概述
目前紡織領域中的納米技術一般分為三種:
1)納米纖維: 采用靜電紡絲法、模版擠壓法、復合紡絲法、化學氣相生長法、聚合法等方法制備直徑在納米尺度的纖維，實現普通纖維無法達到的新功能。如中國科學院化學研究所研制的水接觸角大于 170°的超疏水性聚丙烯腈納米纖維[1]、超疏水性高分子聚乙烯醇納米纖維[2]、超雙疏陣列碳納米管膜[3]，以及東麗公司開發(fā)的高吸濕性納米尼龍纖維[4]等。
2)納米粉體: 將各種粒徑小于 1OOnm的功能性納米粉體分散到纖維中進行紡絲，獲得帶有功能性的纖維:或者將納米粉體分散到溶液中制成整理劑后對織物進行涂層、浸漬、噴涂等加工，賦予織物相關功能性。如日本開發(fā)的Zn/TiO2納米粒子催化劑型無機消臭劑"ATOMY BALLTZR"[5]、日清紡公司開發(fā)的銀納米抗菌防臭加1材料"Ag Fresh"[6]等。
3)納米乳液:將功能整理劑中的有效成分乳液粒徑控制在納米級，以提高整理劑功效，改變以往大粒徑乳液對織物風格的不良影響。如瑞典開發(fā)的TEXCOAT整理劑、日本開發(fā)的粒徑l0nm的陰離子型弱酸性親水性氨基硅柔軟劑[7]、納米乳液POL防花粉加工劑[8]等。
上述技術的共同點在于首先制備納米級的物質，如纖維、粉體、乳液。我們采用的納米表面處理技術不同于這些方法，是通過采用物理或化學方法直接對織物進行表面改性，如在纖維表面形成納米級四凸結構，使織物微觀結構發(fā)生變化，同時使纖維表面化學基團產生變化，以獲得纖維表面物理及化學結構不同于原纖維的納米界面材料。
2 纖維表面物理及化學性質
2·1纖維表面形貌
經納米表面處理后的纖維表面形貌發(fā)生很大的改變，如在纖維表面形成較為均勻的納米級凹凸結構或溝槽。圖1為經該技術處理的不同纖維以及對應參照物的掃描電子顯微鏡照片。
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圖1 納米表面處理前后部分纖維的SEM照片 |
2·2纖維表面化學成分
經納米表面處理后的纖維不僅發(fā)生物理結構變化，纖維表面同時還發(fā)生化學結構改變，使得材料表面顯示出與體相不同的性質，從而達到表面改性的目的。將處理前后的羊毛織物的XPS圖象及CIs，光譜圖示于圖2。
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(a)末處理 (b)處理后 圖2 羊毛織物的XPS圖象(左)及CIs光譜(右) |
圖1顯示，經納米表面處理后纖維表面形貌不同于原纖維，產生較為均勻的納米級凹凸結構或溝槽。圖2顯示，處理后的羊毛織物表面的羧基、羰基等碳-氧鍵大大增加。這種微觀結構的變化導致了宏觀性質的改變，賦予織物以往技術無法實現的新功能。
3 納米表面處理功能性織物
3·1超雙疏織物
不同于上述的納米纖維，納米表面處理技術可直接對任何織物進行處理，便纖維表面形成特殊的幾何形狀互補的(如凸與凹相間)界面納米結構，由于在納米尺寸低凹的表面可以吸附氣體分子，并且使其穩(wěn)定附著存在，所以在宏觀織物表面上形成了一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使得油或水無法與織物的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現出超常規(guī)的雙疏性。這時水滴或油滴與界面的接觸角趨于值，實現纖維織物的超疏水、超疏油功能。
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圖3 水滴(左)和油滴(右)在超雙疏織物上的接觸角試驗照片 |
該技術己形成產業(yè)化，中科納米技術工程中心有限公司先后同鄂爾多斯集團、浙江艾利特服飾有限公司、浙江杉杉集團合作，分別推出納米自清潔羊絨衫、納米自清潔領帶、納米自清潔西服。
3·2 超黑織物
通過在纖維表面構造納米級凹凸結構，增加纖維的比表面積，提高纖維對染料的物理吸附力以及提高染料向纖維內部的擴散能力;同時使羊毛纖維表面產生活性基團，增加可以與染料分子發(fā)坐結合的染座，提高纖維對染料的化學親和力，從而提高上染率。同時羊毛表面產生的微細凹凸結構可減少光的散射，進一步提高顯色率，從而使羊毛織物具有的超黑效果。
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圖4 普通織物與超黑織物顏色表觀深淺曲線 |
該技術獲得的超黑織物的顏色表觀深度K/S值達到了34，
物。大大高于未處理的普通黑色織物
3·3高阻隔性醫(yī)用防護面料
手術服、手術口罩等應具有度好的疏水性和疏油性，以避免滲透接觸可能含有病菌的患者的體液和血液。我們開發(fā)的透氣性良好的一次性醫(yī)用防護面料由如下三層構成:1)超雙疏阻隔織物層，該材料表面具有超疏水和超疏油的功能，阻止各類水或油成分滲入織物的另一側，可以"防止病菌附著在織物表面，并能夠避免提供給細菌成長繁殖的條件和機會;2)高效靜電吸附過濾織物層，以其強大的靜電吸附能力有效吸附和阻止細菌、病毒等有害顆粒;3)含有納米抗菌劑的除菌消毒織物層，使得病菌難以生存。圖5為該材料示意圖。
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圖5 高阻隔性醫(yī)用防護材料示意圖(左)及實物照片(右) |
該材料是具有高透濕性的高阻隔醫(yī)用防護面料，已通過國家藥品監(jiān)督管理局北京醫(yī)療器械質量監(jiān)督檢驗中心的檢驗，符合GB19082-2003國家標準要求，防護服面料樣品達到了靜水壓4.76kPa(l7cmH2O)(國標標準要求1.67kPa)，過濾效率為93.9%(國標標準要求70%)，透濕量為12300g/m2d(國標標準要求2000 g/m2d)。這種材料能夠保持優(yōu)良的透氣、透濕性能，同時避免攜帶病毒的介質直接沾附到防護服裝上，從而可以避免因防護服裝的污染導致的交叉感染。
3·4單面親水丙綸非織造布
納米表面處理技術可對織物進行單面處理，從而獲得兩面性能不同的織物。這種技術用于丙綸非織造布時，在丙綸非織造布表面獲得點吸收面擴散效應，形成親水性速度梯度。從而在迅速吸濕的同時保持表面干爽。圖6為底層為親水性墊的不同面料接觸液滴時的吸收狀態(tài)示意圖。
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a)液滴接觸織物表面初期 |
c)疏水性織物 |
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b)單面親水織物 |
d)親水性織物 |
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圖6 織物吸水狀態(tài)示意圖 |
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如上圖6所示，當疏水性織物接觸水滴時(C)，即使織物下面放置親水性墊，液滴也無法穿透織物而擴散到親水性墊上，而是只會滲透少量到織物表面，而大部分液滴一直停留在織物表面。當親水性織物接觸水滴時(d)，液滴迅速鋪展在織物表面并滲透到親水性墊上，因織物的親水性和保水性好，所以織物表面濕潤，并在織物表面留下較大痕跡。與上述兩種通常情況不同，當單面親水織物接觸水滴時(b)，液滴靠毛細管效應經過疏水面到達親水面，然后迅速擴散到親水性墊中，從而保持干爽的織物表面，液滴留下的痕跡也小。
4 今后展望
我國紡織企業(yè)雖然也對高科技紡織品服裝有所研究，但總體來看，研究開發(fā)力度還很不夠，科技含量高的產品比較少，與發(fā)達國家存在較大的差距。我國出口的紡織品多為創(chuàng)匯率不高的中低檔產品，而且還有相當一部分是紡織品原料。面對歐美和日本等國日益增高的技術性貿易壁壘，尤其是綠色壁壘，使我國紡織品出口受到了嚴重影響。據不統計，我因不符合"綠色"要求的紡織品的覆蓋面大約在15%左右，影響出口近80億美元。將納米界面材料應用于紡織領域正迎合了環(huán)保、節(jié)能、健康、安全、舒適為主題的當今紡織行業(yè)趨勢，有利于提高我國紡織品的競爭力，今后應進-步結合其他技術，提高產品的科技含量，開發(fā)新高科技產品和多功能性產品。
參考文獻
[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]纖維科學(日)，2002，(12)，26
[5]田中敦、橋本貴史，加工技術(日)，2003，38(4)，50
[6]加工技術(日)，2004，39(1)，26
[7]加工技術(日)，2003，38(1)，48
[8]加工技術(日)，2003，38(5)，54
