（纺织化学与染整工程专业论文）蒙脱土在卫生保健纺织品功能整理中的应用研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

y7 7 8 8 8 6 蒙脱土在卫生保健纺织品功能整理中的应用研究 纺织化学与染整工程专业 研究生刘强指导教师陈衍夏 本文主要围绕两个研究目标( 蒙脱土分散稳定体系的制各与卫生保健功能 棉织物的开发) ，以钠基蒙脱土和天然棉织物作为研究对象，首先陈述了蒙脱土 结构特性和天然织物卫生保健功能的开发现状，在此基础上，提出了应用无机 蒙脱土超细粉体整理天然织物，从而赋予天然棉织物良好的卫生保健功能的设 想。 本文研究了蒙脱土在水中的分散行为，根据其结果，采用测试分散体系浊 度、沉降实验和称重计算分散百分率的方法，考察了单一阴、阳、非离子表面 活性剂与复合表面活性剂对蒙脱士粉体的分散性能，得出了同等条件下 ( m t t = o 2 5 9 、表面活性剂= o 2 9 ) 在所选取的表面活性剂中，阴离子表面活 性剂羧甲基纤维素钠( c m c ) 在蒸馏水中对蒙脱土粉体的分散百分率最高为 8 0 2 ，从而选择c m c 作为分散剂去制备蒙脱土的分散稳定体系。 根据胶体d l v o 稳定机理，结合所测得蒙脱土的分散百分率及体系中电导 率的变化，研究和解释了分散体系中浓度、p h 值、电解质、温度、分散方式对 羧甲基纤维素钠( c m c ) 分散蒙脱土性能的影响。测得了蒙脱土的分散百分率 随其浓度增加而增加，随分散剂c m c 的增加呈先增加后减小的趋势，随介质 p h 值变化而不同，在p h = 1 0 是分散百分率为 最大9 5 6 ，随电解质的增加而 急剧减小直至为零，随温度的升高而减小，磁力搅拌分散好于超声分散( 超声 功能为1 0 0 w ，超声频率为5 0 h z ) ：推论出c m c 在蒙脱土颗粒表面随条件的不 同可呈平卧式和直立式吸附，结果表明在后一种方式吸附下，蒙脱土分散百分 率大于前者的分散百分率：综合得出了：m t t = 0 2 o ，3 9 、c m c = o 2 9 、d h = 9 1 0 、无电解质、常温、磁力搅拌0 5 h 分散百分率可以达到9 2 5 以上。 应用保温仪和改良q u i n n 法测得了经蒙脱土整理后织物的保温性及其抗菌 百分率，整理出了具有卫生保健新功能的天然棉织物。研究了整理液中浓度、 p h 值、温度、电解质、浴比对织物保温性与抗菌性的影响，发现浓度与p h 值 对织物卫生保健功能影响最大，浓度对保温性的影响呈先增加后减小的趋势， 而抗菌性能则随浓度的增加而增加，p h = 8 时织物保温性可以提高1 0 4 9 ，p h 2 5 和1 0 时织物抗菌百分率可到达1 0 0 与9 3 8 ，保温性与抗菌性并不呈一致变 化。综合得出在本研究条件下的最佳整理工艺为：浴比2 0 ：1 、蒙脱土浓度为 2 9 3 l 、整理液p h = 8 、c m c = l ，8 9 几、渗透剂j f c = 5 m l 、常温下整理、轧液 压力0 2 k p a 、二浸二轧、复合粘合剂聚氨脂( 软、硬各5 m 1 ) 共1 0 m l 、1 2 0 烘干5 m i n 、1 6 0 培烘3 r a i n 。经过这一工艺条件整理后，天然棉织物( 府绸) 的保温性能可以提高8 5 以上，抗菌率可提高到9 0 5 。 按照g b 8 6 2 9 - - 8 85 a 程序，测其洗涤后保温性与抗菌性，得到经洗涤2 0 次后，保温性比未整理前仍提高6 5 4 ，织物抗菌百分率仍为7 1 4 。同时对 其整理后的机械性能测试，发现经卫生保健整理后的织物断裂强度只减小 5 4 ，撕破强度的减小也只减小6 1 。 应用蒙脱土整理天然织物具备，环境友好的特性，缩短了工艺流程，且简 单方便易行，赋予了天然织物较好的卫生保健性能。提高了天然织物的附加值， 使其具有新的功能，拓宽了蒙脱土的应用领域。 关键词：蒙脱土，表面活性剂，羧甲基纤维素钠，分散稳定性，卫生保健 a p p l i c a t i o na n d r e s e a r c ho fm o n t m o r i l l o n i t ei nt h e h e a l t h c a r et b x t i l e t e x t i l ec h e m i s t r ya n dd y i n g f i n i s h i n g g r a d u a t e ：l i uq i a n g s u p e r v i s o r ：c h e ny a h x i a t h ea r t i c m a i n l y f o c u so nt w or e s e a r c ht a r g e t so fp r e p a r a t i o no fs t a b l y d i s p e r s i o n ss y s t e mf o rm o n t m o r i l l o n i t ea n de x p l o i t a t i o no f h e a l t h - c a r ef u n c t i o n sf o r c o t t o n - t e x t i l e ，a n da p p l i e sn a 十一m o n t m o r i l l o n i t ea n dc o t t o nt ob er e s e a r c ho b j e c t b a s e do nt h es t r u c t u r ec h a r a c t e f i s t i co fm o n t m o r i l l o n i t ea n dt h es i t u a t i o no f h e a l t h - c a rt e x t i l e ，i n t r o d u c e dm o n t m o r i l l o n i t et of m i s ht e x t i l ea n dm a d ei th a v e h e a l t h c a r ef u n c t i o n t h ea r t i c l e ，h a sr e s e a r c h e dt h em o n t m o r i l l o n i t ea c t i v i t yo f d i s p e r s i o ni nd i s t i l l e d w a t e r , f o l l o w i n gt h er e s u l t s ，h a v ea p p l i e dw a y so f t u r b i d i t y , s e t t l e m e n ta n dp e r c e n tt o i n v e s t i g a t et h ed i s p e r s i o na b i l i t yo f s u r f a c t a n t sh a v eb e e ns e l e c t e d f r o mt h er e s e a r c h r e s u l to fd i s p e r s i o n ，h a v ee d u c e dt h a ti n e q u a l c o n d i t i o n m t t = o 2 5 9 a n d s u r f a c t a n t s = o 2 9 c m ch a dm o s td i s p e r s i o na b i l i t yi na l ls u r f a c t a n t ss e l e c t e dw h e ni t h a sb e e nd i s p e r s e di nd i s t i l l e dw a t e r s o ，h a dc h o i c eo fc m ct op r e p a r et h es t a b l y d i s p e r s i o ns y s t e mo f m o n t m o r i l l o n i t e ， b a s e do nt h ed l v os t a b l em e c h a n i s ma n dt h er e s u l t so fd i s p e r s i o np e r c e n t so f m o n t m o r i l l o n i t ea n dc h a n g i n go fe l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yi ns y s t e m ，t h ee f f e c to f c o n c e n t r a t i o n ，p h ，e l e c t r o l y t e ，t e m p e r a t u r ea n dd i s p e r s i o nm e t h o d so nd i s p e r s i o n a b i l i t yt h a tc m ch a sd i s p e r s e dm o n t m o r i l l o n i t ew e r ei n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t s s h o w e dt h a t d i s p e r s i o np e r c e n t s w a si n c r e a s e dw i t ht h i c k n e s s r i s i n g o f m o n t m o r i l l o n i t e ，f i r s t l yw a sa u g m e n t e da n dd e c l i n e dw i t hc o n c e n t r a t i o ng r o w t ho f c m c ，w a sd i f f e r e df r o mt h ec h a n g i n go f p ha n di t sm o s tw a s9 5 6 i np h = 1 0 ，w a s d e s c e n d e ds h a r p l yt oz e r of o l l o w i n ge l e c t r o l y t ee n h a n c e ，a n dt h a tt h ed i s p e r s i o n e f f e c tm i l l e db ym a g n e t i cf o r c ew a sb e t t e rt h a nt h a tb yu l t r a s o n i c t h o s er e s u l t s i n d i c a t e dt h a td i s p e r s i o np e r c e n t sw e r eo v e r9 2 5 w h e nm t t 20 2 0 3 9 、c m c2 0 2 9 、p h - 。9 - - 1 0 、n oe l e c t r o l y t e 、n o r mt e m p e r a t u r e 、m a g n e t i cf o r c ef o rh a l f h o u r s h e a tp r e s e r v a t i o n c a p a b i l i t y a n da n t i b a c t e r i a l p e r c e n t s w e r et e s t e d b y a t t e m p e r a t o ra n dq u i n n t h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o n ，p h ，e l e c t r o l y t e ，t e m p e r a t u r e ， b a t h r a t ei nd i s p e r s i o ns y s t e mo nt h ec a p a b i l i t yo fh e a tp r e s e r v a t i o na n da n t i b a c t e r i a l p e r c e n t o fc o t t o nh a db e e nf i n i s h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h i c k n e s so f m o n t m o r i l l o n i t ea n dp ho ff m i s h i n gl i q u o rh a dm o s te f f e c to nt h eh e a l t h c a r eo f t e x t i l ef i n i s h e d ，a n di np h = 8h e a tp r e s e r v a t i o nc a p a b i l i v yc o u l db em o s te n h a n c e d 1 0 4 9 i np h 2 5 、1 0a n t i b a c t e r i a lp e r c e n t sw e r er e s p e c t i v e l y1 0 0 a n d9 3 8 b a s e do nt h o s er e s u l t s ，h a v ee d u c e dt h a tt h ep r i m ct e c h n i c a lc o n d i t i o n sw a sb a t h - r a t e 2 0 ：1 ，m o n t m o r i l l o n i t ec o n c e n t r a t i o n2 3 9 l ，p h = 8 ，c m c = 1 8 9 l ，j f c = 5 m l ，n o r m t e m p e r a t u r ef i n i s h i n g ，p r e s s0 2 k p a ，d r y i n gf o rt h r e em i n u t e si n1 6 0 a f t e r f i n i s h i n go f t h ep r i m et e c h n i c a lc o n d i t i o n s ，t h eh e a tp r e s e r v a t i o nc a p a b i l i t yo f t e x t i l e h a v e b e e ne n h a n c e do v e r8 5 a n t i b a c t e r i a lp e r c e n t sw a s9 0 5 f o l l o w i n gt h eg b 8 6 2 9 - - 8 85 ap r o c e d u r e ，a f t e rw a s h i n gf o r2 0t i m e st h eh e a t p r e s e r v a t i o nc a p a b i l i t ya n da n t i b a c t e r i a lp e r c e n t so fc o t t o nh a df i n i s h e dw e l e i n v e s t i g a t e d ，a n df o r m e rw a s6 5 4 ，l a t e rw a s7 1 4 ，d e c l i n e5 4 i nf r a c t u r e s t r e n g t ho f t e x t i l e d e s c e n d6 1 i nt e a rs t r e n g t h a p p l y i n gm o n t m o r i l l o n i t et of i n i s hc o t t o n , r e s u l t ss h o w e dt h a tt h et e x t i l eh a d b e e nf i n i s h e dh a dh e a l t h c a r ef u n c t i o n ，a n dt h a tt h ep r o c e s s i n gt i m ew a sr e d u c e d , t h e v a l ea d d e do fc o t t o nw a se n h a n c e da n dt h es c o p eo fm o n t m o r i l l o n i t ea p p l i e dw a s e n l a r g e r k e y w o r d s ：m o n t m o r i l l o n i t e ，s u r f a c t a n t ，c e l l u l o s ec ms o d i u ms a l t ，d i s p e r s i o n s t a b i l i t y , h e a l t h - c a r e p u 川大学坝一l ：学位论义 1 绪论 随着科学技术的迅速发展，生活水平的同益提高以及消费市场的多元化， 人们对衣着、服装的功能性也越来越重视。服装不再是只具备遮羞、防寒和日 常更替作用的载体。适应不同消费需求的功能性纺织品受到人们广泛地青睐， 例如抗菌、远红外线保健，防紫外线等功能性的纺织品。蒙脱土由于其片层结 构缝隙间金属阳离子的抗菌性能及其自发产生红外辐射等特性，使其在纺织品 的复合功能化、绿色环保的发展趋势中更具特色和优势，显示出良好的实用性 能和广阔的发展前景。 1 1 蒙脱土的结构与特性 1 1 1 蒙脱土的特性 蒙脱土是膨润土中最主要的组成矿物i i 】，是由基性火山岩特别是基性的火山 凝灰岩或火山风化而成，所谓的漂白土也是以含蒙脱土为主的粘土，它的吸附 性强。蒙脱土一般呈白色或灰白色，因含杂质而略有黄色、浅玫瑰色、红色或 绿色。 蒙脱土的阳离子交换能力很强，这是因为层间的阳离子结合较强，没有固 定的晶体位置所致。常见的蒙脱土含c a z + 或含n a + ，但经过处理，可以成为含 k + 、s i 4 + 、h + 、m 9 2 + 等离子的蒙脱土。蒙脱土的阳离子的交换能力大约在8 0 1 5 0 m e q l o o g 间。通常电价高的阳离子具有较高的交换能力，这显然与其吸附 力强有关。蒙脱土层间吸附有机大分子后，会使其层间距变大，蒙脱土的这一 特性使之具有过滤、漂白、净化的能力。同时由于其层间含有大量的金属阳离 子，也使之具有较高的低温远红外发射率，大部分波段的发射率都在9 0 以上。 1 1 2 蒙脱土的结构 蒙脱土( m o n t m o r i l l o n i t e ) 是属于蒙脱土族的一种粘土矿物，到目前为止该 族矿物共发现1 1 种，从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族( - - a 面体) 与皂土亚 族( 三八面体) ，蒙脱土是典型的层状硅酸盐之一【2 3 j 。 蒙脱土的结构是典型的2 ：1 型结晶，其单位晶胞由一个铝氧八面体夹在两 个二氧化硅四面体中问构成，靠共用氧原子形成层状结构1 4 1 】，结构示意图如图 1 所示。蒙脱土的主要组成用化学式可以表示为m n 3 5 ( a 1 3 3 m g o7 ) s i s 0 2 0 ( o h ) 4 ， m 为单价离子。通过衍射仪慢速扫描的实验结果表明蒙脱土的粒子度已接近纳 l j u 川大学帧t ：学位论义 米级，在扫描电镜下，拍摄的照片表明，在低倍数下，蒙脱土晶体呈圆形的团 簇状或棉絮状。在高倍数下，在矿物的颗粒在o 0 6 o 0 8 2p m 之问，其片层的 尺度为厚l n m 左右，长宽为1 0 0 n m 1 0 0 n m 左右。 由于铝氧四面体中的部分s i 4 + 和八面体亚层中的部分a 1 ”被m 9 2 + 所同晶置 换，因此在这些l n m 厚的片层表面产生了过剩的负电荷。为了保持电中性，这 。灿，f c ，m g ，l i oo h o on a + ，l i + ，c a + 圈12 4 型层状硅t 盐的结构 体 些过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来平衡，因此容易与烷基季铵盐或其它 有机阳离子进行交换反应生产有机蒙脱土，使层间距发生变化。 1 1 3 蒙脱土的有机化 天然蒙脱土是片层状结构，层间距约l n m ，层间是水合的c a 2 + 、n a + 、m 9 2 + 等可交换的金属阳离子，这种亲水的微环境利于有机阴离子的吸附，同时也可 利用有机阳离子插层剂去改变蒙脱土片层的极性，降低硅酸盐的表面能，以增 加两相的亲和性，提高蒙脱土性能的利用价值【7 1 。蒙脱土离子吸附或交换示意 图如图2 所示。 王珂等隅佣不同插层剂十六烷基三甲基氯化铵( d 1 6 3 1 ) 、十二胺、十八胺 和不同钠化试剂n a c l 、n a 2 c 0 3 、n a f 、c h 3 c o o n a 研究了对蒙脱土层间距的影 网川i 大学硕士学位论文 响，测得x r d 谱图数据如表1 所示。 oo o 宦害富誉皇量暑+ 一 ooo 圈2 蒙脱土片层结构间有机分子的吸附与离子交换 表1 不同有执肇脱土的珊谱圈皴据 表1 中数据说明，经过有机化过程，蒙脱土的层间距有明显增加，由改性 前的1 2 n m 增大至4 2 n m ，层间距增加的幅度大小与插层剂的类型有关，烷烃 链越长，层间距增幅越大。同时，层间距增加的程度也和钠基蒙脱土的阳离子 交换容量的大小一致，其中n a 2 c 0 3 作为钠化剂得到的钠基蒙脱土阳离子交换 容量最大( 2 5 m o l g ) ，从表1 可以看出，其形成的有机化蒙脱土的层间距也最 大。原因可能是阳离子交换容量较大时，有机插层剂可更加容易地进入到片层 之间，从而层间距增加较大。从这表l 中也可知，有机阴离子吸附与片层间的 阳离子结合，也可以达到增加其片层间距的作用。 1 2 蒙脱土的应用现状 蒙脱土是一种自身就具有纳米结构的天然矿物源，且原料来源极其丰富， 是目前最廉价的纳米材料。蒙脱土片层具备纳米材料所具有纳米效应，与有机 大分子复合，可以制成具有很多超常特性的新材料，因而世界各国都在争相开 叫川大学硕士学位诧义 发其功能和应用领域。 无机粒予提高聚合物的物理机械性能的效率主要由其在基体中的分散程度 决定。分散不仅仅与分散方法有关，也与无机粒子的表面改性有关。针对蒙脱 土有机化改性剂能较易进入蒙脱土片层并显著增大层间距，及改性剂分子能与 聚合物单体或高分子基体间有较强的物理或化学作用的特点，利于单体或聚合 物进行插层反应，能增强粘土片层与聚合物两相间的界面粘结，有助于提高复 合材料的性能”。有关研究结果表明，加入很少量( 质量分数3 5 ) 的蒙脱 土就可以使聚合材料的强度、耐热性、气体阻隔性、模量、耐磨性、阻燃性能 等大幅度提高，有的可以成倍提高，还有特殊的光学性能、电学性能等【1 0 】。利 用这些特性，可以制备功能性无机材料、复合材料塑料、橡胶、纺织纤维、 甚至可以做成涂料、胶粘剂等，其特殊的内部结构在医学上也有广阔的应用前 景。 1 2 1 蒙脱土与橡胶复合 蒙脱土片层对橡胶、弹性体等有很好的补强作用。同塑料一样，加人少量( 质 量分数3 一5 ) 的有机化的蒙脱土，可以使橡胶的强度、伸长率等性能大幅度提 高，有的性能可提高数倍，可替代目前的白碳黑，甚至彻底取代传统的碳黑及 其它填料，大大减少或根除污染，将是2 1 世纪橡胶工业的一场革命“1 。 a s 1 d o e t 等用胺基封端的( 丁二烯丙烯腈) 共聚物( a t b n ) 制备了橡胶蒙 脱土纳米复合材料。t g a 结果表明，橡胶的接枝率为每克复合物接枝0 6 9 a t b n ， x r d 及电镜结果表明，蒙脱土层间距为1 5 2 n m ，分散相平均尺寸为6 0 n m 。王一中 等“”用乳液共混一共凝的方法制各了丁二烯苯乙烯4 一乙烯基毗啶共聚物 一蒙脱土嵌入混杂材料，测试表明有很好的力学性能。 1 2 2 蒙脱土与塑料复合 普通塑料中加人少量的有机化蒙脱土( 质量分数一般为3 一5 ) 制成的塑 料，其强度、刚度”“、耐热性“i 1 、耐磨、阻燃、阻隔性能“”及制品的尺寸稳 定性大幅度提高，尤其是耐热性和阻隔性可以成倍提高，使普通塑料提高一个 档次。作为高性能工程塑料，可用于汽车、家电、电子、甚至航空等。其次， 利用其超常的气体阻隔性能和很高的远红外反射系数，可以制造食品包装容器 或保鲜膜、啤酒瓶、汽车油箱、农药包装容器。此外，利用该材料的易加工性 4 叫川大学硕上学位论文 和高耐磨性，可容易地制造高耐磨部件。由于片层蒙脱土的可定向性，可有效 地增加难加工塑料的流动性，使常规难以加工的塑料可通过普通的加工方法生 产制造。 1 2 3 蒙脱土与纺织纤维的复合 蒙脱土片层容易分散在纤维内部，在纤维结晶过程中改善纤维内部晶区分 布，提高纤维性能。一般只需加人质量分数为3 9 6 - 5 的蒙脱土，纤维的抗弯曲、 抗冲击、抗疲劳等力学性能及阻燃、耐热性能都有大幅提高，还会出现一些新 的性能，如抗紫外、抗远红外、防尘、防霉等。并且少量的蒙脱土分布在纤维 内部，不会影响纤维的粘流性和纺丝，对纤维的密度改变也很小，其纳米效应 却能显著减少纤维内部生产中造成的裂缝、气泡等缺陷，能促进大分子侧链间、 原纤之间的结合，对传统纺织行业的产品提升将有可能带来一场全新的革命。”。 1 2 4 蒙脱土在医药方面的应用 有人认为，蒙脱土内部不饱和的负电荷及强烈的阳离子交换能力，对进入 人体的病毒细菌有良好的吸附作用，当准纳米级或纳米级的蒙脱土口服进入人 体胃肠后，在消化道粘膜上可形成一层保护性覆盖膜，并通过与粘液糖蛋白相 互结合，改善消化道粘膜的修复能力，提高粘膜屏障对攻击因子的防御功能， 阻止有害毒素、细菌、病毒进人血液，并连同所固定的攻击因子随消化道自身 蠕动排出体外。据报道，超细纳米级蒙脱土粉末与某种中药粉末按比例搭配， 对治疗烫伤有奇效。 1 3 卫生保健纺织品的发展 进入2 1 世纪以来，差别化纤维、高性能纤维和功能纺织品应用于人们的衣 着而成为纺织行业的重要发展方向。特别是近几年出现的具有卫生保健功能的 纺织品，立足于医学和纺织行业，品种不断更新，数量不断增加，应用不断拓 展，概念不断延伸，其主要价值在于拓宽纺织品的应用领域，推动不同学科领 域的交叉与结合，提高纺织品的附加值。 旧川j 大学硕： 学位论丘 i 3 1 具有远红外发射功能的保健纺织品 1 3 1 1 远红外发射机理及其保健理疗功能 红外线是电子波谱的一部分，其波长为0 7 6 1 0 0 0um ，介于可见光与微 波之间按波长不同又分为近红外( o 7 6 1 5 0 um ) 、中红外( 1 5 5 6 um ) 、 远红外( 8 1 4um ) 和超远红外( 1 5 1 0 0 0 1 1 1 ) 。中红外与远红外是物体产生热 感的原因，故又称为热红外。凡温度高于绝对温度的物体，均能辐射红外能。2 。2 ”。 根据基尔霍夫定律可知，人体同时又是良好的红外吸收体，吸收波长也8 1 4 um 为主，红外辐射的机理主要是光谱匹配共振吸收，即当辐射源的辐射波长 与被辐射物的吸收波长相一致时，该物体就吸收大量的红外辐射。 红外辐射的波长较长，量子能量低，因此主要效应是热。对人体来说，热 是能量到达或进入人体组织温度升高而引起的感觉。在红外辐照下，人体支配 小动脉和毛细血管的交感神经张力降低，小动脉和毛细血管扩张，出现主动性 充血。有人用放射性同位素“n a 来研究下肢的皮肤、肌肉和关节在红外辐射作 用下的血液循环变化。结果表明，在红外辐射作用下，皮肤对“n a 清除率平均 增加5 0 ，有的增加近2 倍，平均皮肤温度上升6 ，远侧端肌肉如胫骨前肌 肉“n a 清除率增加达1 0 0 ，甚至未照射的对侧胫前肌的“n a 清除率也增加8 5 。对关节的作用则较差，膝关节的“n a 清除率在红外辐照后一般只增加3 7 2 d 1 - 3 1 2 保健理疗纺织品 电气石也是一种常温下自发远红外线的天然无机矿物，其发射远红外线与 释放负氧离子的两种功能协同作用，比单一功能更能激发人体细胞的活性，促 进人体血液循环及新陈代谢，是理想的保健功能材料，可制成内衣、健康寝具、 窗帘、沙发套等产品”。“1 。采用硅烷偶联剂对电气石进行改性试验，改性后的 电气石和e v a 、p p 、p e 等混合加工可以生产多种产品，如具有e v a 树脂层的 鞋袜材料、具有抗菌性能的电气石内衣”“。 日本大和纺织将放射性矿石微粉与远红外微粒按一定比例混合后，经整理 附着于织物上，形成新产品“i o n i n a ”。这种方法使织物具有负离子和远红 外双重效果，其床单产品经使用检测，被检测者脑电波中的n 波产生抑制，对 一些慢性病有较好的辅助疗效。日本富士纺织利用温泉中的天然发射性矿石， 经纳米技术与聚酯纤维结合，生产出“s t a i y a z ”负离子织物。经医学临床实 堕型查兰堡：! 兰堡笙兰 验，证明对腰痛、肩疼、关节炎及过敏性皮炎等有显著疗效。我国台湾地区工 研院化工所与庆祥光波公司，利用纳米技术和光波远红外原料，共同开发出纳 米远红外纺织品，提高了台湾纺织品的竞争力。 1 3 2 具有卫生抗菌功能的纺织品 1 3 2 1 抗菌机理 抗菌整理技术是利用处理药剂作用到纺织品上，影响细菌的微生物生存环 境，或通过药理作用，破坏菌类细胞内蛋白质的结构，起到杀死细菌抑制住微 生物的繁殖的作用，从而达到人体卫生的衣着环境的目的。这样的抗菌剂大致 有无机抗茵剂、铜化合物系抗菌剂、胍系抗菌剂等三大类。本章着重分析介绍 纳米无机抗菌剂的抗菌机理，其抗菌机理可分为两大类：光催化抗菌机理和接 触反应机理。 光催化抗菌机理：纳米级t i 0 2 ，z n o ，s i 0 2 在阳光或紫外线的照射时，t i 0 2 和z n o 能在水中和空气存在的体系中自行分解出自由移动的电子( ) ，同时留 下带正电荷的空穴( h + ) ，逐步产生以下反应： t i 0 2 ，z i l o + hu e + h + 6 + 0 ：一0 - ：( 空气中的氧被还原) h + + h ：o 一 o h 十h + ( 吸附的h 2 0 氧化) 生成的羟基自由基o h 和超氧化物阴离子自由基o ：一非常活泼，有极强的化学活 性，能与包括细菌在内及其分泌毒素在内的有机物质发生反应，从而将细菌、 残骸和毒素杀灭和消除。具有这种功能的物质通常被称作光触媒。光触媒能加 速气体及液、固体中的有机物分解，提高空气清净效率，且不会造成其它材料 常见的“吸附饱和”现象，从而可成为半永久性的环境净化材料，其杀菌力远 远强于臭氧和各种含氯化合物。 接触式抗菌机理：许多金属和余属粒子都具有抗菌作用，其杀菌和抑制病原 体的强度有以下规律：a g h g c u c d c r n i p b c o z n f e 。其中以a g 为例， a g 的抗菌作用与自身的化合价有关，这种能力按下列顺序递减：a 9 3 + ) a g ” a g + 。高价态的银虽有抗菌作用，但难获得。而a g + 可强烈吸收细菌体内酶蛋白的 巯基，并迅速结合，使其丧失活性，致使细菌死亡当菌体被杀死后，a g + 又游 离出来，再与其它细菌接触，进行新一轮的杀灭，如此周而复始。 7 p q 川大学硕，j ：学位论文 1 3 2 2 具有抗菌性能的纺织品 纺织品的抗菌防臭整理已有近百年的历史，5 0 年代至6 0 年代，美国已实现 卫生整理纺织品的工业化的生产，7 0 年代末8 0 年代初，同本的抗菌防臭纺织品 进入了较快的发展阶段。赋予普通纺织品抗菌性能，既可抵抗病菌的侵扰和环 境的危害，又可较大地提高产品的附加值，因而世界各国也越来越重视抗菌技 术的开发和应用，如美国的杜邦公司、英国的a c o r d i s ( 阿考迪斯) 公司、瑞士的 c i b a 公司，以及法国、韩国等国的多家公司。进入9 0 年代以来，日本生产的抗 菌纤维制品居世界领先的地位【2 ，其国内8 0 以上的袜子、内衣都为抗菌纺织 品。表2 为一些代表性的日本市售接触型无机抗菌剂。 表2 日本市售的代表性无机抗菌剂 备注：担体为日本部分公司的商业产品 日本蚕毛染色公司用染色方法生产出抗菌织物，同本旭化成公司采用银离 子在纤维中分散的方法生产抗菌织物，日本钟纺公司采用银、锌、铜等金属离 子复合技术生产抗菌织物。抗菌整理织物不断出现，品种多样。目前主要有帝 人、钟纺、柯尼巴和可乐丽等公司，相关领域的产品也比较丰富，如钟纺的“巴 克泰基拉”、可乐丽的“萨尼达一3 0 ”等多个品种，最近日本k u r b a o 公司利用 t i 0 2 的光催化抗菌机理开发出了具有光谱抗菌除臭作用的“s u n t o u c h ”纺织材 ! ! 业查兰竺：! ：兰生堡兰 料【3 1 】。 与这些国家相比，我国在这方面的研究和丌发均较晚，但是随着市场需求 的不断扩大，我国在抗菌产品的相关领域发展势头较为强劲。1 9 9 8 年北京赛特 瑞科技发展有限公司与中国科学院过程研究所成功研制出“纳米层状银系无机 抗菌防臭纤维” 3 0 l 。该抗菌涤纶纤维，色相良好，抗菌剂粉体在纤维中分散均 匀，纺制出的纤维具有长效抗菌性，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、白色念球菌 等病菌的抗菌性能均高于9 5 ，经1 0 0 次以上洗涤仍能保持8 0 以上抗菌率，现 已在一些纤维生产厂家进行大规模纺丝生产，效果良好，广受市场好评。4 。 日本光触媒环境净化产业正进入高速发展阶段，陶瓷、无机材料、纤维高 分子、电子、环境、建筑等众多学科及行业的相关人员正在进行光触媒的研究 开发和应用，据有关机构预测，同本该领域相关产业2 0 0 5 年的产值将达到1 兆日 元( 约合1 0 0 亿美元) 。 1 ，3 3 卫生保健纺织品的制备方法 1 3 3 1 纤维改性功能化 主要是利用化纤改性技术，将无机功能微粉材料作为添加剂来对纤维实现 改性，制备功能化纤维。例如，利用溶液共混制各负氧离子纤维复合材料，制 备的过程大致如下：把基材化合物溶解于适当的溶剂中，然后加入无机功能材 料的填料粒子，充分搅拌使粒子在溶液中分散，混合均匀后，进行聚合反应制 各样品，然后进行纺丝加工m 3 ，在这一过程中无机微粒直接在合成纤维的反应 过程中混入或者利用熔融共混方法在聚合物纺丝过程中添加无机填料，制备功 能化纤维。此过程是把无机微粒均匀分散在熔融的聚合物中，无需改变聚合物 的生产工艺过程。 功能纤维的制作工艺流程一般如下：原材料一化学和物理方法一纳米级粉 体一表面改性一配料一挤出一制造母粒一烘干一再配料一纺丝一成品。无机功 能材料的纳米级粉体一般在母粒中占4 0 - - 6 0 ，经过纺丝配料，它最多占丝 总重量的4 l o 若要高比例掺入这些材料的纳米粉体，在纺丝过程中其流 动性差，单丝断裂强度也将要下降。 1 3 3 2 后整理的方法 天然纤维因其服用的舒适性而被广泛接受，但又因其本身的一些缺点须进 9 些! ! ! 查兰堡主堂垡笙兰 行加工整理。后整理方法主要是把无机功能微粒材料通过整理加工，使其附着 在织物表面，从而赋予纺织品卫生保健的新功能，对织物进行后整理的方法大 致为浸轧法和浸渍法o5 1 ，适用于棉、毛、丝、麻等天然纤维和粘胶等再生纤维 素纤维的功能化整理【圳。 1 4 问题的提出及本研究的目的 蒙脱土( m t t ) 是一种层状结构的硅酸盐粘土，层间有可交换的阳离子如 n a + 、m d + 、c a 2 + 等，通过离子交换反应，插层剂有机阳离子能嵌入蒙脱土片层 间，使层间距增大，并使蒙脱土亲水性转变为亲油性，从而与聚合物复合，制 成具有各种特殊功能的聚合物纳米蒙脱土复合材料，现己成为蒙脱土应用的主 要方向，其复合材料的制备技术f 1 趋完善。 1 4 1 研究问题的提出 由于蒙脱土的结构特性，蒙脱土与聚合物的复合已成为研究热点。而目前 在纺织行业中的应用更多地只注重于在纤维化改性方面的应用，着重提高合成 纤维的各项力学性能，如韩克清等利用插层法制备出p a 6 6 蒙脱土纳米复合纤 维【3 7 】；赵明等利用双螺杆反应制备出p a 6 蒙脱土纺丝切片【3 8 ：王娜等利用微波 加热交换法合成出尼龙6 蒙脱土纳米复合材料1 3 9 j 。但由于其改性工艺较复杂， 影响因素众多，难以控制，且纺出的丝强度难以达到服用要求，易断头，因而 影响了蒙脱土功能的开发与利用。而利用后整理加工方法，把蒙脱土整理于织 物上，赋予天然织物卫生保健新功能，却鲜有报道。根据这一应用现状，我们 确立了用一种工艺相对简单、便捷的后整理方式来赋予纺织品特殊的功能。 本研究利用蒙脱土层问存在有较大量的可交换的会属阳离子如n a + 、m 9 2 + 、 c a 2 + 、a g + 等的特点，而这些可交换的阳离子不但可和外界的有机阳离子交换， 使其层间距增加，而且也可吸附有机阴离子，增加蒙脱土与有机物的亲和性这 一特性。按照这一思路提出以下两种设想：一应用蒙脱土片层间能吸附的有 机大分子的特性，提高其在水中的分散性能，使其分散更加稳定。二利用蒙脱 土层间可交换的金属阳离子如n a 十、m 9 2 + 、a g + 、c 矿等对微生物细菌具有很好 的杀伤性、以及蒙脱土所固有的远红外辐射等特性，对天然织物进行后整理， 赋予天然织物卫生保健的新功能。 l o p u 川i 大学坝 ：学位论艾 1 42 本研究的目的和内容 蒙脱土是一种主要来源于粘土的无机材料，其资源丰富，环境友好。利用 其结构特性经后整理制备出具有卫生保健新功能的纺织品是本课题的主要目 的。根据这一主要的目的，本研究主要围绕以下两个方面来进行研究：一是， 蒙脱土分散稳定体系的制备；二是，工艺条件对织物卫生保健功能的影响。 要想得到具有卫生保健功能的纺织品，蒙脱土在整理液中良好的分散性能 是关键。在3 中，主要研究了各种因素对蒙脱土分散性能的影响及规律，制备 出分散效果良好、性能稳定的蒙脱土整理液。该章是贯穿本研究课题的主线。 第4 中，主要通过对整理工艺条件的实验研究，得到了具备优良卫生保健 性能的织物，并分别考察和分析了主要工艺影响因素对卫生保健功能的影响。 叫j i l ；k 学硕士学位论文 2 实验药品与实验仪器 2 1 实验原料与试剂 1 蒙脱土，m m t ，山东提供： 2 羧甲基纤维素钠，c m c ，实验试剂，成都科龙化工试剂厂 3十二烷基硫酸钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂： 4 聚丙烯酸胺，实验试剂，上海化学试剂站： 5 柠檬酸三铵，分析纯，无锡市民丰试剂厂； 6 次亚硫酸钠，分析纯，上海白鹤化工厂； 7 吐温8 0 ，化学纯，成都科龙化工试剂厂： 8 氢氧化钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂； 9 盐酸，分析纯，广东汕头西陇化工厂； 1 0 焦磷酸钠，分析纯，北京红光化工厂； l l 氯化钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂； 1 2 聚丙烯酸酯，实验室自制： 1 3 聚氨酯，实验室自制； 1 4j f c 渗透剂，实验室自制： 1 5 六偏磷酸钠，化学纯，成都化学试剂厂； 1 6 十二烷基磺酸钠，分析纯，成都科龙化工试剂厂 1 7 生理盐水，实验室自制 1 8 革兰试剂，实验室自制 2 2 实验仪器与设备 1f a 2 1 0 4 s 型电子天平，上海精科天平； 2t p l 2 a 型物理天平，北京医用天平厂； 3 n d j 一8 s 型粘度计，上海精密科学仪器有限公司： 4 y g 0 6 5 n 型电子织物强力试验仪，山东莱州电子仪器有限公司 5 y g 6 0 6 型平板式保温仪，常州第二纺织机械厂； 6 d d s 一1 l a 型数字电导率仪，上海康仪仪器有限公司； 7 小轧车，北京纺织机械器材研究所； 8k q 一1 0 0 型超声波清洗器，昆山超声仪器有限公司； 9k x s 型恒温水浴锅，成都科析仪器成套公司： 1 2 州川夫学硕卜学位论文 l o0 1 1 型干燥箱，上海仪器总厂； 1 lx p b 3 6 1 5 s 型家用沈衣机，成都洗衣机厂； 1 27 9 2 磁力加热搅拌器，江苏金坛医疗仪器厂； 1 3 双层铁皮电炉，江苏丹阳兴富五金电器厂； 1 4 笔式p h 计，上海康仪仪器有限公司； 1 5c h 一2 型显微镜，日本o l y m p u s 公司： 1 6c r y s t a l s p e cn e p h e l o m e t e r 比浊计， 美国生产； 1 7p y x d h s d h p 一9 0 2 5 型电热恒温培养箱，上海一直科技有限公司 ! ! 型盔兰堡圭兰竺笙兰 3 蒙脱土分散稳定体系的研究及制备 片层结构的蒙脱土晶体颗粒表面包括晶粒平面和晶粒端面两部分，晶粒平 面带负电，晶粒端面的电性则受介质p h 值的影响。晶粒端面在酸性介质下带 正电、碱性介质下带负电，中性介质中不带电【4 0 】。蒙脱土在水中能形成悬浮分 散液，由于其晶体颗粒表面的带电多样性，它们在分散介质中聚集体形式和大 小也不相同，而聚集体颗粒大小与形式的不同都直接影响蒙脱土的分散性、分 散量、表面结构等物化性能。研究蒙脱土在介质中的分散行为和制备分散稳定 的蒙脱土溶液对其功能的_ 丌发具有重要的实用价值。 3 1 蒙脱土在水中的分散行为 表3 1 蒙脱土在水中的分散量 无机粉体的分散可以有多种方法，但目前应用较为普遍的是在液体中对粉 体进行分散。粉体在液体中的分散情况，除决定于粉体本身的性质，还受液体 的性质以及溶液情况的影响。粉体在液体中的分散，根据d l v o 理论，主要是 存在三种机理：( 1 ) 静电稳定机理，这是通过调节p h 值和外加电解质等方法， 是颗粒表面电荷增加，形成双电层，通过z e t a 电位的增加使颗粒间产生静电斥 1 4 四川大学硕士学位论文 力实现体系的稳定 4 1 。( 2 ) 空问位阻稳定机理，是指在粉体料浆悬浮液中加入 一定量的不带电的高分子化合物，使其吸附在