（纺织化学与染整工程专业论文）纳米炭黑在羊毛织物上的应用.pdf

、 秒卜氐一、厶y； q i ， 谌 、 r 一 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i 譬学风。所甲，交的学何论文，是本人在导 师的指导卜。独眭进 j | 研究i ：作所取得的成果。除文中已明确注明和引川的内容外。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 白撰写。我对所写的内容负责，并完全意识至0 本声明的法律结果由本人承担。 学何论文作者签名： 曰明：2o q 年 办 i 、 ，i - 谌 、 一 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 。学f 1 7 ：沦文作者完全了解学校有天保留、使川。学何论文的规定，同意学校保留并向国 家有关部l j 或机构送交论文的复印仆平电f 版，允许论文被杏阅或借阅。本人授权尔华 人学可以将本学何论文的全部或部分内容编入有天数据库进i 了检索，可以采州影印、缩 印或扫描筲复制手段保存平汇编本学何论文。 保密毗住三年解密后适川本版权l5 。 本节位论文属i 不保密口。 学位论文作者签名：筒支爻 日期：2 d 回年1 月箩日 指导教师签名： 问。珍 日期：加7 年月莎日 勺 i + 、 ，i - r 讨 纳米炭黑在羊毛织物上的应用 摘要 羊毛纤维是高档纺织品的雨要原料，它具有许多其它纤维无可比拟 的优点，如手感柔软，质地坚牢，光泽自然柔和，有良好的弹性以及良 好的保暖性、抗皱和防污性。羊毛纤维表面含有大量的氨基和羧基等亲 水性基团，标准回潮率达15 l7 ，较合成纤维高，但是在北方或相对湿 度比较低的地区，轻薄犁羊毛精纺面料西裤吸附或缠裹身体的现象很严 重，所以有必要对羊毛制品进行抗静电处理。目前局限于采用有机抗静电 剂来整理织物，但是这类抗静电剂受环境影响大且耐水洗性差。 纳米炭黑对光有吸收性和折射性、化学性质稳定，是具有导电性、 抗紫外性的无机颜料，在工业上有广泛的应用。但是纳米炭黑聚集能高、 吸油量大，所以分散性差，与纤维的结合力差。为了解决这个问题，可 以采用分敝剂将纳米炭黑分散液分散2 4 小时，再通过粘合剂将纳米炭黑 粘贴在织物f - ，这样处理的染色织物既不均匀且牢度差。编号为2 0 0 5 0 9 0 4 的英国专利指t p , ，可以在纳米炭黑表面上嫁接亲水性基团。本文采用了 两科，酸性改性剂处理纳米炭黑。第一种足按照美国加州d a v i s 分校孙刚教 授的研究小组提供的方法处理纳米炭黑，第二种足根据氧化接枝的原理， 采用混睃( 浓硝酸：浓硫酸体杉5 比为l ：3 ) 对纳米；荧黑表面进行改性，并研 究其具体上艺参数。经过f ：述两种力法改。陀的纳米炭黑配成的水分散液， 鼍l f 、 r i 都具有持久的分散稳定性。 本课题采用浸染法和浸轧法将改性纳米炭黑处理到j 羊毛织物上，并 以染色深度为标准，研究其工艺参数。通过对改性纳米炭黑浸染法处理 的羊毛织物各项染色牢度测试可以看出，改性纳米炭黑成功渗入羊毛纤 维内部，且扩散均匀后固着其中，使羊毛着色。改性纳米炭黑浸轧法处 理的羊毛织物的各项染色牢度也很优。同刚比较由实验组其它同学提供 的聚氨酯和溶胶，考虑染色牢度和匀染性两个因素，最终选用已步入工 艺化生产的硅氧烷溶胶作为分散介质。对改性纳米炭黑处理的羊毛织物 进行抗紫外和抗静电测试，u p f 值大大增加，且浸轧处理的羊毛织物静电 电压和半衰期均有所下降，水沈后静电电压值和半衰期下降更多。故纳 米炭黑处理的羊毛织物有抗紫外性、抗静电性及其耐水洗性。 关键词：纳米炭黑，氧化改性，羊毛织物，溶胶，抗静电性，抗紫外性 ，j j 、 t h ea p p l i c a t i o no nt h e w o o lw i t hc a r b o n b l a c kn a n o p a r t i c l e s a bs t r a c t w b o if i b e ri sa n i m p o r t a n tm a t e r i a lo ft o pt e x t i l e w h i c hh a sm a n y o u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha ss o f t h a n d l e ，n a t u r a la n dt e n d e rl u s t e r e x c e l l e n t f l e x i b i l i t y ，w r i n k l er e s i s t a n c ea n da n t i f o u l i n g p r o p e r t y o nt h e s u r f a c eo fw 0 0 1 t h e r ea r ep l e n t yo fh y d r o p h i l i cg r o u p s i n c l u d i n ga m i d oa n d c a r b o x y l ew i t h 15 17 s t a n d a r dm o i s t u r e r e g a i n ，w h i c ha r eh i g h e rt h a n s y n t h e t i cf i b e r s b u ti nt h en o r t ho rs o m ea r e aw i t hl o wr e l a t i v eh u m i d i t y ，t h e w o r s t e dw o o lh a sas e r i o u sp h e n o m e n o nt h a tt h et e x t i l ea d s o r b st h eb o d y a b s o l u t e ! y , t h ew o o ls h o u l db ef i n i s h e db yt h ea n t i s t a t i ca g e n t s n o w a d a y s ， m o s t a g e n t s a r c o r g a n i cc o m p o u n d s ，w h i c ha r e g r e a t l ya f f e c t e dw i t h e n v i r o n m e n ta n dc o u l d n tb ew a s h a b l e c a r b o nb l a c kn a n o p a r t i c l ei sak i n do fi n o r g a n i cp i g m e n tw i t h g o o d a d s o r p t i o n ，r e f r a c t i v i t y , s t a b l e c h e m i c a l p r o p e r t y , a n t i s t a t i ca n d a n t i 。u l t r a v i o l e t p r o p e r t y h o w e v e r , c a r b o nb l a c kn a n o p a r t i c l e sh a v et h e p e c u l i a r i t yo fn a n o m a t e r i a ll i k eh i g hs u r f a c ee n e r g ya n de a s yt or e u n i t ee t c ， i na d d i t i o nw h i c hl e a dt oi t sb a dd i s p e r s i v e p r o p e r t yi n t h ew a t e ra n db a d a p p e t e n c yt ow o o l t os o l v et h ep r o b l e m ，t h eb a t ht a k e su s eo fd i s p e r s i n g a g e n t st ot h et e x t i l et od i s p e r s e2 4h o u r s ，t h e nw o o li sf i n i s h e dw i t ht h eb a t h a n da d h e s i v e a g e n t s u n f o r t u n a t e l y ，t h ef i n i s h e dw o o lh a sb a dl e v e l i n g p r o p e r t ya n df a s t n e s s t h i sa r t i c l ea d o p t st w oa c i dm o d if i c a t i o na g e n t s t h e f i r s to n ei sf r o mt h et e a ml e a d e db yp r o f e s s o rs u n g a n g ，w h ow o r k si nt h e u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i a ，d a v i s t h e n ，a c c o r d i n gt ot h eo x i d a t i o nm e c h a n i s m ， m i x t u r ea c i di su s e dt o m o d i f y c a r b o nb l a c k n a n o p a r t i c l e s w h i l et h e p a r a m e t e r sa r er e s e a r c h e d b o t ho ft h em o d i f i e dc a r b o nb l a c kn a n o p a r t i c l e s h a v ee x c e ll e n ta n ds t a b l ed i s p e r s i o n t h i sa r t i c l ea d o p t sm o d i f i e dc a r b o nb l a c k n a n o p a r t i c l e st of i n i s hw o o lb y d i p p a d d y ea n dd i p d y e ，a n dr e s e a r c h e st h ep a r a m e t e r so ft h ed y e i n gp r o c e s s a f t e rm e a s u r i n go nt h ef a s t n e s so f d y e dw o o l ，c a r b o nb l a c kn a n o p a r t i c l e sa r e s u c c e s s f u l l ya d s o r b e do nt h ew o o l ，d if f u s ei n t ot h ef i b e ra n dc o r r e s p o n dt ot h e f i b e rb yt h eh y d r o g e nb o n de t c ，t h ef a s t n e s so fw o o lf i n i s h e db y d i p p a d d y e i se x c e l l e n t m e a n w h i l e ，c o m p a r e dw i t hs e v e r a ls o l sa n dp o l y u r e t h a n e ，a n d c o n s i d e r i n gt h ef a s t n e s sa n dl e v e l i n gp r o p e r t y , a l k o x y s i l a n es o li sc h o s e na s t h ed i s p e r s i v e m e d i u m a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e m e n to fa n t i s t a t i ca n d a n t i u l t r a v i o l e t ，u p fv a l u eg r e a t l yi n c r e a s e sa n dt h es t a t i cv o l t a g ea n dh a l f t i m eo fw o o lf i n i s h e d b yd i p - p a d d y ed e c r e a s e s a f t e rw a s h i n g ，t h es t a t i c v o l t a g ea n dh a l ft i m eo fw o o ld e c r e a s e sm o r e s ow o o lf i n i s h e db yc a r b o n b l a c kn a n o p a r t i c l e sh a sa n t i u l t r a v i o l e t ，a n t i s t a t i ca n d w a s h a b l ep r o p e r t y c h e n w e n w e n ( d y e i n ga n df i n i s h i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o ry a hk e l u 7 k e yw o r d s ：c a r b o nb l a c k n a n o p a r t i c l e s ，o x i d a t i o nm o d i f i c a t i o n ，w o o l ，s o l ， a n t i s t a t i c ，a n t i u l t r a v i o l e t 一 i ， 染整0 4 帧论史 纳水炭黑n 苄毛织物i ：的成用 目录 第一章绪论1 1 1 引论1 1 2 羊毛的结构及染色机理、抗静电机理和抗紫外机理2 1 2 1 羊毛纤维的结构2 1 2 2 羊毛的染色机理3 1 2 3 抗静电机理5 1 2 4 抗紫外机理6 1 3 目日，j 主要抗静电和抗紫外的骼理方法7 1 3 1 抗静电整理方法7 1 3 2 抗紫外整理方法8 1 4 纳米材料的性能9 1 4 1 纳米微粒的效应二1o 1 4 2 纳米材料的特性1 0 1 5 纳米炭黑的性质l l 1 5 1 炭黑的组成1 l 1 5 2 炭黑的基本性质一1 3 1 5 3 炭黑的分散15 1 6 炭黑改性l9 1 7 炭黑上染羊毛的方法和机理1 9 1 7 1 浸染法2 0 1 7 2 浸轧法2 1 1 8 本课题的研究目的和意义2 2 第二章实验部分2 3 2 1 实验材料2 3 2 1 1 织物2 3 2 1 2 药品2 3 2 2 试验设备和仪器2 3 2 3 染浴的制备2 4 2 3 1 纳米炭黑的表面改性2 4 2 3 2 纳米炭黑的分散2 4 2 4 改。r # 炭黑对蛋白质纤维的上染2 5 2 4 1 浸染法的工艺曲线及分散液处方2 5 2 4 2 浸轧法的工艺和浸轧液处方2 5 2 5 改件炭熙对其他纤维的卜染2 6 2 5 1 改性炭黑对纤维紊纤维的上染2 6 2 5 2 改性炭黑对丝的上染2 6 2 6 染色织物的测试2 7 2 6 1 耐摩擦色牢度的测定2 7 2 6 2 耐洗色牢度的测定2 8 2 6 3 抗紫外效果测定( 织物紫外透过率) 2 8 染螺1 1 4 倾论文 纳水：炙黑n 芋毛织物卜的 书用 2 6 4 织物表面摩擦静电压的测试2 9 第三章结果与讨论3 0 3 1 纳米炭黑的改性工艺的研究3 0 3 2 改性纳米炭黑的分散性3 2 3 3 改性c b 2 浸染法上染羊毛的最佳工艺3 4 3 4 浸轧法上染羊毛的一【艺研究3 8 3 4 1 溶胶和树脂在浸轧工艺中的作用3 8 3 4 2 改性纳米炭黑的浓度3 9 3 4 3 焙烘温度的确定一4 0 3 5 炭黑上染的羊毛织物的各项牢度4 1 3 5 1 耐摩擦色牢度的测试4 1 3 5 。2 耐洗色牢度的测试4 2 3 6 所染蛋白质纤维纳米炭黑的s e m 图4 5 3 6 1 两种工艺所染羊毛织物上纳米炭黑的分布图4 5 3 6 2 所染蚕丝上纳米炭黑的分布图4 7 3 7 炭黑对纤维素织物的染色性能、4 8 3 8 抗紫外效果测试结果4 9 3 9 改性纳米炭黑处理羊毛织物的抗静电性能5 3 3 9 1 浸染法处理羊毛织物的静电测试结果5 3 3 9 2 浸轧法处理的羊毛的静电测试结果5 4 第四章结论5 8 参考文献6 0 在读期间发表论文6 3 致谢6 4 、 一 染整0 4l ! j ! 论文 纳米炭黑n ：羊毛织物i ：的心用 1 1 引论 第一章绪论 人类从史自玎就丌始利用动物纤维，特别是羊毛纤维被广泛地用于衣着等纺织 品。随着社会的发展和人类科学文明的进步，羊毛纤维的应用越柬越广泛，也越 来越重要。目自i ，羊毛纤维己成为高档纺织品的重要原料，它具有许多其它纤维 无可比拟的优点，如手感柔软，质地峰牢，光泽自然柔和，有良好的弹性以及良 好的保暖性、抗皱和防污性【lj 。同时羊毛是吸湿能力很强的纤维，标准回潮率达 1 5 1 7 ，所以与合成纤维相比，其静电现象并不严重。但当环境的相对湿度低 于4 5 时，尤其是飞机上和冬季有暖气的室内，或者在北方干燥的条件下，羊毛 会因相对湿度过低而易于带上静电，使得轻薄型羊毛精纺面料西裤吸附或缠裹身 体的现象很严重。随着人们生活消费水平的提高和对羊毛产品质量的要求提高， 有必要对羊毛制品进行抗静电整王里i 。 目自订，国内外进行抗静电功能研究的报导比较多，主要方法有两种，一种是 会属导电丝混纺或者交织产品，效果持久，但会影响织物的手感、限制设计风格 等。另一种是采用抗静电剂进行后处理，应用范围广，可用于各种织物品种的处 理，但对毛织物常常是一种不耐久的整理。 纳米炭黑对光有吸收性和折射性，化学性质稳定，是具有导电性、抗紫外性 的无机颜料粒子，在工业上有广泛的应用。美国加州大学d a v i s 分校孙刚教授的 研究小组采用氧化改性的方法，使炭黑表面上产生羧基亲水性基团而易于分散， 用于涤纶纤维的染色处理，使涤纶纤维获得抗静电效果【2 一。本课题组也作过类似 的研究1 5 j 。 如果纳米炭黑能够渗入羊毛纤维内部，且扩散均匀后固着在其中，就可以 使羊毛着色，又赋予羊毛永久的抗静电性能。因此，研究纳米炭黑的氧化改性方 法，制备分散稳定的纳米级炭黑水溶液，对羊毛进行无机颜料的染色和抗静电整 理，丌展纳米材料对纺织品固着方法的研究，具有重要的经济和实用意义。 染整0 4 硕论文纳米炭黑和：羊毛织物i ：的应用 1 2 羊毛的结构及染色机理、抗静电机理和抗紫外机理 1 2 1 羊毛纤维的结构 羊毛纤维是一种重要的蛋白质纤维，由1 9 种左右q 氨基酸( 主要有谷氨酸、 胱氨酸、丝氨酸、糖氨酸等) 通过肽键、氢键、离子键连接而成，它们分别构成 了羊毛的不同组织。其中胱氨酸主要存在于羊毛的鳞片表层，它的含量达1 2 ，而 鳞片的内层中胱氨酸含量却很低。这说明了羊毛结构组成的非均一性。在光学和 电子显微镜下可以观察到：羊毛纤维纵向由毛尖、毛杆、毛根组成，横向由鳞片 层、皮质层和髓质层( 细羊毛没有) 三部分组成的l 引。 蛋白质分子含有氨基和羧基两种基团，既能吸酸又能吸碱。化学分析证明， 羊毛几乎含等当量的氨基和羧基。以h 2 n w - c o o h 代表羊毛，在水中，氨基和 羧基发生离解，形成两性离子( 式i ) 。羊毛的吸酸和吸碱反应可表示如下： 姗+ i i c 0 0 h i i ) 喵 兰垦0 兰坠 亏产1 r 亏产 c o o 。 p 2 i c 0 0 ( i i i ) 在水中羧基离解成0 0 。离子，氨基则接受质子变成_ n h 3 + ，相当于羧酸 对胺的滴定过程。由于羊毛中的氨基和羧基含量基本相等，当溶液处于某一p h 时，羧基和氨基全部离子化，n h 3 + 和o o 一数量基本相等，羊毛不带电荷， 羊毛处于i 式状态。这时的p h 称为等电点。加酸滴定时，随着p h 下降到这一 点后，一c o o 一接受溶液中的质子重新变成一c o o h ，这时羊毛便丌始带有正电 荷。进一步降低溶液的p h ，羊毛继续吸收质子，直到溶液的p h 到l 左右，全 部0 0 。转变成o o h ，滴定达到终点( 曲线又出现一个转变点) 。整个滴定 过程羊毛吸收质子的数值与其氨基含量基本一致，为0 8 - - - 0 9 9 当量公斤羊毛， 此值称为羊毛的吸酸饱和值，这时羊毛处于i i 式状态。经过亚硝酸强烈脱氨或经 酰化处理后，羊毛的氨基含量降低，吸酸饱和值也显著下降。如果将溶液的p h 再进一步降低，羊毛中的酰胺基也丌始接受质子，生成删h 2 + 一离子，发 生所谓的超当量吸酸现象。与此同时，羊毛的酰胺基还会发生水解( 水解后羊毛 的氨基和羧基含有一定程度的增加) 。反之，加碱提高溶液p h 后，i 式中的一 i 、 矿 染整0 4f 欢论义 纳米炭黑亿羊毛织物i ：的心用 n h 3 + 基丌始失去质子复变成一n h 2 基，羊毛丌始带负电荷，到一定p h 后，羊毛 全部变成1 1 1 式状态。在碱性卉质中，羊毛酰胺基也会发生水解。在溶液p h 4 9 范围内羊毛很少吸酸，也很少吸碱。这是因为羊毛吸收了质子或氢氧离子后，纤 维带有正电荷或负电荷，而它的带电基团是不能自由移动的，对进一步吸收质子 或氢氧离子会发生库伦斥力的缘古支【7 1 。 1 2 2 羊毛的染色机理 扩散是一种分子运动。在上染过程中，染料随着染液的流动达到扩散边界层 以后，就依靠这种分子运动通过扩散边界层，在纤维表面发生吸附，并进而向纤 维内部扩散。染料在染液中的扩散比较迅速，在纤维中的扩散比较缓慢。染料在 纤维中的扩散性能是由染料和纤维的性质决定的，并随温度、浓度等外界条件而 变化。 羊毛染色通常用酸性染料、活性染料、酸性媒介染料等水溶性染料。以酸性 染料为例，说明上染机理。在染液中，酸性染料n a d 离解成n a + 和d 。离子。染 液中还有h + 、c i 。( 或s 0 4 2 ) 离子。h + 对羊毛发生吸附时，必然伴随着有等当量的 阴离子一起进入纤维中，阴离子c 1 和d 。可对羊毛的) n h 3 + 发生吸附。由于对 羊毛的亲和力和扩散速率不同，它们在染液中的浓度随时i 日j 变化的情况也就不 同。质子对羊毛的吸附速率最快，因而染浴中质子浓度降低得最快，很快达到平 衡。随着质子对羊毛的吸附，为了维持纤维内电性中和，c l 。和d 。离子也随之吸 附进入纤维。氯离子扩散速率远比染料离子快，所以在最初阶段染液中氯离子浓 度降低速率比染料离子快。但稍后，染液中的氯离子浓度又逐渐增高，而染液中 染料离子浓度则缓慢地下降，纤维上染料浓度不断增高。这表明染料离子对被吸 附在纤维上的氯离子发生了离子交换作用。氯离子虽然先于染料离子吸附上纤 维，但染料离子对纤维的亲和力比它高，所以能将大部分氯离子取代下来，氯离 子在染液中的浓度在一度下降后便重新逐渐增高。整个吸附过程可简单表示如 下： 染整0 4 顾论文 纳米炭黑n ：羊毛织物f ：的心用 rr 鸭+ a w ：；= = = 竺= w ：；= = = ! = l i c o o c o o h n h 3 + a i d v v = ；= = = 苎= i c o o h n h 3 + d l w + a 。 l c o o h 式中a + 表示c l 。等阴离子，d 。表示染料阴离子。如果氯离子完全被取代，被 吸附的染料离子和质子保持等当量关系，它们的饱和值都决定于纤维中的氨基含 量。质子可进入纤维结晶区，而染料离子只能进入无定形区。为了能解释质子和 染料离子保持当量关系，可假定染料离子是吸附在纤维微晶体表面上。 由上可知，加入食盐，增加染液中氯离子浓度，必然会延迟染料离子的交换， 起缓染作用，而不是像对直接染料染色那样起促染作用。氯离子对纤维的亲和力 e f t ( 常看作为零) ，硫酸根离子的亲和力比氯离子大一些，所以元明粉的缓染作 用要比食盐强一些。通过这些缓染作用，可增进染料的移染性，提高匀染效果。 试验还发现，即使所用染料浓度较低，也能将已经吸附在羊毛上的氯离子取 代下来。这表明不能单纯用离子| 日j 库仑引力束解释染料的吸附作用。染料离子之 所以能取代氯离子，是因为它和纤维1 8 j 除了存在库仑引力外，还存在其他形式的 结合力，特别是范德华引力起的作用往往是非常重要的。简单离子的这种引力很 小，这就促使简单离子不断被染料离子取代下来。除此以外，染料对纤维发生吸 附，引起体系中的熵变化也和简单离子的不同。染料分子中的疏水组成部分在溶 液中会增加水的“类冰”结构，从而增高了染料离子在染液中的化学位，提高染 料的上染亲和力。这也是染料离子能取代简单离子的一个重要原因。事实上，染 料离子对羊毛的吸附饱和值，即染色饱和值，还往往会超过吸酸饱和值，这也说 明染料对羊毛的吸附并不仅仅由于库仑引力。染色饱和值随染料不同而变化，亲 水性低的饱和值比较高，亲水性高的饱和值较低。例如s p e a k m a n 等将羊毛脱氨 化和乙酰化处理，使吸酸饱和值降到0 0 0 8 9 当量公斤纤维，将这种纤维用匀染 性酸性黄y n 染色，发现染料染色饱和值远高于吸酸饱和值，约为o 0 7 克当量 公斤纤维。对弱酸性染色的酸性染料来说，它们的分子量比较大，磺酸基在分子 中占的比例较低，对羊毛有较高的亲和力。它们对羊毛的吸附，库仑引力已不处 于主要地位。在纤维上，染料分子本身i 日j 还容易发生聚集。在羊毛吸酸达到饱和 的p h 条件下染色，它们的上染数量会大大超过羊毛的氨基含量。例如在p h 为 4 | 静 染整0 4 坝论义纳米炭黑n ：羊毛织物i ：的心用 1 2 的染液中，耐缩绒酸性蓝b 的吸附量可达2 1 克当量公斤纤维，远远超过羊 毛的吸酸饱和值，产生超当量吸附现象。对中性染色的酸性染料来说，它们的上 染也已不再是羊毛吸附质子所产生的结果，元明粉等对它们的上染，不但不起缓 染作用，而是像对直接染料上染纤维素纤维那样，起促染作用。 不论是因为染浴p h 过低，还是染料对羊毛的亲和力高，发生超当量吸附后， 羊毛的断裂强度都显著降低。有人认为这是由于超当量吸附的染料分子，吸附在 纤维大分子的酰胺基上，降低了分子链问的引力所致，有的人则认为是染料聚集 体破坏了纤维的某些微结构引起的。应该指出，染浴p h 过低，特别是染浓色时， 会导致纤维发生水解，这也是羊毛断裂强度降低的原因之一。 酸性染料在羊毛上可发生不同性质的吸附，还可从以下事实得到证明。羊毛 用带有脂肪链的耐缩绒酸性染料在酸性染浴中染色的纤维表面有拒水性。这是由 于染料的亲水性磺酸基和纤维发生结合，染料的脂肪链曝露在表面的缘故。反之， 在中性染浴中染色的纤维表面具有亲水性，这是由于染料通过疏水部分和纤维的 疏水部分发生结合，磺酸基等亲水性的组成暴露在纤维表面的缘故。【。7 】 1 2 3 抗静电机理 纺织材料是电的不良导体，它们具有很高的表面比电阻。在纺织品的加工和 使用过程中，纤维材料相互问或与其它物体i 日j 的接触摩擦都会产生带电现象。电 荷沿纤维表面及向纤维内部转移过程中，强大的表面比电阻阻碍了电荷的快速逸 散，所以当摩擦组件分离时，纤维便带上了电荷，形成静电现象。这是纺织品带 静电的主要途径1 8j 。 一般静电的产生主要分为两种方式1 9 j ，一种经接触产生静电，另一种为受到 静电诱导而产生静电。接触产生静电最主要是由于电荷的移动产生的，物体经过 摩擦接触后，一个物体表面丌始累积f 电荷，另一物体表面则带有负电荷，进而 产生静电。而通过静电诱导产生静电则是当导电体在导体或绝缘体附近就会丌始 累积电荷，经长时i b j 的诱导后，可使导体或者绝缘体的币负电荷被完全分丌，产 生静电带电的效果。因此抗静电就是指抗静电织物能够将电荷转移效应减到最 小，防止静电的聚集，减少与制品的摩擦或接触，进而达到抗静电效果。 采用季铵盐阳离子表面活性剂类抗静电剂，它通过增强织物吸湿能力，在织 染整0 4 坝论义纳米炭黑和：羊毛织物l ：的应用 物表面形成连续湿膜，此膜使离子能自由移动，从而增加了导电率，降低了表面 电阻，通过电荷再分和，使电荷密度迅速下降，达到抗静电效果。如果环境非常 干燥，不易形成水膜而起不到加快静电荷逸散的作用，会使抗静电能力大大下降。 因此该类抗静电剂受环境干湿度影响很大。因此，寻求新的、环保型的抗静电剂 成为研发热点。采用纳米粉体类抗静电剂，由于其本身的半导体特性，在织物表 面形成导电的链状结构有利于静电的导出f 9 】。 1 2 4 抗紫外机理 紫外线是一种电磁波射线，国际照明委员会c i e 将紫外线分为3 类，即近紫外 光( u v a ，波长3 1 5 - 4 0 0n m ) ，远紫外光( u v b ，波长2 8 0 - - - - , 3 1 5 n m ) 署l 超紫外光( u v c ， 波长1 0 0 - - - 2 8 0n m ) 【。抗紫外线既此种材料可以屏蔽紫外的波长，发生反射或是 吸收紫外光特别是4 0 0 n m 2 9 0 n m 的紫外光，并进 2 j 她h 量转换，以热能形式或无 害低能辐射将能量释放或消耗。 纺织品特性与抗紫外线辐射效果的关系 ( 1 ) 纤维种类 科学研究发现，纤维种类对紫外线防护系数( u p f 值) 具有影响，是决定紫外线 透过织物的因素之一。澳大利亚新南威尔士州纺织大学的科学家们，曾对未经抗 紫外线处理的不同种类纤维织物进行测试，测得的一组紫外线防护系数值表明： 织物厚度相似的情况下，羊毛的u p f 值最高，麻、涤纶次之，棉和丝绸的u p f 值很低。 ( 2 ) 织物组织结构 从织物组织结构上看，稀松织物的覆盖系数低，光线不易受到遮蔽，其防护作 用就小。影响紫外线透过量的主要因素是织物的紧度。织物的紧度高时，即表示 经纬密度高，覆盖度就高，透射率则低。 ( 3 ) 织物色泽 根掘染料色相来确定抗紫外线效果是不适当的，因为染料在可见光区域的吸 收特性决定着色泽，而染料在紫外光区的吸收特性对色泽基本上没有什么影响， 染色比较，显示出类似的关系。所以，织物的色泽不是决定织物抗紫外线效果的主 要因素，因为采用不同色相的染料，尽管可以提高织物对紫外线的防护作用，但还 ， p 染整0 4 帧论艾 纳米炭黑n 羊毛织物 ：的j 蛙用 取决于染料的透射、吸收特性。 ( 4 ) 织物印染后整理方法 “虬“ 抗紫外线织物后整理的方式与产品的最终用途有关。 作为服装面料，考虑到夏季穿着时对柔软性和舒适性的要求，对于涤纶、氨纶 等合成纤维织物，可选择合适的紫外线吸收剂，并与分散性染料一起，进行高温高 压染色，使紫外线吸收剂分子融入纤维内部；对于棉、麻类织物，可用浸轧法，经烘干 和热处理后，将紫外线吸收剂固着在织物表面。 1 3 目前主要抗静电和抗紫外的整理方法 1 3 1 抗静电整理方法 由于羊毛织物接触摩擦产生并累积在纤维上是产生静电的主要原因。若电荷 不断积累而不能够耗散或消除，就会造成各种静电危害。当织物带有静电时，常 常会引起各种麻烦，例如：在纺织品的使用过程中，因静电的作用会引起吸灰尘、 易被沾污，并使衣物之间以及衣物与人体之问产生粘附现象；在地毯上行走或在 装饰织物上摩擦时，会产生电击感等等。此外，带有静电的织物常有放电的现象， 因此在易爆性区域容易引发爆炸性灾害事故。当纤维上含有较多的水分时，电荷 可以通过水分快速逸散掉，即在两摩擦界面分离的瞬问，电荷快速逸散掉，纤维 的吸湿能力愈强，愈不易生成静电。羊毛纤维是吸湿能力很强的纤维，标准回潮 率达1 5 1 7 ，所以与合成纤维相比，其静电现象并不严重，但是当环境的相对 湿度低于4 5 时，尤其是在冬季有暖气的室内，羊毛会因相对湿度过低而易于带 上静电。随着人们生活消费水平的提高，他们对羊毛产品质量的要求也相应地提 高了。这就有必要对羊毛制品进行适度的抗静电整理1 8 l 。 目前进行抗静电整理的羊毛制品，具体的加工方法大致可分为以下两类：一 类是在羊毛中混入或编、织入具有良好导电能力的导电纤维如余属丝、石墨碳纤 维、含会属化合物纤维( 如：碘化亚铜) 等。含有导电性炭黑的导电纤维是上述纤维 主流。然而它们外观色泽较多是黑色或狄色，当用在白色或浅色制品中则存在有 明显的缺陷。另外，由于羊毛织物讲究风格，加入导电纤维后势必会影响羊毛织 物固有的优良手感、光泽及服用性能等实物质量。 另一类方法是使用抗静电剂。通过抗静电剂的作用，赋予羊毛织物暂时性或 7 染整0 4 硕论交纳米炭黑以：羊毛织物f ：的成用 永久性的抗静电性能。通常，根据耐沈能力可将抗静电整理分为非耐久性整理或 耐久性整理。对羊毛地毯和装饰制品类等特定的制品而言，它们并不需要经常洗 涤，因此对它们的耐沈性一般不作特殊的要求，所以加工时多选用非耐久性的抗 静电整理剂。这类抗静电大多数采用有机抗静电剂，又多为阳离子型的脂肪族季 胺盐化合物，这类抗静电剂的活性粒子带有正电荷，与纤维的吸附结合能力强， 同时具有优良的柔软性、平滑性。目自玎，国内外对羊毛织物的抗静电整理也大多 采用此种方法，也可以采用两性表面活性剂作为抗静电剂。使用抗静电剂进行处 理后，精纺面料未沈时都能有很好的抗静电效果，最好的半衰期可达到0 8 s 及 以下，静电电压在8 0 0 v 以下，但是与一般的表面活性剂一样，织物上的表面活 性剂分子会向高聚物内部或材料内部迁移，随储存时阳j 的延长，高聚物的抗静电 性能会随之下降。抗静电剂通过增强织物吸湿能力，在织物表面形成连续湿膜， 此膜使离子能自由移动，从而增加了导电率，降低了表面电阻，通过电荷再分布， 使电荷密度迅速下降，达到抗静电效果。如果环境非常干燥，不易形成水膜而起 不到加快静电荷逸散的作用，会使抗静电能力大大下降。因此该类抗静电剂受环 境干湿度影响很大。 作为服装用面料，因为洗涤频率高、对色泽要求高，显然上述抗静电方法并 不理想。综合分析有关羊毛抗静电的资料可知，目6 订国内外对羊毛织物的抗静电 整理只限于非耐久性方式，而且多采用抗静电剂方法。羊毛服装属高档品，它的 保暖性优良，是春秋冬季不可或缺的服装，但是考虑到在我国北方的冬季，因低 湿度干燥的环境易使羊毛服装带静电，所以有必要对羊毛织物进行有效而较持久 的抗静电整理，寻求新的、环保型的抗静电剂成为研发热点。随着纳米材料技术 的发展，为毛纺织面料采用新的抗静电产品带来了新的生机。 第三种方法即借助于纳米材料的导电性，将粉体表面经过适当改性，接入可 与羊毛纤维表面剩余基团反应的羧基、氨基、羟基等，就可通过化学反应将抗静 电粉体结合到织物表面，从而达到抗静电功能的持久性j 。 1 3 2 抗紫外整理方法 抗紫外线整理纺织品是9 0 年代新发展起来的功能性产品，它提高了抗紫外 线性能，起到了保护人体的作用，一般可以提高原织物的抗紫外线屏蔽率8 0 8 膏 l 扩 染整0 4 帧论文纳米炭黑礼羊毛织物i ：的j 衄用 以上，穿着对人体无刺激、无过敏反应，安全性好，耐水洗性能也良好，不影响 透气性，不影响织物的柔软性，达到了防止紫外线过度辐射的目的。 纺织品抗紫外，目自仃有两种不同的方法，一种是利用无机颜料机械地涂御在 纺织品表面，无机颜料一般有很高的化学稳定性，热稳定性，无毒、无刺激性，使用 很安全，同时还是广谱屏蔽剂，对紫外线的中波、长波都有屏蔽作用，如氧化锌、 二氧化钛等，对紫外光起反射作用：另一种方法是利用有机物质，可以吸收紫外 光特别是4 0 0 n m - 2 9 0 n m 的紫外光，并进行能量转换，以热能形式或无害低能辐 射将能量释放或消耗。 本实验采用的纳米炭黑就是一种无机纳米抗紫外粉体。无机纳米抗紫外粉体 不易与织物结合，为了将其应用于织物上，一般有两种使用方法： 一是直接在纺丝或聚合时添加，制成抗紫外的长丝、短丝；二是将其制成功 能性整理剂，对织物进行后整理，使织物具有抗紫外功能。采用无机纳米粉分散在 特制的乳液中，制成了效果优良，使用稳定、耐洗的抗紫外整理剂【1 2 】。 作为服装面料，考虑到夏季穿着时对柔软性和舒适性的要求，对于涤纶、氨纶 等合成纤维织物，可选择合适的紫外线吸收剂，并与分散性染料一起，进行高温高 压染色，使紫外线吸收剂分子融入纤维内部；对于棉、麻类织物，可用浸轧法，经烘干 和热处理后，将紫外线吸收剂固着在织物表面。 对于装饰用、产业用纺织品，可选用涂料印花或涂层法，将具有抗紫外线效果 的反光陶瓷材料粘合剂涂印在织物表面，形成一层防护薄膜；也可用紫外线屏蔽剂 或紫外线吸收剂对织物表面进行精密涂层，经烘干和热处理后，在织物表面形成一 层薄膜。涂层剂可选用p v c 、p a 、p u 等，也可与陶瓷微粉共混涂层。 此外，应用纳米技术及微胶囊技术，也可增强织物的抗紫外性能。 本文就是应用纳米技术增强织物抗紫外性能的一个例子，实验方法是将纳米 炭黑分散在水中，对织物进行后处理，赋予织物抗紫外性能。 1 4 纳米材料的性能 纳米颗粒是指粒度在l l o o n m 范围内的微小固体颗粒，它们处于原子簇和 宏观物体之l 日j 的过渡区，又叫中介粒子，是由数目不多的原子或分子组成的群体， 既非典型的微观系统，又非典型的宏观系统。与普通体材料相比，具有一系列优异 染整0 4 颂论文纳米炭黑钥：羊毛织物i ：的j 虹用 的光学、电学、化学、催化等物理、化学性质，在涂料、电子、磁性材料、催化、 精细陶瓷、传感器、医学、生物工程等众多领域显示出广泛的应用前景，被誉为 面向2 l 世纪的高功能材料。同时，纳米技术在制造纺织新材料，改善织物功能，如 抗紫外线、红外线、抗老化、高强耐磨、抗静电、抗菌、吸附等方面，都有广泛 的应用前景i 2 1 。 1 4 1 纳米微粒的效应 ( 1 ) 表面和界面效应 表面和界面效应是指纳米微粒表面原子与总原子数之比随纳米微粒尺寸的 减小而大幅度增加，粒子的表面能及表面张力也随之增加。因此纳米微粒具有很 强的化学反应活性【1 引。 ( 2 ) 小尺寸效应 小尺寸效应是指纳米微粒尺寸减小，粒子内的原子数减少而造成的效应。粒 子的声、光、电、磁、热力学性质等均会呈现出新的特性，为实用技术丌拓了新 领域。 ( 3 ) 量子尺寸效应 量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由 准连续变为离散能级的现象。这会导致纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导 电性与宏观特性的显著不同。 1 4 2 纳米材料的特性 ( 1 ) 光学特性 与晶体相比，纳米材料对光的吸收能力增强，表现出宽频带、强吸收