納米技術(shù)的開發(fā)，納米材料的應(yīng)用，推動(dòng)了整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展，也給市場(chǎng)帶來了巨大的商業(yè)機(jī)遇。 下面小編給大家分享一些納米材料與技術(shù)論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　納米材料與技術(shù)論文篇一

　　納米技術(shù)與納米材料在纖維中的應(yīng)用

　　摘要：

　　本文介紹了納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式，并闡述了納米技術(shù)在功能性纖維和其他特種纖維中的應(yīng)用情況，以及納米材料在應(yīng)用中存在的問題及解決方法，最后展望了納米技術(shù)的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：納米技術(shù);納米材料;功能性纖維;特種纖維

　　近年來，納米技術(shù)與納米材料正引起人們的極大關(guān)注。納米材料憑借其內(nèi)部所特有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等四大效應(yīng)，從而擁有完全不同于常規(guī)材料的奇特的力學(xué)性能、光學(xué)性能、熱力性能、磁學(xué)性能、催化性能和生物活性等性能。這些都為納米材料在紡織工業(yè)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　可以說，納米材料是21 世紀(jì)最有前途的材料，在功能性紡織品和高分子科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。[1]

　　1 納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式

　　納米粒子的奇特性質(zhì)為納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，應(yīng)用納米技術(shù)開發(fā)功能性化學(xué)纖維主要有兩個(gè)途徑[2]。

　　1.1 纖維超細(xì)化

　　使纖維達(dá)到納米級(jí)，以滿足特殊用途領(lǐng)域的需要。

　　1.2 共混紡絲法

　　共混紡絲法是指在化纖聚合、熔融階段或紡絲階段加入功能性納米材料粉體，以使生產(chǎn)出的化學(xué)纖維具有某些特殊的性能。此法是生產(chǎn)功能性化纖的主要方法。由于納米粉體的表面效應(yīng)，其化學(xué)活性高，經(jīng)過分散處理后，容易與高分子材料相結(jié)合，較普通微粉體更容易共熔混紡;而且納米粉體粒徑小，能較好地滿足紡絲設(shè)備對(duì)添加物粒徑的要求，在化纖生產(chǎn)過程中能較好地避免對(duì)設(shè)備的磨損、堵塞及纖維可紡性差、易斷絲等問題;對(duì)化纖的染色、后整理加工及服用性能等也不會(huì)造成很大的影響。該法的優(yōu)點(diǎn)在于納米粉體均勻地分散在纖維內(nèi)部，因而耐久性好，其賦予織物的功能具有穩(wěn)定性。目前化纖產(chǎn)品中復(fù)合型纖維的比例不斷擴(kuò)大，如果在不同的原液中添加不同的納米粉體，可開發(fā)出具有多種功能的紡織品。例如在芯鞘型復(fù)合纖維的皮、芯層原液中各自加入不同的粉體材料，生產(chǎn)出的纖維可具有兩種或兩種以上功能。

　　2 納米技術(shù)在功能性纖維方面的應(yīng)用

　　2.1 抗紫外線纖維

　　太陽光中能穿過大氣層輻射到地面的紫外線占總能量的6%。紫外線具有滅菌消毒和促進(jìn)體內(nèi)維生素D 合成的作用，但同時(shí)也有加速人體皮膚老化及產(chǎn)生癌變的危險(xiǎn)[3-5]。

　　2.1.1 抗紫外線纖維的紫外防護(hù)機(jī)理

　　紫外線屬于電磁波，其波長范圍在100nm～400nm 之間。研究表明，TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、云母、高嶺土等在300nm～400nm 波段都具有吸收紫外線的特征。若將這些材料制成納米級(jí)超細(xì)粉體，由于微粒尺寸與光波波長相當(dāng)或更小，這種小尺寸效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)光的吸收顯著增強(qiáng)。

　　另外，這類超細(xì)粉體的比表面積大，表面能高，在與高分子材料共混時(shí)，很容易與后者結(jié)合，加之化纖紡絲設(shè)備對(duì)共混材料粒度的要求，決定了納米粒子是制造功能性化纖的優(yōu)選添加材料。

　　2.1.2 抗紫外線纖維的應(yīng)用

　　此類化纖包括的品種面很廣，從國內(nèi)外研制和生產(chǎn)的品種來看，涉及滌綸、維綸、腈綸、尼龍和丙綸等;加工方法有尼龍、聚氨酯混紡、尼龍、醋酸纖維混紡等。主要用來制作運(yùn)動(dòng)衫、罩衫、制服、套褲、職業(yè)服、游泳衣和童裝等。在我國大多數(shù)地區(qū)，人們夏季穿著服裝單薄，這就需要利用納米粒子的抗紫外線功能來開發(fā)各種化纖產(chǎn)品，以滿足婦女、老人、兒童、野外工作者和高溫崗位工人的需要。

　　2.2 抗菌除臭纖維

　　通常所說的抗菌包括抑制、殺滅、消除細(xì)菌分泌的毒素以及預(yù)防等功能?？咕w的除臭功能表現(xiàn)在：保健方面：防止皮膚感染，消除病菌分泌的毒素和將汗液等轉(zhuǎn)化為臭味物質(zhì)的細(xì)菌;美學(xué)方面：除去令人不愉快的臭味[6-8]。

　　2.2.1 抗菌除臭纖維的抗菌除臭機(jī)理

　　納米級(jí)TiO2、ZnO等光催化型殺菌劑，表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)抗菌劑僅能殺滅細(xì)菌本身的性能。其殺菌機(jī)理為：納米級(jí)TiO2、ZnO等抗菌劑能在水分和空氣存在的情況下，自行分解出自由移動(dòng)的電子(e-)，同時(shí)留下帶正電的空穴(h+)，逐步產(chǎn)生反應(yīng)，生成的羥基自由基和超氧化物陰離子自由基非常活潑，有極強(qiáng)的化學(xué)活性，能與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)(包括細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物及其分泌的毒素)，從而將細(xì)菌、殘骸和毒素殺滅、消除。

　　納米級(jí)TiO2、ZnO的除臭機(jī)理主要有以下兩種：①吸附臭味。超細(xì)ZnO的比表面積大、孔容大，可以吸附多種含硫臭體。②氧化分解。TiO2、ZnO等物質(zhì)在H2O、O2體系中可發(fā)生光催化反應(yīng)，產(chǎn)生的超氧化物陰離子自由基能與多種臭體反應(yīng)，從而更徹底地消除臭味。

　　2.2.2 抗菌除臭纖維的應(yīng)用

　　日本在抗菌防臭功能纖維上開發(fā)較多。最近，日本石玻璃公司開發(fā)了一種含活性玻璃粒子的抗菌防臭功能纖維。這是一種含有銀粒子的溶解性玻璃微粉，粒徑在50nm 以下。這種纖維在毒性、穩(wěn)定性、持久性和抑制細(xì)菌抗藥性等方面的表現(xiàn)較為優(yōu)良。在使用過程中，一旦接觸到水分，纖維內(nèi)部的溶解性玻璃粒子就會(huì)緩慢釋放出銀離子，它能在幾小時(shí)到幾年的時(shí)間內(nèi)以特定的速度釋放，阻礙細(xì)菌繁殖，顯示出優(yōu)良的抗菌性。日本帝人公司生產(chǎn)的由納米TiO2、ZnO 作為消臭劑的除臭纖維能吸收臭氣凈化空氣，可用于制造消臭敷料、繃帶、尿布、睡衣、窗簾、廁所用紡織品以及環(huán)保用過濾織物等。

　　我國抗菌劑的研究相對(duì)滯后，但近年來發(fā)展較快。北京賽特瑞公司生產(chǎn)的銀系抗菌劑，采用納米層狀銀系無機(jī)抗菌材料制備的抗菌防霉織物，僅需添加0.5%～1%的無機(jī)抗菌劑，具有廣譜抗菌功能，且抗菌效果顯著、持久，對(duì)皮膚無刺激性。上海合成纖維研究所研制的一種新型抗菌纖維，是將納米級(jí)TiO2、ZnO 等添加到天然或聚合物長絲中，紡制出各種永久性抗菌、防臭纖維，經(jīng)試驗(yàn)證明，這種纖維對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力，目前該技術(shù)僅僅完成了實(shí)驗(yàn)室研究工作，還不能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。許德生等人采用納米級(jí)TiO2、ZnO 和粘膠纖維共混制成的纖維，既具有普通粘膠纖維特性，又能防菌、抗菌、防紫外線和抗電磁輻射。北京服裝學(xué)院科研人員的研究表明，用納米級(jí)ZnO 對(duì)棉織物進(jìn)行處理后，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌和黑曲霉菌等均有顯著抑制作用。另外，國家超細(xì)粉末工程中心利用納米ZnO等粉體做核，在外包覆銀以抗細(xì)菌，在外包覆CuO、ZnSiO3 以抗真菌，將這種抗菌粉體加1%到合成纖維中，就能制得抗菌性良好的功能性纖維。 　　2.3 遠(yuǎn)紅外纖維

　　2.3.1 機(jī)理

　　人體釋放的紅外線大致在4μm～16μm的中紅外波段，在戰(zhàn)場(chǎng)上如果不對(duì)這一波段的紅外線進(jìn)行屏蔽，很容易被非常靈敏的中紅外探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)，尤其在夜間，人體安全將會(huì)受到威脅，因此很有必要研制對(duì)人體紅外線具有屏蔽功能的衣服[9-10]。

　　遠(yuǎn)紅外線反射功能纖維是一種具有遠(yuǎn)紅外吸收及反射功能的化纖，通過吸收人體發(fā)射出的熱量，并再向人體輻射一定波長范圍的遠(yuǎn)紅外線，可使人體皮下組織血流量增加，起到促進(jìn)血液循環(huán)的作用;由于能反射人體輻射的紅外線，也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失的作用，使此類纖維及織物的保溫性能較常規(guī)織物有所提高。遠(yuǎn)紅外超細(xì)添加劑是一種白色或淺白色粉體。這類抗紅外線功能助劑是在遠(yuǎn)紅外加熱所使用的陶瓷粉體的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，所以稱之為“遠(yuǎn)紅外陶瓷粉”。根據(jù)應(yīng)用的化纖品種和性能要求的不同，通常包括納米級(jí)ZnO、SiO、Al2O3 等，除了要求將它們的粒度用直接制備或二次粉碎的方法控制在100nm以下外，同時(shí)還要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理，以確保這類粉體的分散性、相容性和功能化纖的可紡性。

　　2.3.2 遠(yuǎn)紅外纖維應(yīng)用

　　日本對(duì)遠(yuǎn)紅外聚酯的研究最多。1996年已確立了遠(yuǎn)紅外纖維制品的保溫性試驗(yàn)方法和對(duì)人體的溫?zé)崽匦韵盗性u(píng)價(jià)方法，對(duì)遠(yuǎn)紅外線與生物關(guān)系已有了系統(tǒng)的研究。日本三菱人造絲公司將PTA、EG和納米陶瓷粉混合先制成母粒，再與普通聚酯在283℃下共混紡絲，制成中空度21.3%、蓬松度153mL/g 的遠(yuǎn)紅外短纖維;日本可樂麗公司將聚酯和含氧化陶瓷的增塑劑共混紡絲制得遠(yuǎn)紅外纖維;日本尤尼吉卡公司推出一種太陽遠(yuǎn)紅外滌綸，其物理機(jī)械性能與普通滌綸相似，具有明顯的升溫效應(yīng)，據(jù)報(bào)道，該織物水洗后在相同條件下比普通滌綸快干30min。

　　2.4 阻燃纖維

　　2.4.1 阻燃纖維的阻燃機(jī)理

　　阻燃的目的在于降低熱分解過程中可燃?xì)怏w的生成，抑制氣相燃燒過程的反應(yīng)。阻燃纖維多數(shù)通過用添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑對(duì)原材料進(jìn)行處理制得。納米SbO3阻燃劑在燃燒初期首先熔融，熔點(diǎn)為655℃，在材料表面形成保護(hù)膜隔絕空氣，通過內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下SbO3 被汽化，稀釋空氣中的氧濃度，從而起到阻燃作用。

　　2.4.2 阻燃纖維應(yīng)用

　　國外用共混法制得的阻燃改性纖維有阻燃粘膠纖維，如美國的Durvil、奧地利的Lenzing、日本的Tuflan;也有阻燃丙綸纖維，如瑞士的Sandoflam 5071[11]。

　　3 納米材料在其他特種纖維中的應(yīng)用

　　3.1 智能隱身纖維

　　將納米金屬粒子、納米氧化物(如納米級(jí)Fe2O3、Ni2O3等)、納米復(fù)合材料以共混法加入成纖聚合物熔體或紡絲溶液中，經(jīng)熔融紡絲或濕法紡絲制成隱身材料。制成的高性能毫米波形隱身材料、可見光-紅外線型材料和結(jié)構(gòu)式隱身材料，可避開雷達(dá)、紅外線探測(cè)器的偵測(cè)。另外，可采用對(duì)電、熱比較敏感的納米金屬粒子與纖維原料共混，制成具備防止熱成像設(shè)備偵測(cè)的功能纖維。目前美國正在研究采用熱敏、光敏或電化學(xué)染料做迷彩服，以使迷彩服的顏色和圖案隨環(huán)境變化而改變，具備動(dòng)態(tài)防偵視功能。美國研制的 “超黑粉”納米隱身材料，對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99%。法國研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸波涂層由粘合劑和納米微粉填充材料組成。這種由多層薄膜疊合而成的結(jié)構(gòu)具有很好的磁導(dǎo)率，在50MHz～50GHz 內(nèi)具有很好的吸波性能。目前世界軍事發(fā)達(dá)國家正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外和可見光等波段的納米復(fù)合材料。

　　3.2 變色纖維

　　變色纖維是一種具有特殊組成結(jié)構(gòu)的纖維，當(dāng)受到光、熱、水分或輻射等外界激化條件作用后，具有可逆自動(dòng)改變顏色的性能。纖維在一定波長的光的照射下會(huì)發(fā)生顏色變化，而在另一種波長的光的作用下又會(huì)發(fā)生可逆變化回到原來的顏色，這種纖維稱為光敏變色纖維。具有光敏變色的物質(zhì)通常是一種具有異構(gòu)體的有機(jī)物，這些化學(xué)物質(zhì)因光的作用產(chǎn)生異構(gòu)，并生成兩種化合物。這些化合物的分子式?jīng)]有發(fā)生變化，但對(duì)應(yīng)的鍵合方式或電子狀態(tài)產(chǎn)生了變化，可逆地出現(xiàn)吸收光譜不同的兩種狀態(tài)，即可逆地顯色、褪色或變色。美國Clemson 大學(xué)和Georgia 理工學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)近年來正在探索光纖中摻入納米變色染料或改變光纖表面的涂層材料，使纖維的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。日本松井色素化學(xué)工業(yè)公司制成的光致變色纖維在無陽光下不變色，在陽光或UV 照射下顯深綠色[11]。

　　4 納米材料應(yīng)用中存在的問題及解決方法

　　納米材料在化學(xué)纖維應(yīng)用過程中存在的問題，主要是它的分散性差、易凝聚。為解決這一問題，需對(duì)納米粒子的表面進(jìn)行處理以降低其表面能。表面處理的方法有很多，根據(jù)表面處理劑與顆粒之間有無化學(xué)反應(yīng)，可分為表面化學(xué)改性和表面吸附包覆改性。化學(xué)改性是指在納米微粒的表面進(jìn)行化學(xué)吸附或反應(yīng);而包覆改性主要利用一些表面活性劑、聚合物以及聚合物單體等吸附在顆粒表面，增強(qiáng)納米微粒與基材的親和性[12-13]。

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　　(作者單位：孫炳軍，淄博市纖維紡織監(jiān)督檢驗(yàn)所;張玉海，淄博市紡織行業(yè)協(xié)會(huì))

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