「远红外纤维织物」.doc

远红外纺织品轻化081 范琴 0816121009保暖材料可分为两大类1 :一类是阻止人体热量向外散失的消极保暖材料;另一类是能吸收外界热量,且储存后向人体辐射的积极保暖材料。前者为了阻止热量的散失,需要增加不流动的空气层,势必增加保暖层厚度,使得服装臃肿、笨重。随着生活水平的提高,人们对衣着轻暖舒适、保健美观的要求日渐强烈,因此第二类保暖材料愈来愈受到人们的喜爱。远红外纺织品具有促进血液循环,加速微循环等医疗保健功能,还兼具保温和抑菌功能,它的出现正好符合了这一新概念和新潮流。1 那么什么是远红外纺织品呢？著名科学家赫歇尔在一次科学实验中发现，在太阳的可见光线以外存在着一种神奇的光线，人的肉眼无法看见，但它的物理特性与可见光线极为相似，有着明显的热辐射。由于它位于可见光中红光的外侧，故而称之为红外线。红外线的波长范围很宽，介于0.751000微米之间，在红外线中，波长较短的为近红外线，而远红外线是红外线中波长最长的一段红外线。根据使用者要求的不同，划分的标准不尽相同，在实际应用中，通常将波长在2.5微米以上的红外线称为远红外线。根据使用者的要求不同，远红外线划分范围很不相同 。把能通过大气的三个波段划分为 :近红外波段 13微米、中红外波段 35微米 、远红外波段 814微米 .根据红外光谱划分为：近红外波段 13微米、中红外波段 340微米、远红外波段 401000微米.医学领域中常常如此划分:近红外区 0.763微米、中红外区 330微米、远红外区 301000微米 . 常温下具有吸收和发射远红外线功能且其发射率大于65% 的纺织品可称之为远红外纺织品。一般常见的远红外织物可分为两类: 一类为由远红外纤维加工而成的纺织品; 另一类采用后整理技术, 即将远红外陶瓷粉均匀分散在胶粘剂中制成涂层剂,涂层在织物上, 经干燥后制成。2 远红外纤维织物 在合成纤维纺丝加工的过程中, 加入一定量的远红外发射体, 所制成的能吸收和发射远红外线的功能纤维叫远红外纤维。这种纤维不但能吸收太阳光中或人体等辐射的远红外线而使自身的温度升高, 而且可在绝对零度以上的任何温度发射波长和功率与其温度相应的远红外线。2.1 远红外粉具有远红外辐射性能的微粉称为远红外粉, 国内也称之为远红外陶瓷粉。2.1.1 远红外粉的分类 常见的远红外辐射物质见表1。常用的远红外粉由一种或两种远红外辐射物质组成, 在35 37 的皮肤微气候条件下具有较高的常温比辐射率。2.1.2 远红外粉的粒径 用于长丝的远红外粉的粒径一般在2m 左右, 用于短纤维的远红外粉一般在4m 左右。2.1.3 远红外粉的含量 当远红外粉的含量在4%15%时易达到远红外发射率的极值域。2. 2 远红外纤维的制备将远红外粉分散于与成纤聚合物具有很好相容性的媒介物中, 制成分散液, 然后添加到纺丝原液或聚合物熔体中, 采用熔法纺丝。纺丝的流程如下: 常见的工艺有全造粒法、母粒法、注射法及复合纺丝法。全造粒法就是将远红外粉与成纤聚合物经熔融造粒和干燥, 然后再经螺杆挤压、卷绕及后加工形成。特点是纺丝稳定性及均匀度好, 但生产成本高。母粒法是将远红外粉与定量的成纤聚合物熔融造粒制成高浓度远红外母粒后进行纺丝。特点是成本低而均匀度及稳定性较差。注射法则是在纺丝加工过程中, 采用注射器将远红外粉直接注入到成纤聚合物中, 特点是工艺简单, 但均匀度差。复合纺丝法是以含红外剂的聚合物切片为芯, 普通聚合物为皮, 经双螺杆复合纺丝而制得皮芯型过红外纤维, 其特点是纤维稳定性好、强度高及均匀度质量好, 但设备复杂成本高。3 远红外涂层织物这类织物对远红外粉的要求相对较低, 粒径在10m 左右即可。其含量也在5% 14% 之间。其制备工艺是: 将远红外粉均匀分散在涂层剂中, 然后涂覆到织物上即可。涂覆混合液一般由树脂粘合剂( 如聚氨酯、丙烯酸酯等) 、交联剂( 保持织物强度) 、分散剂、远红外粉、着色剂、稀释液等组成。涂覆量50 300g/ m2 不等。4 远红外织物的功能及作用机理 远红外线是太阳光中不可见的电磁波，它的波长为41000m，它具有独特的物理特性，作用到人体后，被人体皮肤吸收，能产生一系列生物学效应：温热效应、共振效应二活化水分子、激活体内大分子而降血指降胆固醇、改善微循环功能而增强人体新陈代谢、能提高免疫功能，由于它对人体具有很好的保健作用，因而被人们称为“生命之光”。远红外织物所利用的远红外线波长通常是2. 530m。在热辐射理论中,根据维恩位移定律,在一定温度下单色辐射最大值所对应的波长只与温度有关,在- 4040 温度范围内,单色辐射最大值所对应的波长在12. 409. 25m 之间。人体也在不断地辐射电磁波,以体温36. 5 计算,人体的单色辐射最大值所对应的波长为9136m ,处在远红外波段范围内。远红外织物正是利用所吸收的外界能量以及人体散发的热量,反射出人体最需要的远红外线。4.1 保温 人体皮肤含有约70 %80 %水分,所以其吸收光谱近似于水,即812m。因此,如果有某种物质能在常温(接近人体正常体温) 下辐射出波长为812 m 的红外线,这部分由远红外线负载的能量就能被人体共振吸收,从而达到体感温升的效果。陶瓷粉就是一种比较理想的常温高效远红外发射体,它能在高温下吸收大部分的外界能量(主要指太阳能) ,然后辐射出能量集中在812m 范围的远红外线,而且具有很强的发射能力。远红外纺织品吸收大部分太阳能量以后,以红外线的形式向人体辐射,一方面通过对流和传导将本身的热量传递给人体; 另一方面人体细胞受远红外线辐射产生共振吸收,从而加速本身分子的运动,达到从人体内部加热的目的。通常人体感觉热主要是指皮肤的感觉,所指温度也即皮肤的表面温度。而人体内部则基本维持在37 左右,这就是远红外纺织品的保暖原理。远红外织物温热效果比一般同类织物高35 ,适用于制作秋冬用滑雪衫、运动服、防寒服、风衣以及具有温热感的床单、被褥、睡袋、窗帘、鞋垫、袜类等。4.2 保健 利用远红外线的热效应和非热效应治疗某些常见病、多发病和疑难病,常常具有较好的疗效。我国红外医学专家姚鼎山认为,生命物质补充能量与远红外线有密切关系4 。水分子中氢键键能相当于27m 的远红外光子能量。人体细胞生长繁殖以脱氧核糖核酸的合成复制为基础,其双螺旋结构中含有大量氢键,这些氢键的断裂和结合需要相应的远红外光子能量。人体组织中的氢氧键、碳氢键、碳氧键也一样,其对应的谐振波长大部分落在远红外波段。在远红外光照射下,生物体的分子能级被激发而处在较高振动能态之下,这便激活了这些引起生物大分子的活性,补充了生物能量,形成了调节机体代谢和免疫功能的能力。另一方面,远红外线作用于皮肤,被皮肤吸收转化为热能,引起温度升高,刺激皮肤内热感受器,通过丘脑反射使血管平滑肌松弛,血管扩张,血液循环特别是微循环加速,增加组织营养,改善供氧状态,加强了细胞再生能力,加速了有害物质的排泄,减轻了神经末梢的化学刺激和机械刺激。远红外织物适用于制作保健绒毯、保健睡衣、裤、衬衣、内衣、内裤以及关节防护用品,如护膝、护肘、护腕、护肩、护腰等。4.3 抗菌远红外织物能不断地发射出对细菌生长有抑制作用的远红外线,因而有一定的抗菌作用。经测试发现其对金色葡萄球菌抑菌率达99. 85 % ,对大肠杆菌抑菌率达77. 27 % ,对白色念珠菌抑菌率达99. 98 %。由于远红外织物具有抗菌防臭功能,适宜于制作卫生用品,如医院病房用床单、医疗用衣、纱布,以及食品和包装行业用品等。5 远红外织物的加工方法将远红外陶瓷引入纺织品主要通过两种方法: (1) 将陶瓷粉末混合在纺丝液中制得含远红外陶瓷粉的合成纤维,目前基本是在涤纶和丙纶纤维中采用这种方法。用红外纤维经纺纱、织造加工成机织物或针织物,或直接加工成非织造布; (2) 把远红外陶瓷粉末和粘合剂、助剂按一定比例配制成整理剂对织物进行浸轧、涂层和喷雾。前者的优点是织物手感好、透气性好、耐洗涤性好,缺点是加工路线长、成本高。后者的优点是加工路线短、成本低,但织物手感、产品风格及耐洗涤性均不如前者。5.1 远红外后整理技术 将远红外陶瓷粉末与纺织品结合,最早和最简单的方法是后整理技术。所用远红外陶瓷粉末的粒度决定后整理织物的质量,一般粒径在5m以下。用浸轧、涂层的方法开发远红外织物与传统工艺没有太大的差别。喷雾方法常用于制作远红外絮片,对毛圈织物的毛尖部位开纤,然后喷涂远红外整理剂,能有效地提高其保温性和舒适性。在远红外整理中,使用氯铂酸等触媒,可以提高陶瓷物质与纤维的结合力。日本中村研究所还提供另外一种方法,先用硅烷偶联剂对陶瓷粒子进行表面处理,然后再掺入整理剂中,结果使织物耐洗性大大提高。对羊毛纤维或织物进行远红外后整理有一定难度,通过添加阳离子助剂则很有效,这是尤尼奇卡公司的技术,它是在远红外陶瓷粉末分散液中加入具有阳离子基和成膜性能的树脂,这种树脂包覆陶瓷粒子使其带正电荷,毛纤维或织物要预先进行处理,使纤维表面带负电荷,正负电荷的吸引可以提高纤维吸附陶瓷粒子的能力5 。对天然纤维织物进行远红外后整理,可将天然纤维浸入特定的有机溶剂中加热切压,则纤维膨润形成微细孔隙,陶瓷粒子进入扩张后的孔隙,干燥后则留在纤维内。有资料介绍,在染色液中加入远红外陶瓷粉末可以同时获得染色和远红外效果,在印花染料中加入远红外陶瓷粉末可以使印花部位具备远红外功能。5.2 远红外纤维的加工方法 远红外纤维制备方法分为涂层法和共混纺丝法两大类。5.2.1 涂层法 涂层法是将远红外吸收剂、分散剂和粘合剂配成涂层液,通过喷涂、浸渍和辊涂等方法,将涂层液均匀地涂在纤维或纤维制品上,经烘干而制得远红外纤维或制品的一种方法。其优点是工艺操作简便,成本较低,对远红外陶瓷粉的要求不高。缺点是制得纤维的手感及耐洗涤性能差,不适于后加工织造。目前本法多用于加工远红外非织造织物和制品。5.2. 2 纺丝法 根据生产的工艺不同,纺丝法又可分为母粒法、全造粒法、注射法和复合纺丝法。母粒法6 ,7 是目前应用较广的生产方法,是将远红外材料、分散剂和载体等相应的助剂一起混合造粒,制作成远红外功能母粒,然后与常规切片混合纺丝,其技术关键是制作功能性母粒。现在不断开发出高浓度、高分散性的母粒品种,其有效粉体的含量可达40 %。对一定功能材料的母粒,母粒的加入量与发射率成正比关系,加入量越多,纤维的远红外发射率越高,但生产成本也增加,且母粒加入量增多对纺丝过程不利,因此母粒的加入量应适度,既要保证纤维的功能性,又要确保纺丝过程顺利。通过改变喷丝板和纺丝组件的形态,可纺出中空、三角和三叶等异形丝。母粒法工艺路线简单,适于小批量生产。全造粒法8 是在聚合生产过程中加入远红外功能材料,制成远红外功能切片,然后用该切片纺丝的方法。这种方法功能介质分散均匀,功能效果持久。生产过程中如何防止颗粒聚结,确保颗粒在聚合物中分散均匀是技术关键。这种方法过程复杂,不易控制,亦不适应小批量多品种生产,较难推广。注射法即是在纺丝过程中利用注射器,将远红外添加剂直接注射到高聚物纺丝熔体或溶液中而制备远红外纤维。上海石化股份公司腈纶部通过在PAN 纺丝原液中添加远红外陶瓷微粒的方法开发出了远红外腈纶。该工艺虽然简便,但需增加注射器,若粉末状无机粒子未经处理,无机粒子与基体树脂间会存在明显的界面层,缺乏较厚的过渡层而影响纺丝融体或溶液的过滤性、可纺性,