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纳米抗菌整理技术在非织造领域的研究及应用

 2014-06-11 14:08:38 浏览量:0

l 前言
1.1纳米技术及非织造技术特点.
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1.100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。这些基本单元按照一定的规律构建或组装一维、二维或三维体系。纳米构造单元具有一定的相互作用,纳米结构不仅具有构造单元的特殊性,如量子尺寸效应、表面效应及小尺寸效应等,而且还具有由于构造单元问量子耦合或协同增强所产生的新效应。
纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力,对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来,人们对纳米结构和纳米材料的研究取得了引人瞩目的成就。
非制造技术是一门源于纺织,但又超越纺织的材料加工技术。它结合了纺织、造纸、皮革和塑料四大柔性材料加工技术,并充分结合和运用了诸多现代高新技术,如计算机控制、信息技术、高压射流、等离子体、红外、激光技术等,是新型的交叉学科。非织造技术正在成为提供新型纤维结构材料的一种必不可少的重要手段,它被誉为纺织工业中的“朝阳工业”。
1.2. 纳米技术在非织造布领域的应用
1.2.1导电型超细粉体材料
非织造布产品也是一种化纤产品,由于静电效应在黑暗中摩擦产生的放电效应很明显,同时很容易吸附灰尘。金属纳米微粒为解决这一问题提供了新的途径。在非织造布加工技术中加入少量金属纳米微粒,就会极大的消除静电影响。如在生产过程中加入铜、镍等超微金属颗粒,可以导电,可以制成防电磁辐射的产品。
也可在非织造加工方法中应用导电纤维,性能较好的有:(1)以碳黑为导电物质的黑色导电化纤;(2)以氧化镁、氧化锌和二氧化钛等白色粉体为导电物质的白色导电化纤。后一色调的导电纤维主要用于制作防护服、工作服和装饰性的导电材料,其色调优于黑色导电纤维,应用范围更为广泛。
1.2.2纳米抗紫外线整理
大气中的紫外线主要在300-400nm波段,对人体有伤害。纳米Ti02、纳米ZnO、纳米Si02、纳米A1203以及纳米云母等都有在这个波段吸收紫外光的特性。把这些材料制成超细粉体,使微粒的尺寸与光波波长相当或更小时,由于小尺寸效应导致光吸收显著增强。此类超微粉体的比表面积大、表面能高,因此很容易与高分子材料共混,再加上化纤纺丝设备对共混材料粒度的要求,都决定了纳米粉体是光防护、光屏蔽、光反射类型功能化纤再共混时的优选材料。
例如,将纳米ZnO等微粒加入聚酯纤维中,制成防紫外线纤维,可广泛应用在无纺布技术上。利用织物涂层技术涂敷纳米ZnO,防紫外线能力达98%以上,可应用在防护材料上。
1.2.3纳米红外吸收化纤
以纳米Si02、纳米Ti02经适当配比制成的复合粉体作为纤维的添加剂,可制成满足国防工业要求的红外屏蔽功能纤维。发达国家己用具有红外吸收功能的纤维制成军服供部队使用,这种纤维对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用。同时由多种纳米粉体制成的远红外纤维具有优良保健理疗功能、热效应功能和排湿透气抑菌功能,它能吸收人体向外散发的热量并反射人体最需要的波长4.1-41um的远红外线。此类纤维及织物的保暖性能较常规的织物有所提高,据测定,织物的保暖率可提高12 %以上。利用纤维发射远红外线和蓄热功能制成的保健服装能增加人体血液循环,起到防病、保健的功效。
1.2.4 功能化纤材料
随着现代科技和人们生活水平的提高,人们利用各种各样的纳米粉体开发出了多种改性功能化纤,如吸水吸湿纤维、变色纤维、耐热纤维、芳香纤维、磁性纤维、储能纤维、发光纤维、防辐纤维、阻燃纤维以及智能面料等。

1.2.5 抗茵除臭功能
人们对于应用纳米技术对织物进行抗菌除臭功能的研究是最为广泛和深入了。
主要包括纳米抗菌纤维的研究和纳米抗菌剂的研究。
A.纳米抗菌纤维
抗菌纤维的制造方法很多,主要是通过对化学纤维的高分子结构进行化学接枝.或改性、通过物理方法使抗菌剂混入纤维内部、利用复合纺丝技术等。
纳米纤维中具有较高催化能力及还原电势极高的离子,能在其周围空间产生活性氧灭菌。同时该离子与细菌接触时,迅速向细菌体内渗透或附在细菌膜上,起到阻碍细菌生长合成路径和阻碍能量系统的作用,造成酵素蛋白的变性和细菌膜生物活性的损伤,从而杀死细菌。如日本帝人公司将纳米ZnO和纳米Si02、纳米银离子混入化纤中,使其具有抗菌除臭功能,这种纤维可被广泛用于无纺布技术上生产敷料、绷带、手术服等医疗卫生用品。北京赛特瑞公司与中国科学院共同合作,成功的研制出了“纳米层状银系无机抗菌材料系列"产品,且用抗菌纤维制备的抗菌织物具有广谱抗菌、耐洗涤、耐光照、耐高温、抗菌持久等特点。
B.纳米抗菌整理剂
非织造材料的功能整理是指根据产品的用途要求,通过所需的整理剂和适当的整理技术,使整理剂涂敷在材料表面或渗透到材料内部或与纤维大分子键合,赋予非织造材料以特殊的功能。基本流程:基本流程:配制整理工作液-对非织造材料施加整理液-预烘- 烘干-成品。
本实验中采用的功能整理方法是将纤维、纱线、织物置入含有抗菌物质的溶液中浸泡以达到抗菌效果,由于这种技术加工方便,因此大多数抗菌制品都是采用后整理技术进行抗菌整理。采用纳米层状银系无机抗菌材料制备的抗菌防霉织物,仅需添加0.5%一1%无机抗菌剂,成本较低。而无机纳米抗菌粉体材料不溶出,抗菌具有持久性,抗菌效果显著,对皮肤无刺激性,属无毒产品。
2 试验部分
2.1弹性非织造布的产品的研究
A.纤维发泡材料的研究
纤维发泡材料具有质轻、隔热、抗震、机械性能优异的特点。人们对发泡材料的研究很多,主要包括:纤维增强发泡材料,纤维复合材料以及纤维缓冲材料等。其中微孔发泡纤维材料,在熔体中加入了纤维成分,其熔体粘度、制品刚度等都有增加,由于具有一些独特的性能,使其应用领域非常宽广,被称为“21世纪的新型材料’’,是当今材料学研究中一个新的热点。
B.厚型弹性针刺布的研究
本实验中选用针刺无纺布作为基布,对生产工艺和原理进行研究,生产出具有优异弹性的无纺布。主要是基于纤维发泡体系的原理,通过选择一种合适的发泡体系,使其能在纤维之间形成稳定的由“微球’’、纤维和助剂组成的体系.在生产过程中,选用合适的发泡工艺,最终生产出具有较好弹性和韧性的产品。
2.2纳米抗菌整理弹性非织造产品的研究
A.试验方法
本试验是基于弹性非织造布的研究基础,通过后整理的方法使最终产品不但具有良好的弹性和韧性,还要赋予产品抗菌除臭的功能。
在试验的过程中,由于最终产品要同时具有优异弹性和抗菌除臭的功能。因此采用的整理方法就要比只对织物做抗菌整理考虑的因素多,影响因素也多,工艺控制也要复杂的多。实际生产过程可以选择的方案有:
方案l:采用纳米抗菌涤纶纤维生产抗菌无纺布,然后对抗菌无纺布进行弹性整理;
方案2:先对无纺布进行弹性整理,再用抗菌剂进行抗菌整理

方案3:一次生产过程中,同时完成对无纺布的抗菌整理和弹性整理
考虑以上三个方案,由于方案1抗菌纤维价格昂贵;方案2需要进行二次后整理加工,产品成本大,市场竞争力大大降低。所以综合考虑,选用方案3。且从抗菌剂各方面因素考虑,最后选择了综合性能及其各项指标较优异的离子态纳米银抗菌剂。
B.试验过程
纳米抗菌弹性无纺布生产过程:
生产方法1:
将弹性整理用各种整理剂按一定比例进行均匀混合,然后再均匀混合加入纳米银溶液,控制弹性整理和抗菌整理的不同温度和条件在后整理生产线上生产纳米抗菌弹性针刺无纺布。
生产方法2:
基于实验一的测试结果,先在生产线上生产弹性针刺无纺布,再用表面喷洒纳米银抗菌整理剂的方法进行抗菌整理,在生产过程中,采用分段控制的方法。

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