刘娟+21001011007+纳米材料的生产及其在纺织领域中的应用.doc

特种整理小论文(二)学院：纺织与材料学院班级：纺织贸易4班姓名：刘娟学号：21001011007邮箱：1024566196纳米材料的生产及其在纺织领域中的应用纳米材料的生产及其在纺织领域中的应用摘要：本文通过对纳米材料的制备及纳米技术在纺织品中的应用做出了详细的介绍，突出了纳米产品的实用价值，展望了纳米技术发展的美好前景关键词：纳米 纳米材料 纳米生产制备 应用 前言“纳米”是英文nanommetre的译名，是微观世界的一种长度计量单位，l纳米等于10亿分之一米。纳米粒子一般是指粒径在0l-100nm之间的微粒。美国自1991年开始将纳米技术列入“政府关键技术”，2005年列入战略技术。我国自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家重点研究项目。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化及能源科学的发展，必将成为“21世纪最有前途的材料”，将对生产力的发展产生深远的影响。纳米粒子在光学性质、催化性质、化学反应性、磁性、熔点、蒸汽压、相变温度、超导等许多方面显示出特殊性能，使其在纺织方面显示出重要价值。目前，纳米材料在纺织工业领域中的应用，主要集中在抗菌方面，并在抗静电、红外、紫外光的吸收等方面得到应用。1、纳米材料的生产制备1.1纳米材料有很多生产制备方法，在此只简要介绍其中几种。 1.1.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是材料制备的是化学方法中的较为重要的一种，它提供一种再常温常压下合成无机陶瓷、玻璃、及纳米材料的新途径。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤为选择要制备的金属化合物，然后将金属化合物在适当的溶剂中溶解，然后经过溶胶-凝胶过程而固化，在经过低温处理而得到纳米粒子。 1.1.2热合成法 热合成法制备纳米材料是在高温高压下、水溶液中合成，在经过分离和后续处理而得到纳米粒子，水热合成法可以制备包括金属、氧化物和复合氧化物在内的产物。主要集中在陶瓷氧化物材料的制备中。 1.1.3有机液相合成 有机液相合成主要采用在有机溶剂中能稳定存在金属、有机化合物及某些具有特殊性质的无机化合物为反应原料，在适当的反应条件下合成纳米材料。通常这些反应物都是对水非常敏感，在水溶剂中不能稳定存在的物质。最常用的反应方式就是在有机溶剂中进行回流制备。 1.1.4惰性气体冷凝法 惰性气体冷凝法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。其主要过程是在真空蒸发室内充入低压惰性气体，然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体。原料气体分子与惰性气体分子碰撞失去能量，凝集形成纳米尺寸的团簇，然后骤冷。该方法制备的纳米材料纯度高，工艺过程中无其它杂质污染，反应速度快，结品组织好，但技术设备要求高。 1.1.5反相胶束微反应器法 油包水微乳液中反相胶束的微液滴是一种特殊纳米空间，以此为反应场，可使不同胶束中的反应物进行互换，并进行反应，从而制备纳米级微粒。在制备过程中，反相胶束是一个微小的反应场，称其为智能微反应器。利用反应胶束微反应器进行纳米材料制备时，反应物加入方式有直接加入法和共混入法两种方式，不同的加入方式对应不同的反应机理，但结果都是相同的，都能制备出高度分散、粒度均匀的纳米粒子。 1.1.6深度塑性变形法 深度塑性变形法是指材料在准静态压力的作用下发生的严重塑性变形，从而使材料的尺 寸细化到纳米量级。块体材料在准静压力下，一般细化为晶态材料和非晶态材料的混合物， 然后经过一定的热处理，从而形成纳米材料。该方法制备的材料纯度高，粒度可控性好。12 开发纳米抗菌纺织品的方法 目前，应用纳米技术开发抗菌纺织品主要有以下两种方法： l2l 添加法 将纳米材料加入化纤中可以获得各种含纳米材料的化纤。如将TiO2、ZnO、SiO2。等微粉掺入聚合物中，可纺制出各种抗菌和除臭纤维。其中纳米抗菌涤纶可加工成纺织品或无纺布，用于内衣裤、运动服、袜子、地毯、床上用品、家具布、装饰布等，还可制成医用床单、手术服、医护工作服、病员服、消毒敷料、绷带、尿布，以及食品行业专用服。其中医用手术服和病员服已在使用，其它产品也在开发之中。 1.22 后整理法 对于棉、毛、丝、麻等天然纤维，尤其对棉纤维来说，采用纳米材料进行功能化加工是正在开发中的新技术。由于以棉纤维为代表的天然纤维在抗紫外线性能方面存在先天不足，又无法像化纤那样将纳米材料直接施加至纤维内部，因此只能用后整理的方法来弥补，例如纳米ZnO微粉具有优越的抗菌消毒除臭功能，因此可以把纳米ZnO微粉制成功能助剂对天然纤维进行后整理，从而获得性能良好的抗菌织物。用纳米助剂浸轧的织物主要用于衬衫、T恤、帽子、男女休闲服等要求穿着柔软舒适的服装面料。对于抗菌性要求高，手感要求不高的纺织品，可采用涂层整理法，使纳米浆料在织物表面形成柔软的功能性涂层，该方法广泛适用于多种纤维，整理后产品抗菌性能均匀、持久。 目前，中国已有数十家企业推出纳米抗菌纺织品。如某公司将纳米材料植入保暖内衣，提高了产品保暖、抑菌、杀菌的效果。据悉，以纳米技术为基础的企业已有200多家。专家预言：纳米技术作为尖端科技，不出10年，它的市场容量将达到15万亿美元，纳米科技将引起21世纪的一次产业革命，继而直接作用于人们衣、食、住、行等各个领域。2、纳米材料在纺织领域中的应用 2.1纳米抗菌防臭功能纺织品 纳米材料用于抗菌纺织品有两类：一是接触性抗菌剂，如Ag、Zn、Cu以及相应的离子、氧化物及复合物等；二是光催化杀菌剂，如TiO2、ZnO等。 目前常用的接触性抗菌剂为Ag系列抗菌剂，系采用物理吸附或离子交换的方法获取，如将Ag离子固定在沸石、磷酸盐等多孔材料中。从实际应用看，Ag系抗菌剂并未真正达到纳米级，一般在300-1000nm之间，有的甚至更大。光催化杀菌剂则必须在纳米级,不然无此作用。 2.2 纳米抗紫外纺织品 太阳光中能穿过大气层辐射到地面的紫外线占总能量的6。紫外线具有杀菌和促进人体内维生素D合成的功能，但同时亦会加速人体皮肤老化及增加癌变的可能。 表1 不同波长紫外线对人体皮肤的影响波段波长（nm)对皮肤的影响UV-A320-406生成黑色素和褐斑，使皮肤老化、干燥且皱纹增加UV-B280-320产生红斑和色素沉着，经常照射，有致癌危险UV-C200-280穿透力强，可影响白细胞，但大部分被臭氧层、云雾吸收由表1可见，UV-A对皮肤的穿透力强，能穿透表皮和真皮层；UV-B能使皮肤表面细胞内的核酸或蛋白质变性；UV-C大部分已被臭氧层和云雾隔断。 多种纳米材料对紫外线有屏蔽作用，如TiO2、ZnO和SiO2。其中前两者只能针对UV-A和UV-B，而后者则在UV-A和UV-B的范围内对紫外线的反射率高达85，并在紫外线和可见光范围内出现一个很长的高反射平台。对于制造透明度要求高的产品，则宜采用ZnO和TiO2。（可透可见光），其中ZnO（折射率n19）优于TiO2（折射率n2.6）。当前主要的抗紫外功能性纤维有涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶、粘胶纤维等品种；抗紫外功能性服装有运动衫、罩衫、制服、套裤、职业服、游泳衣、童装、衬衣、野外工作服、内衣、夏装等；其它纺织制品如帽子、面罩、广告用布、装饰材料、遮阳布、各类蓬布等。 2.3 远红外辐射纺织品 纳米材料对红外线有反射功能，波长范围可从紫外一直扩展到5um范围，用于纺织品可获得抗紫外、抗可见光和抗红外功能，减少人体因红外辐射而引起的升温，用于制备凉爽型纤维和织物，制作夏季服装、野外工作服和帐蓬等。 纳米材料还可辐射特定波长的远红外线，超微陶瓷粉体材料（l-500nm）在吸收人体发射出的热量（红外辐射）后，能通过电子能级变化辐射出最易被人体吸收的特定波长（4-14nm的远红外线作用于人体皮下组织细胞，促进微血管的血液循环，起到保暖作用）。 2.4 抗静电及导电功能纤维 近年来在纳米材料的发展中，最引人注目的是纳米碳管的研究及应用。纳米碳管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝微型管状物，外径为20-30nm，内径为1-3nm，长度依制备方法而有所不同，从1-100m不等。纳米碳管有许多优良的物理化学性能，可以制作多种纺织新材料。纳米碳管具有非常优良的导电性能，甚至高于铜，因此可以作为制备良好导电性能或抗静电功能纤维的添加剂。另外，超细ATO（锑掺杂的二氧化锡）也具有良好的导电性能，而且浅色透明，具有良好的耐候性，广泛应用于导电塑料、涂料等领域。目前在国外特别是日本，对它的制备和应用进行了广泛深入的研究，而中国的研究刚刚起步；另外，还可以利用ATO的导电性能和良好的抗辐射、红外吸收功能制备抗静电的功能纤维。一些纳米金属和氧化材料也具有一定的导电性能，可应用于抗静电纤维的合成方面。 2.5 高强度高模量纤维 纳米碳管的强度极高、弹性模量也很高，甚至可以弯曲后再弹回，可以用于制备高强高弹性纤维。另外，国内外还对纳米粘土在塑料橡胶领域的应用进行了广泛深人的研究。粘土与聚合物的复合能够大大提高材料的强度和模量，利用纳米粘土的这种功能，与聚酰胺插层聚合开发锦纶纳米功能纤维，使纤维的强度和模量有很大的提高，尤其是模量可以提高2倍，但纤维的纺丝性能没有明显的改变。中国是粘土储藏最丰富的国家，而且粘土价格低廉，可以预计粘土将在纺织工业有更好的应用前景。 2.6 其它应用 纳米微粒具有各种各样的特殊性能，除了应用于以上各个方面，在其它方面也有很好的应用前景，例如利用纳米级Mg（OH）2。Sb2O2和Al（OH）2的阻燃特性合成阻燃纤维。因为一般的阻燃剂主要是一些含磷、溴等元素的有机物，既有毒也不符合环保要求，因此利用纳米微粒的高阻燃性能将是开发新型阻燃剂的一个发展趋势；利用纳米微粒不同粒径有不同光学特性而呈现特殊的变色性能，可以制备可变色彩的纤维织物等。 3 对纳米纺织品发展的思考 综上所述，今后纳米微粒在纺织工业的应用及功能性面料的开发，将集中在以下两个方面： 31 开发具有特殊表面性能和结构的纺织用纳米微粒 在纳米材料的加工和应用中都存在一个比较棘手的问题，即纳米微粒的聚集问题。对固体颗粒分散行为的研究表明，超细微粒由于具有较大的表面能和活性而呈现聚集的倾向。这种聚集在被外力作用下打开成独立的原生粒子或较小的聚集体后，应及时对颗粒表面进行处理，以使其稳定而不再发生聚集，以免影响使用效果。对纳米微粒进行表面处理的方法有很多，主要有表面化学改性和表面吸附包覆改性。此外，纳米材料在制备、保存、运输等环节中仍存在许多问题，至于如何使纳米微粒更均匀地分散到目标物中仍是目前纳米材料应用的研究热点之一。 32 开发具有各种功能的合成及天然纤维面料 32.l 产学研连手合作开发纳米材料及纺织产品 纳米材料生产企业应当充分认识到纺织产品对纳米材料发展的瓶颈是如何有效地应用纳米材料，而纺织是一个产品销量很大、品种很多的行业，无论什么新材料和新技术一旦为纺织行业所应用，都会对这些新材料产生巨大的拉动作用。同时，纺织品生产企业也应当认识到纳米材料的特异性。对纳米材料的应用，不可能像用染化料和消光剂一样凭“触类旁通”就能用好的。因此，纳米材料生产企业、纺织品生产企业以及科研院所和高等院校应建立有效的合作形式，成立专门的纳米助剂研究开发机构和企业，使纳米生产企业与纺织品生产企业之间建立一个“偶联器”。其任务和目标，一是研究各种纳米材料的分散性能，开发稳定性好、使用方便和应用面宽的纳米助剂；二是根据纺织品的特点要求，协助企业开发适销对路的产品。这对纳米纺织品的健康发展是十分重要的。 322 加强纳米纺织品卫生安全性的研究 目前，纳米抗菌纺织品已经大量上市，其发展后势看好，但其卫生安全性的研究远远滞后于产品的开发。纳米材料的卫生安全性是一个关系到人民身体健康的大事，应尽早加强这方面的研究，不能及时地给消费者一个明确的说法，纳米纺织品就难以真正形成气候，纺织行业对纳米材料产业也难以形成持续、有效的拉动。 323 加强纳米纺织品的相关基础研究 尽管纳米纺织品不断问世，但相关基础研究却十分薄弱。例如，用纳米助剂对纺织品进行整理时，纳米粒子在纺织品上的附着率究竟有多少、以什么方式附着于纤维表面或纤维内部、牢度如何等等，这些问题目前尚无有效的表征和测定方法，因此，纳米纺织品的质量很难保证，产品进一步开发也困难重重。要发展纳米纺织品必须加强这些方面的研究。结语 纳米材料由于具有独特的光、电、磁、热、声、力、化学和生物性能，广泛应用于工业和民用等领域。在高科技领域有不可替代的作用，也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展，工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其他产业产生重大影响。纳米科技的研究在短短数年中取得了巨大的成绩，它在高科技领域的应用也将越来越广，人们正致力于纳米新材料的研制。这些新纳米材料有着广阔的应用前景，它们的成功研制将给人们的生活带来巨大的变化。参考文献：1项丽. 应用纳米碳管固相萃取环境中有机污染物研究进展J. 安徽农学通报, 2008,(21) . 2张晓明,王洪艳,李俊锋. 改性MWNTs/纳米HA/PLA