纳米界面材料在纺织领域的新进展

概述

    目前纺织领域中的纳米技术一般分为三种:

    1)纳米纤维: 采用静电纺丝法、模版挤压法、复合纺丝法、化学气相生长法、聚合法等方法制备直径在纳米尺度的纤维，实现普通纤维无法达到的新功能。如中国科学院化学研究所研制的水接触角大于 170°的超疏水性聚丙烯腈纳米纤维[1]、超疏水性高分子聚乙烯醇纳米纤维[2]、超双疏阵列碳纳米管膜[3]，以及东丽公司开发的高吸湿性纳米尼龙纤维[4]等。

    2)纳米粉体: 将各种粒径小于 1OOnm的功能性纳米粉体分散到纤维中进行纺丝，获得带有功能性的纤维:或者将纳米粉体分散到溶液中制成整理剂后对织物进行涂层、浸渍、喷涂等加工，赋予织物相关功能性。如日本开发的Zn/TiO₂纳米粒子催化剂型无机消臭剂"ATOMY BALLTZR"[5]、日清纺公司开发的银纳米抗菌防臭加1材料"Ag Fresh"[6]等。

    3)纳米乳液:将功能整理剂中的有效成分乳液粒径控制在纳米级，以提高整理剂功效，改变以往大粒径乳液对织物风格的不良影响。如瑞典开发的TEXCOAT整理剂、日本开发的粒径l0nm的阴离子型弱酸性亲水性氨基硅柔软剂[7]、纳米乳液POL防花粉加工剂[8]等。

    上述技术的共同点在于首先制备纳米级的物质，如纤维、粉体、乳液。我们采用的纳米表面处理技术不同于这些方法，是通过采用物理或化学方法直接对织物进行表面改性，如在纤维表面形成纳米级四凸结构，使织物微观结构发生变化，同时使纤维表面化学基团产生变化，以获得纤维表面物理及化学结构不同于原纤维的纳米界面材料。

2  纤维表面物理及化学性质

2·1纤维表面形貌

    经纳米表面处理后的纤维表面形貌发生很大的改变，如在纤维表面形成较为均匀的纳米级凹凸结构或沟槽。图1为经该技术处理的不同纤维以及对应参照物的扫描电子显微镜照片。

2·2纤维表面化学成分

    经纳米表面处理后的纤维不仅发生物理结构变化，纤维表面同时还发生化学结构改变，使得材料表面显示出与体相不同的性质，从而达到表面改性的目的。将处理前后的羊毛织物的XPS图象及C_Is，光谱图示于图2。

图1显示，经纳米表面处理后纤维表面形貌不同于原纤维，产生较为均匀的纳米级凹凸结构或沟槽。图2显示，处理后的羊毛织物表面的羧基、羰基等碳-氧键大大增加。这种微观结构的变化导致了宏观性质的改变，赋予织物以往技术无法实现的新功能。

3  纳米表面处理功能性织物

3·1超双疏织物

    不同于上述的纳米纤维，纳米表面处理技术可直接对任何织物进行处理，便纤维表面形成特殊的几何形状互补的(如凸与凹相间)界面纳米结构，由于在纳米尺寸低凹的表面可以吸附气体分子，并且使其稳定附着存在，所以在宏观织物表面上形成了一层稳定的气体薄膜，使得油或水无法与织物的表面直接接触，从而使材料的表面呈现出超常规的双疏性。这时水滴或油滴与界面的接触角趋于值，实现纤维织物的超疏水、超疏油功能。

    该技术己形成产业化，中科纳米技术工程中心有限公司先后同鄂尔多斯集团、浙江艾利特服饰有限公司、浙江杉杉集团合作，分别推出纳米自清洁羊绒衫、纳米自清洁领带、纳米自清洁西服。

3·2  超黑织物

通过在纤维表面构造纳米级凹凸结构，增加纤维的比表面积，提高纤维对染料的物理吸附力以及提高染料向纤维内部的扩散能力;同时使羊毛纤维表面产生活性基团，增加可以与染料分子发坐结合的染座，提高纤维对染料的化学亲和力，从而提高上染率。同时羊毛表面产生的微细凹凸结构可减少光的散射，进一步提高显色率，从而使羊毛织物具有的超黑效果。

该技术获得的超黑织物的颜色表观深度K/S值达到了34，

物。大大高于未处理的普通黑色织物

3·3高阻隔性医用防护面料

     手术服、手术口罩等应具有度好的疏水性和疏油性，以避免渗透接触可能含有病菌的患者的体液和血液。我们开发的透气性良好的一次性医用防护面料由如下三层构成:1)超双疏阻隔织物层，该材料表面具有超疏水和超疏油的功能，阻止各类水或油成分渗入织物的另一侧，可以"防止病菌附着在织物表面，并能够避免提供给细菌成长繁殖的条件和机会;2)高效静电吸附过滤织物层，以其强大的静电吸附能力有效吸附和阻止细菌、病毒等有害颗粒;3)含有纳米抗菌剂的除菌消毒织物层，使得病菌难以生存。图5为该材料示意图。

    该材料是具有高透湿性的高阻隔医用防护面料，已通过国家药品监督管理局北京医疗器械质量监督检验中心的检验，符合GB19082-2003国家标准要求，防护服面料样品达到了静水压4.76kPa(l7cmH₂O)(国标标准要求1.67kPa)，过滤效率为93.9%(国标标准要求70%)，透湿量为12300g/m²d(国标标准要求2000 g/m²d)。这种材料能够保持优良的透气、透湿性能，同时避免携带病毒的介质直接沾附到防护服装上，从而可以避免因防护服装的污染导致的交叉感染。

3·4单面亲水丙纶非织造布

纳米表面处理技术可对织物进行单面处理，从而获得两面性能不同的织物。这种技术用于丙纶非织造布时，在丙纶非织造布表面获得点吸收面扩散效应，形成亲水性速度梯度。从而在迅速吸湿的同时保持表面干爽。图6为底层为亲水性垫的不同面料接触液滴时的吸收状态示意图。

    如上图6所示，当疏水性织物接触水滴时(C)，即使织物下面放置亲水性垫，液滴也无法穿透织物而扩散到亲水性垫上，而是只会渗透少量到织物表面，而大部分液滴一直停留在织物表面。当亲水性织物接触水滴时(d)，液滴迅速铺展在织物表面并渗透到亲水性垫上，因织物的亲水性和保水性好，所以织物表面湿润，并在织物表面留下较大痕迹。与上述两种通常情况不同，当单面亲水织物接触水滴时(b)，液滴靠毛细管效应经过疏水面到达亲水面，然后迅速扩散到亲水性垫中，从而保持干爽的织物表面，液滴留下的痕迹也小。

4  今后展望

    我国纺织企业虽然也对高科技纺织品服装有所研究，但总体来看，研究开发力度还很不够，科技含量高的产品比较少，与发达国家存在较大的差距。我国出口的纺织品多为创汇率不高的中低档产品，而且还有相当一部分是纺织品原料。面对欧美和日本等国日益增高的技术性贸易壁垒，尤其是绿色壁垒，使我国纺织品出口受到了严重影响。据不统计，我因不符合"绿色"要求的纺织品的覆盖面大约在15%左右，影响出口近80亿美元。将纳米界面材料应用于纺织领域正迎合了环保、节能、健康、安全、舒适为主题的当今纺织行业趋势，有利于提高我国纺织品的竞争力，今后应进-步结合其他技术，提高产品的科技含量，开发新高科技产品和多功能性产品。

参考文献

[l]L.Feng，S.Li，H.Li,J.Zhai，Y.Song，L.Jiang，D.Zhu，Angew,Chem.2002，114，1269;Angew.Chem.lnt.Ed.2002，41，1221

[2]L.Feng，Y.Song,J.Zhai，B.Liu，J.Xu，L.Jiang,D.Zhu，Angew.Chem.2003，115，824;Angew.Chem.lnt.Ed.2003，42，800

[3]Huanjun Li，Xianbao Wang，Yanlin Song，Yunqi Liu，Qianshu Li，Lei Jiang，Daoben Zhu，Angew.Chem.Int.Ed.，

2001，40(9)，1743

[4]纤维科学(日)，2002，(12)，26

[5]田中敦、桥本贵史，加工技术(日)，2003，38(4)，50

[6]加工技术(日)，2004，39(1)，26

[7]加工技术(日)，2003，38(1)，48

[8]加工技术(日)，2003，38(5)，54