wěn)定的水分散相，在技術(shù)上有一定難度。據(jù)稱其分散相較易凝聚，但其凝聚的作用力不強，較易剪切分散，有類似于印花漿的“觸變性”。 染整生產(chǎn)中的清潔生產(chǎn)要求呼聲日益高漲，而涂料印染工藝是眾所周知的工藝簡單，仿色準(zhǔn)確，無需水洗，有節(jié)能、省水和符合環(huán)保生態(tài)要求。在國外染整加工中所占比重超過50%，受到了業(yè)界人士的重視。據(jù)浙江省絲綢科學(xué)研究院柳孝龍等人的研究工作表明: 在涂料印染時，添加0.3%納米級硅基氧化物后，可獲得如下效果: 1、添加納米材料后，色漿觸變性良好，涂料色漿透網(wǎng)性和印制花紋清晰度明顯改善； 2、膜的強度、彈性、耐磨性和耐水性增加，從而提高了相關(guān)的色牢度； 3、由于納米級硅基氧化物，對400nm以內(nèi)的紫外線反射為88%，對800nm以上紅外線反射率達(dá)70%以上，以及納米顆粒對涂料顆粒的強烈吸附作用，改善了由于紫外線引起的色變，從而可提高日曬牢度0.5級。 染整生產(chǎn)的粘合劑通常是由乳液聚合法制成，最近王玨等人采用特殊的納米技術(shù)合成了納米級乳液粘合劑，它與傳統(tǒng)乳液粘合劑的應(yīng)用對比試驗，發(fā)現(xiàn)；納米級乳液粘合劑印染產(chǎn)品質(zhì)量非常優(yōu)良，光澤色澤好，色牢度高和手感柔軟，特別是兩種粘合劑的粘著機理完全不同。由6、7萬倍電鏡觀察: 傳統(tǒng)涂料印染技術(shù)是在織物表面形成一層粘合劑膜，印花時其膜厚約為5m;而納米級乳液粘合劑在織物表面是顆粒之間(涂料和粘合劑)的點接觸，并沒有形成薄膜。在傳統(tǒng)乳液粘合劑與納米級乳液粘合劑地的色牢度比較如表17所示。表17 涂料印染的牢度比較牢度Oeko-tex標(biāo)準(zhǔn) 100涂料印染納米級乳液涂料染色納米級乳液涂料 (深色)染色備 注摩擦牢度干/濕3/24/33-4/3染色涂料用量為；5% Ciba Red G耐 水344耐酸性汗?jié)n3-444耐堿性汗?jié)n3-444 蘇州大學(xué)絲綢學(xué)院陳國強研究了納米級TiO2在馬來酸酐防皺整理中的催化作用，也獲得了肯定的結(jié)果。在軋烘焙工藝中，馬來酸酐的防皺整理，需要有自由基引發(fā)劑或和纖維發(fā)生交聯(lián)的催化劑，傳統(tǒng)工藝是用過硫酸鉀(K2S2O8)和次亞磷酸鈉(NaH2PO2分別作引發(fā)劑和催化劑