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东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能 l 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：列、怎 日期：2 - 0 6 7 年月暑日 i1，、， 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密吼在叁年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：写小冬 日期：b - 年月g 日 指导教师签名：许淹旖 日期：枷7 年f 月雳日 东华大学硕士学位论文 舍棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 摘要 随着生产的发展，人们的生活水平不断提高，因此对日常使用的 纺织品的各种性能也提出了更高的要求，除了一般的服用性能外，还 有如防紫外线、抗菌、拒水、拒油等特殊功能要求。 纳米材料作为一种新型材料，有许多普通材料不具备的特性。越 来越多的产品使用纳米技术，纳米产业给产品增添了许多奇特的性 能。纺织作为我国的传统行业，充分利用纳米技术改造传统的染整工 艺，提高我国的纺织品科技含量，开发集舒适、休闲、保健为一体的 多功能纺织品，提高其竞争力是当代纺织染整工作者的历史使命。目 前应用纳米材料整理使织物获得某些功能的研究报导已时有所见，但 有关纳米材料多功能整理与染色同浴进行的研究还鲜有报导。 传统的织物功能整理剂，比如：有机类防紫外线整理剂( 吸收剂) 在纯棉织物上已早有应用，但其存在屏蔽范围窄、耐久性较差等缺点； 而纳米材料防紫外线整理剂( 屏蔽剂) 有很高的化学稳定性、热稳定 性、无毒、无味、无刺激性，使用安全，还兼具杀菌除臭作用，同时 还是广谱屏蔽剂，对u v a 、u v b 都有屏蔽作用，而且对纤维没有选择 性，尤其适合于不同纤维的混纺或交织物的功能整理。 涂料染色作为纺织品染色中的一个特殊领域早在六十年代就有 专利和研究报告发表，但限于当时的技术水平而未能得到迅速发展。 _ 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 近年来随着新的涂料和染色助剂的不断出现和应用技术的不断完善， 以及多种纤维混纺织物的发展，涂料染色又重新受到国内外的广泛注 意和推广。把涂料染色结合纳米材料的多功能整理同浴进行，不仅具 有理论研究的意义，更具有工艺应用价值。 本文对多种纳米材料进行筛选，通过对纳米材料的红外光谱分 析、对其分散液的沉降性试验和粒径分析，以及对织物防紫外线效果 的测试，最终选择纳米材料n 2 作为防紫外线整理剂并确定其用量为 l o g l ；本文又通过纳米粒径和z e i a 电位仪分析研究了纳米材料在整 理液中的分布均匀性，并通过s e m 电镜观察纳米微粒在纤维上的形 态分布以及通过分散方式的变化来判断纳米材料的分散效果，最终得 出了整理液的最佳分散条件，并确定了分散剂的用量和合理的分散工 艺；本文还通过大量试验找到防紫外线整理剂纳米材料n 一2 和纳米改 性拒水剂f s j - 2 8 0 f 稳定相容的条件，以加入电解质n a 2 s 0 4 和粘合剂 能够使二者稳定相容。本文也对涂料染色工艺也进行了研究，筛选出 理想的涂料染色助剂，使染色织物具有较好的染色性能和物理性能。 研究表明纳米材料多功能整理剂和涂料染色液有良好的配伍性，纳米 材料多功能整理与涂料同浴染色织物在具有优良的防紫外线和拒水 功能的同时也达到了染色的目的。 本课题的研究成果实现了织物的多功能整理与涂料染色同浴进 行的目的，利用涂料染色的粘合剂解决纳米级多功能整理剂无反应性 基团、直接性差等弱点，又利用纳米材料的特点避免许多防紫外线整 理剂对纤维的选择性强和防紫外线范围窄等缺点，以解决多种纤维混 ， 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 纺织物的多功能整理和染色。同时也有利于缩短生产工艺，节约能源， 提高劳动生产率，节约生产成本，也为工厂新产品开发打下了良好的 基础，具有良好的发展和应用前景。 关键词：混纺织物，纳米材料，多功能整理，涂料，同浴染色 一一 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 卫订i ，t i f u n c t i o 卜a lf n 叮s h i n gw i t h n a n o m t e r i a i ，sa n dp i g n n td y e n 町gi n 0 小m b a t ho fb l e n df a b r i c s 厂i t hc o t t o n a bs t r a c t p e o p l er a i s et h e i rl i v i n gl e v e lc o n t i n u a l l yi np a c ew i t hd e v e l o p m e n t o fp r o d u c t i o n ，s ot h e yp u tf o r w a r dm o r er e q u e s t so nv a r i o u sp e r f o r m a n c e o ft e x t i l e s b e s i d e st h eg e n e r a lw e a rp e r f o r m a n c e ，t h e r ea r em a n ys p e c i a l f u n c t i o n s ，s u c ha sa n t i l r v ( u l t r a v i o l e t ) ，a n t i b a c t e r i a ，w a t e r - r e p e l l e n t ，o i l - r e p e l l e n ta n ds oo n t h en a n o m a t e r i a l ，a san e wt y p eo fm a t e r i a l ，h a sal o to ff e a t u r e s d i f f e r e n tf r o mt h eo r d i n a r yo n e t h en a n o t e c h n o l o g yi su s e dm o r ea n d m o r ew i d e l y ，t h en a n o - i n d u s t r ya d d sm o r ep e c u l i a r p e r f o r m a n c e t o p r o d u c t s b yv i r t u eo fn a n o t e c h n o l o g y ，t h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yo f d y e i n ga n df i n i s h i n gw i l lb er e b u i l ta n dt h ec o n t e n to ft e c h n o l o g ya n d s c i e n c eo fo u rt e x t i l e sw i l lb ei m p r o v e d i ti sag r e a tm i s s i o nt od e v e l o p m u l t i f u n c t i o n a lt e x t i l e s i n c o r p o r a t i n gc o m f o r t ，h e a l t hc a r ea n do t h e r f u n c t i o n si n t oo n e n o w ，t h e r ea r ef r e q u e n t l yr e p o r t sa b o u tu s i n gn a n o m a t e r i a l so n t e x t i l e sf o ro n ef u n c t i o n ，b u tt h e r ea r ef e wr e p o r t so nm u l t i f u n c t i o n a l f i n i s h i n gw i t hn a n o m a t e r i a l sa n dd y e i n gi no n e b a t h 7 u 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 t h et r a d i t i o n a l o r g a n i ca n t i u va g e n t ( a b s o r b e n t ) h a sa p p l i e dt o c o r o nf a b r i c sf o ral o n gt i m e ，b u ti th a sal o to fd e f e c t s ，f o re x a m p l e ，t h e s c o p eo f i t ss h i e l du vi sn a r r o w , t h ep e r f o r m a n c ei sb a de t c ；h o w e v e r , t h e n a n o - m a t e r i a la n t i u va g e n t ( s h i e l d i n ga g e n t ) h a sh i g hs t a b i l i t yt oh e a t a n dc h e m i s t r y , i ti so d o r l e s s ，i n n o c u i t y , n o n i l l r i t a n ta n do t h e rf u n c t i o n s ， w h a t sm o r e ，i ti sab r o a d s p e c t r u ms h i e l d i n ga g e n ta n dc o u l ds h i e l df r o m b o t hu v aa n du p i g m e n td y e i n gi sas p e c i a ld y e i n g t e c h n o l o g yi nt h et e x t i l ei n d u s t r y e v e ne a r l yi nt h ej9 6 0 s ，p a t e n t sa n dr e s e a r c hp a p e r so np i g m e n td y e i n g w e r ep u b l i s h e d ，h o w e v e r ，t h e r ew a s n tr a p i dd e v e l o p m e n tf o rt h er e a s o n o fl i m i t e dt e c h n o l o t yl e v e l a tt 1 1 a tt i m e i nr e c e n t y e a r s ，w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn e wa d h e s i v e sw i t hp e r f e c ta p p l i c a t i o np r o p e r t i e s ，t h e p i g m e n td y e i n gh a sb e e nd r a w n m o r ea n dm o r ea t t e n t i o na n dp o p u l a r i z e d b o t ha th o m ea n da b r o a da g a i n t h e r ei sn o to n l ym e a n i n go ft h e o r y r e s e a r c h ，b u ta l s og r e a tv a l u eo fp r a c t i c eo fm u l t i f u n c t i o n a lf i n i s h i n g w i t hn a n o m a t e r i a l sw h i l ed y e i n gi no n e b a t h i nt h i sp a p e r ，t h en a n o - m a t e r i a l sw e r es t u d i e db yf t i r ，c o n s i d e r e d o nt h ef a c t o r so f p a r t i c l es i z e ，s u b s i d e n c ep e r f o r m a n c e a n du p f ( u l t r a v i o l e tp r o t e c tf a c t o r s ) o ff i n i s h e dt e x t i l e s ，t h ef i n i s h i n ga g e n tn 一2 w a sc h o s e n ，w h o s eo p t i u md o s a g ew a slo g l ；t h ed a t ao fz e t ae l e c t r i a l p o t e n t i a li nt h ef i n i s h i n gb a t hw e r eo b s e r v e db yt h ep a r t i c l es i z ea n dt h e z e t ap o t e n t i a li n s t r u m e n t ，s ot h ep a r t i c l es i z ea n dp a r t i c l ed i s t r i b u t i o na r e 一 妒 东华大学硕士学位论文含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 a n a l y z e d w i t hs e m ，t h en a n o s c a l ep o w d e rd i s t r i b u t e do nt h ef i b e ri s o b s e r v e d b e s i d e s ，b ys t u d y i n gt h ec h a n g e so fd i s p e r s i n gw a y t oe s t i m a t e i t sd i s p e r s i v ee f f e c t f i n a l l y ，t h eo p t i u md i s p e r s i n gc o n d i t i o n sa n dt h e d o s a g e o f d i s p e r s a n t a r e d e t e r m i n a t e d ；i nt h i sp a p e r , t h es t e a d y c o m p a t i b i l i t yo fn a n o m a t e r i a ln - - 2w i t hl l a n o - m o d i f i e dw a t e rr e p e l l e n t a g e n t sf s j 一2 8 0 fi s d i s c o v e r e dt h r o u g hl o t so fe x p e r i m e n t s b ya d d i n g e l e c t r o l y t el i k en a 2 s 0 4a n da d h e s i v ec o u l dm a k et h e mm o r es t e a d i l y c o m p a t i b l e t h ep a p e rs t u d i e st h ep i g m e n td y e i n gt e c h n i c a lp a r a m e t e r s a n ds c r e e n so u tt h ei d e a lp i g m e n td y e i n ga u x i l i a r yw h i c he n d o w st h e d y e i n gt e x t i l e sw i t hb e r e rd y e i n gp e r f o r m a n c ea n dp h y s i c a lp e r f o r m a n c e t h es t u d ys h o w st h a tn a n o - m a t e r i a l sn o to n l yh a v eg o o dc o m p a t i b i l i t y w i t hp i g m e n td y e i n gl i q u i d ，b u ta l s oh a v ev e r yg o o da n t i - u l t r a v i o l e ta n d w a t e rr e p e l l e n te f f e c ta f t e rb e i n gt e c h n i c a l l yo p t i m i z e d ，a n dt h ef i n i s h e d f a b r i c sm e e tt h en e e do f d y e i n g t o o w i t ht h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t s ，w eh a v ef u l f i l l e dm u l t i f u n c t i o n a l f i n i s h i n go ff a b r i c sw i t hn a n o m a t e r i a l sa n dp i g m e n td y e i n gi no n e - b a t h s u c c e s s f u l l y ，w h i c hw i l lh e l pm i l l st os h o r t e nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s i n g a n ds a v e e n e r g y ，r a i s e l a b o r p r o d u c t i v i t y a sw e l l t h er e s e a r c h a c h i e v e m e n t sc a nh e l pt od e v e l o pn e wp r o d u c t s ，w i t hg o o da p p l i c a t i o n p r o s p e c t s j厂 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 f e is u n ( a p p l i e dc h e m i s t r y ) s u p e r v i s e db ys e n i o re n g i n e e rh a i y u x u k e yw o r d s b l e n d f a b r i c s ，n a n o m a t e r i a l s ，m u l t i f u n c t i o n a lf i n i s h i n g ， p i g m e n t ，d y e i n gi no n e b a t h 厂 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 目录 第一章前言l 1 1 本课题的目的和意义1 1 2 本课题的发展和现状2 1 3 本课题的发展趋势4 1 4 纳米材料和织物多功能整理4 1 4 1 纳米材料4 l 。4 1 1 纳米材料特性4 1 4 1 2 纳米材料在织物功能整理中的应用5 1 4 2 纺织品的防紫外线整理6 1 - 4 2 1 提高纺织品防紫外线能力的途径和基本要求6 1 4 2 2 纤维种类和织物组织结构对紫外线防护的影响7 1 4 2 3 颜料对紫外线防护的影响8 1 4 2 4 助剂对紫外线防护的影响8 1 4 2 5 纳米材料的防紫外线整理9 1 4 2 6 纳米材料在纺织品防紫外线整理中的应用方法9 1 4 2 7 防紫外线整理效果的测试和评价1 0 1 5 防水和拒水整理1 l 1 5 1 防水整理分类1 1 1 5 2 拒水整理剂分类和应用现状1 1 1 5 3 织物拒水性能的评价1 2 1 6 涂料染色1 2 1 6 1 涂料染色工艺概述1 2 1 6 2 涂料染色工艺特点1 3 1 6 3 涂料染色工艺中颜料和助剂的选择1 3 1 6 3 1 颜料的选择1 3 1 6 3 2 粘合剂的选择1 4 1 6 3 3 其它助剂的选择1 5 1 7 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色1 6 1 8 纳米材料多功能整理的关键问题：1 6 1 9 本课题的研究工作及其成果1 7 第二章基本原理：1 8 2 1 纳米材料的防紫外线原理1 8 2 1 - 1 纳米材料对紫外线的吸收机理1 8 2 1 2 纳米材料对紫外线的散射机理1 8 2 2 纳米材料的分散稳定原理1 9 2 2 1 纳米粒子的团聚与分散2 0 2 2 2 纳米颗粒在介质中的分散理论2 0 2 2 2 1 双电层排斥理论2 1 2 2 2 2 空间位阻理论2 2 2 2 2 3 静电位阻稳定机理2 3 东华大学硕士学位论文舍棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 2 3 拒水整理原理2 4 2 4 粘合剂成膜和粘着机理2 5 2 4 1 粘合剂成膜机理2 5 2 4 2 粘合剂固着机理2 6 第三章试验用品与方法2 7 3 1 试验用品：2 7 3 1 1 试验材料2 7 3 1 2 实验药品2 7 3 1 3 主要实验仪器与设备2 8 3 2 实验方法2 9 3 2 1 纳米材料的筛选和用量的确定2 9 3 2 2 纳米材料工作液中的分散剂的筛选2 9 3 。2 3 纳米材料与防水剂配伍性试验2 9 3 2 4 涂料染色工艺3 0 3 2 5 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色工艺，3 0 3 3 测试方法3 l 3 3 1 沉降性测试3 1 3 3 2 纳米材料的表征3 1 3 3 3 粒径大小及分布测试3 1 3 3 4z e t a 电位测试3 1 3 3 5 织物色差测试：3 l 3 3 6 织物的染色牢度试验3 1 3 3 7 织物的机械物理性能试验3 2 3 3 8 织物的特殊功能测试3 2 3 3 9 织物多功能整理耐洗性测试3 2 第四章结果与讨论3 3 4 1 纳米材料多功能整理工艺的确定3 3 4 1 - 1 纳米级防紫外线材料的筛选3 3 4 1 1 1 纳米材料防紫外线工作液的分散稳定性比较3 3 4 1 1 2 不同纳米材料防紫外线整理效果的比较3 5 4 1 2 纳米材料防紫外线整理剂n 一2 用量的确定3 6 4 1 3p h 值对纳米材料工作液分散稳定性的影响3 6 4 1 4 分散剂的筛选和用量的确定3 7 4 1 5 分散方式对纳米材料工作液分散稳定性的影响4 2 4 1 5 1 剪切速率对纳米材料工作液分散稳定性的影响4 2 4 1 5 2 超声分散时间对纳米材料工作液分散稳定性的影响4 3 4 1 6 涂料染色粘合剂的筛选4 5 4 1 7 纳米级多功能整理剂的配伍性及纳米改性拒水剂用量的确定4 6 4 1 7 1 纳米级多功能整理剂的配伍性4 6 4 1 7 2 粘合剂对纳米材料多功能整理液稳定性的影响4 7 4 1 7 3 纳米改性拒水剂用量的确定和多功能整理综合试验4 8 4 2 涂料染色工艺的确定5 0 4 2 1 涂料染色固色工艺的确定5 0 4 2 2 涂料染色配方的正交试验5 1 东华大学硕士学位论文含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 4 3 综合试验5 4 4 3 1 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色工作液的稳定性5 4 4 3 2 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色对织物功能的影响5 5 4 3 3 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色对织物服用性能的影响5 8 4 3 4 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色试样的耐洗性能比较：6 0 4 3 5 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色织物匀染性的比较6 l 第五章结论6 3 参考文献6 5 附录6 8 在校期间已发表学术论文目录7 2 致谢7 3 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 1 1 本课题的目的和意义 第一章前言 随着经济的持续快速发展和工业化进程的加快，人类活动在创造出前所未有 的物质财富且人们生活水平得到很大提高的同时，也给我们的栖息地一地球带来 了巨大的压力，随之而来的就是许多环境问题，如臭氧层空洞逐渐加大，紫外线 辐射逐渐增强，诱发皮肤病甚至皮肤癌等等诸多问题。同时随着科学技术的发展 和人民生括水平的提高，人们对日常使用的纺织产品的各种性能提出了更多更高 的要求，比如：安全性，舒适性，以及很多其它功能性要求。纳米材料作为一种 性能特殊的新型材料，有许多普通材料所不具备的特性，越来越多的产品使用纳 米技术，纳米产业给产品增添了许多特殊的功能，开展纳米材料在纺织品上的应 用研究是一项抓住新材料革命的机遇而进行高科技开发的研究项目。充分利用纳 米技术改造传统的染整工艺，提高我国的纺织品科技含量，开发集舒适、休闲、 保健为一体的多功能纺织品，提高其市场竞争力是当代纺织染整工作者的历史使 命。 纳米材料多功能整理是利用纳米材料的特殊性质而将两种或多种功能复合 于一种纺织品的技术，以提高产品的档次和附加值。本课题的目的之一是使用纳 米材料对含棉类混纺织物进行后整理使其具有防紫外线和拒水等多重功能。 涂料染色是一种实用的染色技术，它相对于染料染色，具有工艺简单、生产 成本低、环境污染小和调色方便及准确等优点，故在染整行业中被研究开发，应 用于各种不同的面料。由于涂料染色对纤维无选择性，因此适合于多种不同纤维 混纺织物的染色，同时可以通过粘合剂把涂料和无机纳米材料同浴应用到织物 上，即进行纳米材料的多功能整理与涂料同浴染色。 纳米材料多功能整理与涂料同浴染色，目前国内外还鲜有这方面的报道。利 用涂料染色工艺解决纳米级多功能整理剂无反应性基团、直接性差等弱点，又可 以利用纳米材料的特点避免传统织物用防紫外线整理剂对纤维的选择性强等缺 第1 页共7 2 页 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 点，以解决多种纤维混纺织物的多功能整理和染色。 本课题的研究是在此背景下，通过将无机纳米粉末、涂料、粘合剂、分散剂、 其它整理剂采用特殊的分散方法配制成稳定的分散乳液，然后浸轧织物进行染色 和整理，并测试织物防紫外线性能、拒水性能以及其它服用性能的变化，开发穿 着舒适、性能卓越的多功能纺织品。 1 2 本课题的发展和现状 纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六 十年代后，研究人员开始有意识地通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米 体系的奥秘。1 9 8 4 年，德国萨尔布吕肯的格莱特( g l e i t e r ) 教授把粒径为6 n m 的 金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料，开创纳米材料学之先河【1 1 。1 9 9 0 年7 月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议( n a n o - s t ) ， 标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。 1 9 9 0 年，美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针，在 镍表面用3 6 个氙原子排出“i b m ”三个字母。科学家们从这种能操纵单个原子的 纳米技术中，看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1 9 9 3 年，中国科学院北 京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米 科技领域占有一席之地【2 】。 九十年代以来，准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1 9 9 1 年1 月，日本筑波n e c 实验室的饭岛澄男( s i i j i m a ) 首次用高分辨分析电镜观 察到碳纳米管，这些碳纳米管为多层同轴管，也叫巴基管( b u c k yt u b e ) 1 3 1 。2 0 0 0 年1 0 月，美国宾州大学研究人员在s c i e n c e 上发表文章称【4 】，纳米碳管的质量 是相同体积钢的六分之一，却具有超过钢i 0 0 倍的强度。不仅具有良好的导电性 能，还是目前最好的导热材料。 然而，国内外对于纳米材料在织物后整理方面的应用虽有报导但还不多。有 报道说，日本帝人公司已经开始销售纳米材料的织物整理剂；2 0 0 5 年6 月1 6 日 位于美国加州的n a n o t e x 公司采用纳米技术开发了三只提升织物性能的整理 剂，它们不会影响织物的手感、外观和舒适性。r e s i s t ss t a t i c 可用于化学纤维的 耐久性抗静电整理，它可减少涤纶织物的静电吸附，避免产生静电冲击。它也可 第2 页共7 2 页 东华大学硕士学位论文含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 用于便裤、制服、运动服和起绒织物的整理；c o o l e s tc o m f o r t 设计用于由于树脂 涂层而阻止水分吸收的纯棉免烫服装，利用n a n o - t e x 的专利吸湿技术，能快速 地将湿气从人体表面吸走，保持服用干爽舒适，整理后织物的吸水速率与未处理 棉织物相等，而比大多数免烫整理织物快1 0 倍。国内，对于天然纤维，尤其是 棉纤维来说，采用纳米整理剂对织物进行后整理尚处于起步阶段。山东巨龙化工 公司将紫外线吸收剂和屏蔽剂合理配合，研制成功用于棉织物的防紫外线整理 剂；另据报道，厦门华普高技术产业公司在清华大学的协助下，把纳米陶瓷微粉 植入天然棉纤维中获得了防紫外线性能的棉织物，这种纤维用于制造外装、夏日 装、夏日帽、日光伞、运动服外，还可制造手术服、护土眼等。华东理工大学的 一些科研人员利用硅烷偶联剂对纳米z n o 进行预处理后，较好地分散在包括分 散剂、柔软剂、增稠剂在内的特制整理液里，成功研制出了效果优良、耐水洗且 具有柔软功能的防紫外线整理剂【5 1 ，并已成功应用在针棉织品。北京服装学院的 一些科研人员通过添加电解质分散剂研究了纳米z n o 在水中的分散行为，在仅 仅对涤棉混纺织物浸渍该纳米z n o 的微乳液后，测得织物的防紫外线功能显著 提高。另外，美国、日本、英国、德国和意大利等国的十几家公司生产纳米二氧 化钛【6 】，年产能在1 万t 左右。国内生产纳米二氧化钛、二氧化硅等材料的厂家 也较多，但很多产品质量不可靠，国内比较大的生产单位有南京海泰纳米材料有 限公司，浙江舟山明辉纳米材料有限公司等。 他们的研究为棉织物的防紫外线整理的发展趋势指明了方向，为纳米无机紫 外线屏蔽剂在棉织物上的应用奠定了一定的基础。 涂料染色是借助粘合剂将颜料粘着在纤维表面获得均匀颜色的加工过程。早 在六十年代就有专利和研究报告发表，但远没有象涂料印花技术那样得到广泛的 应用。近年来随着新的粘合剂和其它助剂的不断出现，以及应用技术的不断完善， 涂料染色又重新受到国内外广泛的注意和推广，特别是应用于染浅、中色产品， 或者和树脂整理一浴进行加工。 由上述可知，关于纺织品仅用纳米材料整理，使其具有某种功能，如：防紫 外线、抗菌、拒水、拒油、防红外线功能( 凉爽整理) 等的整理已时有报道，特 别是纳米拒水、拒油在国内外已有大型企业在应用，如：广东溢达、宁波雅戈尔 生产的高档三防衬衫，但用纳米材料对织物进行多功能整理与涂料同浴染色使其 第3 页共7 2 页 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 获得颜色的同时还具有上述多种功能的研究还鲜有报道。 1 3 本课题的发展趋势 多功能整理是将两种或多种功能复合于一种纺织品的技术，以提高产品的档 次和附加值。该技术已在棉、毛、丝、化纤、复合及其混纺交织物整理中逐渐得 到应用【7 1 。随着人们对服装性能提出越来越多的要求以及纳米应用技术的成熟， 可以看出，应用纳米材料对纯棉与化纤混纺织物进行多种功能的复合后整理，是 未来的一个发展趋势。 含棉类混纺织物的纳米材料多功能整理和涂料同浴法染色可以充分利用二 者的优势，使纺织品在获得颜色的同时又具有防紫外线、拒水等多种功能，同时 又避免了天然纤维无法通过把纳米粉体加入到纺丝液从而使织物具有某种功能 的缺陷，因此形成产业化生产的前景极为光明。 1 4 纳米材料和织物多功能整理 1 4 1 纳米材料 纳米材料【8 】是指晶粒尺寸为纳米级( 1 0 母m ) 的超细材料，纳米微粒是由数目较 少的原子和分子组成的原子群或分子群，其占很大比例的表面原子是既无长程序 又无短程序的非晶层。正是纳米微粒的这种特殊结构，导致了纳米材料的奇异性 质，如体积效应、表面和界面效应、宏观隧道效应等，并产生了许多和常规材料 不同的物理化学性质。纳米材料的表面和界面效应即纳米微粒随着颗粒尺寸减 小，粒子表面原子数和总原子数的比例大幅增加，粒子的表面能和表面张力也随 之提高，从而引起纳米材料的性质变化。由于表面原子和内部原子所处的环境不 同，存在大量的表面缺陷。另外，纳米颗粒表面原子的畸变也引起表面电子自旋 构象和电子能谱的变化，所以纳米材料具有新的光学及电学性能，如有些纳米金 属氧化物对紫外线有良好的屏蔽作用，有的对红外线有良好吸收和屏蔽作用。此 外，纳米材料还具有小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等【9 1 ，因而 展现出许多特有的性质，在光催化、滤光、光吸收等方面有广阔的应用前景【1 0 】。 1 4 1 1 纳米材料特性 ( i ) 表面效应 第4 页共7 2 页 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材科多功能整理与涂料同浴染色 随着粒子尺寸减小，表面积增加，而表面粒子缺少相邻原子的配位，所以 表面能大，极不稳定，很容易与其他原子结合，表现出很高的活性。 ( 2 ) 小尺寸效应 当粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导的相干长度或透射深度特 征尺寸相当或更小，周期性的边界条件将被破坏，在声、光、电磁、热力学等特 性方面均会出现新的效应。所谓德布罗意波长是指微观粒子，如电子、质子、中 子等也具有波动性，它们的波长称为德布罗意波长l ，具有关系式l = h p ，h 为 普朗克常数，p 为动量。 ( 3 ) 量子尺寸效应 当粒子尺寸小到一定值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散 能级，即可看作由连续能级变为不连续的现象，称为量子尺寸效应。如导体变为 绝缘体，绝缘体变为超导即是这一效应的体现。 ( 4 ) 宏观量子隧道效应 所谓隧道效应是指微小粒子在一定情况下能穿过物体，犹如里面有了隧道可 以通过的现象。例如光波在从玻璃到空气的界面上，当入射角大于临界角时，会 发生全反射，光子不能进入空气中。如果空气是夹在两块玻璃棱镜中的一薄层， 情况就不同。气隙足够薄时，一部分光波被气隙反射，而一部分光波会透过气隙 进入第二块玻璃，气隙越薄，则反射的越小而透过的越多，这就是光子的隧道效 应。 1 4 1 2 纳米材料在织物功能整理中的应用【i i , 1 2 ，纳米级无机类整理剂由于处于原子簇和宏观物体之间的过渡区( 1 1 0 0 n m ) ， 与普通材料相比具有一系列优异的光学、电化学、催化等物理、化学性质，从而 纳米技术的发展为开发功能性纺织品提供了新的途径。将纳米纤维或纳米微粒加 入到纺织品中，可赋予该产品某种或多种新的功能。可以想象未来纳米纤维的制 成品其强度会超过钢，弹性如橡胶、耐磨如陶瓷，导电赛铜银，保暖似羽绒，同 时还可能集多种功能于一身，兼具抗紫外、拒水、阻燃、抗菌、远红外、负离子 等功能，将广泛应用于航空、航天、交通、医疗、体育、电子、生物、建材、环 保等领域。总之，未来应用纳米材料开发的功能性纺织品应该具有光辉的前途。 第5 页共7 2 页 东华大学硕士学位论文 含棉混纺织物的纳米材料多功能整理与涂料同浴染色 1 4 2 纺织品的防紫外线整理 上世纪2 0 年代以来，由于碳氟系溶剂和氟利昂的大量使用，地球大气层中 臭氧层遭到严重的破坏，使到达地球表面的紫外线不断增加。紫外线是波长 1 8 0 , - 一4 0 0r i m 的电磁波，适量的紫外线辐射具有杀菌作用并能促进维生素d 的合 成，有利于人体健康。但在烈日持续照射下，人体皮肤会失去抵御功能，易发生 灼伤，出现红斑或水泡。过量的紫外线照射还会诱发皮肤病( 如皮炎、色素干皮 症) ，甚至皮肤癌，促进白内障的生成并降低人体的免疫功能。因此，为了保护 人体避免过量紫外线辐射，纺织品的防紫外线整理已刻不容缓。 从光学原理讲【1 3 】，光线照射到物体上，一部分被物体表面反射，一部分被物 体吸收，其余部分透过物体。在一般情况下，透过率十反射率十吸收率= 10 0 。 同样，紫外线照射到织物上也是部分被反射，部分被吸收，其余的透过织物。因 此，照射在织物上的紫外线被反射和吸收越多，透过织物的紫外线就越少，对紫 外线的防护性也就越好。由此防紫外线纺织品的制各和加工原理通常是对纤维和 织物添加紫外线屏蔽剂，以提高纤维及其织物对紫外线的吸收反射能力。 1 4 2 1 提高纺织品防紫外线能力的途径和基本要求 紫外线( u l t r a v i o l e tr a y s ) 是阳光中波长最短的一种光波，它具有很高的 能量，作用于皮肤的紫外线分为短波紫外线( u v c ：2 0 0 n m - - 2 8 0 n m ) 、中波紫外 线( u v b ：2 8 0 n m - - 3 1 5 n m ) 和长波紫外线( u v a ：3 1 5 n m - - 4 0 0 n m ) 1 1 4 。短波 紫外线u v c 穿透力极强对人类影响大，u v c 虽然能被臭氧层吸收，但近年来由 于臭氧层的破坏，少量短波紫外线也能到达地面；中波紫外线u v b 的能量极高， 大部分能被皮肤真皮吸收，引起真皮血管扩张，呈红肿、水疱等症状；长波紫