纳米材料在纺织领域的应用.ppt

纳米材料在染整加工中的应用及其原理 目录 1 前言2 防紫外线功能3 抗菌防臭功能4 抗静电功能5 纳米科技前景的展望 纳米1nm 10 9m 1 1纳米材料有关的性质 纳米材料 纳米材料是指在任一维上尺寸小于100nm的材料 是尺寸介于1 100之间的固体材料 纳米技术 在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术 纳米技术本质上是一种用单个原子 分子制造物质的科学技术 纳米科技 创造和制备优异性能的纳米材料设计 制备各种纳米器件和装置探测分析纳米区域的性质和现象 1 体积效应 小尺寸效应 2 表面效应 3 量子尺寸效应 4 宏观量子隧道效应 纳米材料的四大效应 纳米材料具有的基本效应决定了其特性 1 力学性能2 光学性能3 热学性能4 磁学性能5 催化性能6 生物活性等性能 1 2纳米材料的发展历史 新兴的纳米材料科学 始于20世纪60年代 最早由1959年诺贝尔物理奖获得者费曼提出 操纵 原子的构思 以制备纳米材料 自1982年窥测纳米材料的工具 扫描隧道显微镜发明后 诞生了 纳米学 从此 纳米技术的迅速发展对世界产生了强烈的冲击 引起了科学界 企业界乃至各国政府的高度重视 形成了纳米材料学 纳米电子学 纳米生物学及纳米医药学等新兴学科 1990年7月 在美国巴尔基摩召开的第一届国际纳米科学技术大会 正式确认了纳米材料是材料科学的一个新分支 在科学上填补了人们认识物质结构与性能关系的空白 在应用上为人们创造新材料开辟了一个新天地 1999年 纳米技术开始逐步走向工业化生产 1 3国内外纳米材料及纳米技术的发展现状 美国日本德国中国 1 4纳米科技在不同行业中的应用 1 材料和制备2 微电子和计算机技术3 环境和能源4 医学与健康5 生物技术6 航天和航空7 国家安全 分子计算 碳纳米管储氢 机器苍蝇 麻雀卫星 间谍草 1 5纳米材料在纺织领域的应用 纳米技术在纺织领域中主要有三大应用途径 1 多种纤维添加 2 多种粉体复配 3 多种功能复合 纳米材料及纳米技术在纺织印染工业中的应用就展示出良好的应用前景 目前主要用于开发功能性化纤料 功能性纺织产品以及功能性助剂等 如纳米抗菌涤纶长丝 短纤 抗紫外线和红外线织物 抗菌除臭功能助剂 涂料等 应用领域 抗菌 防臭功能 红外线功能 防电磁辐射 抗静电功能 防紫外线 拒水拒油 纳米材料防紫外线功能在染整中的应用 前言 紫外线通常是指波长为100 400m的电磁波 研究表明 适当的紫外线照射对人体是有益的 它能促进维生素D的合成和抑制病毒 但过量的紫外线照射对人体十分有害 它会造成皮肤红斑或晒斑 色素沉着 皮肤老化甚至导致皮肤癌 J 因此 对紫外线辐射的防护已日益为人们所关注 利用防紫外线织物对人体进行保护 是抵御紫外线侵害的重要手段之一 防紫外线织物的生产途径主要有两种 1 在聚合或纺丝时 加入紫外线屏蔽剂制成抗紫外纤维 然后经纺纱 织造等加工 生产出防紫外线织物 该方法的优点是对产品风格影响较小 但只适用于合成纤维 2 用紫外线屏蔽剂对织物进行浸轧或涂层 达到防护效果 该方法简单易行 但产品存在耐洗牢度差 织物风格 手感等会受到一定影响 按整理方法和所用试剂分类 化学方法 1 有机类紫外线屏蔽剂有机类紫外线屏蔽剂 也称紫外线吸收剂 主要是吸收紫外线并进行能量转换 将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波 从而达到防紫外线辐射的目的2 无机类紫外线屏蔽剂无机类紫外线屏蔽剂 也称紫外线反射剂 主要通过对入射紫外线反射或折射 而达到防紫外线辐射的目的 物理整理 1 单纤维形态2 织物结构3 织物表面形态 纳米材料防紫外线在织物染整上的应用 原理 纳米粒子的粒径 10纳米 100纳米 小于光波的长 因此将与入射光产生复杂的交互作用 纳米颗粒拥有纳米粒子特有的小尺寸效应 表面界面效应 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应M N 由于具有极强的紫外线屏蔽能力 纳米TiO2 ZnO Fe2O3和纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特征 将少量纳米微粒添加到化学纤维中 就会产生紫外线吸收现象 从而可以有效保护人体免受紫外线的损伤 采用正交试验研究了纳米TiO2对棉的防紫外线整理工艺 结果显示纳米TiO浓度对织物UPF值影响显著 其值随纳米粉体浓度的增加而增大 结合单因素试验综合分析 TiO2最优整理工艺为纳米TiO2浓度为21g L 粘合剂浓度为30g L 焙烘温度为120 经该工艺整理后织物UPF值达64 55 洗涤50次后UPF为47 85 白度增大 断裂强度提高 弹性折皱回复角 抗弯长度 静态悬垂系数几乎无变化 透气性有一定程度的下降 基本流程 预洗 80 90 X30min 一烘干 100 X3min 一涂层一烘干 80 X2min 一 2CO3处理 1g L 1min 一水洗 热洗 冷洗 哄干 100 X3min 以TiO2对棉织物的涂层整理为例介绍纳米材料防紫外线在染整中的应用 TiO2在织物上的防紫外线 防护效果的影响因素 1 纤维的种类2 织物的结构3 黏合剂 增稠剂的种类 存在的缺陷和尚待解决的问题 1 水洗牢度不高2 生产工艺不成熟3 生产成本高4 产品局限性 纳米防紫外线织物应用举例 雪地衣遮阳伞航天服 纳米材料在染整中应用 之 抗菌 除臭 抗菌 除臭的必要性 外因 环境的恶化导致人类生存环境的恶化 我们周围微生物的生态平衡遭到破坏 人类健康受到威胁内因 人们对环境质量的要求不断提高 对安全 舒适的生活品质及生存环境的迫切愿望 细菌是对人类健康有何影响 2 无处不在的细菌 抗菌 除臭势在必行 国际上抗菌材料的应用在80年代起始于日本 欧美等发达国家 1983年日本品川燃料公司首先推出无机抗菌剂的工业化产品 但直到90年代后期处于技术领先的日本才陆续开始产业化 目前 日本的抗菌剂的年销售量超过了210亿日元 生产厂总计100家以上 抗菌制品销售量达500亿日元以上 人均消费水平大大高于欧美 我国开展抗菌材料研究的时间与国际上基本同步 始于上世纪80年代初 发展较慢 如果以日本使用的抗菌制品为100计 欧美则为1 中国仅为0 1 1 市场潜力和市场容量都非常巨大 赋予纺织品抗菌防臭除味功能的途径有两种 一种是抗菌后整理技术 另一种是抗菌纤维技术 某些金属粒子 如纳米银粒子 纳米铜粒子 和纳米TiO2 ZnO等具有一定的杀菌性能 其与化纤复合纺丝 制造出抗菌的功能纤维 比一般的抗菌织物具有更强的抗菌效果和更多的耐洗次数 抗菌整理通常使用有机抗菌剂 近年来也使用无机抗菌剂 后整理法是唯一解决抗菌功能的技术 抗菌防臭纤维近年来发展迅速 纳米材料抗菌剂的种类及机理 一是接触性抗菌剂 如Ag Zn Cu等以及相应的离子 氧化物及复合物等 铜等离子带有颜色影响产品美观 锌的抗菌强度仅为银的1 1000 Ag因具有光谱抗菌能力 且安全环保 对人体无毒无刺激而广为应用 接触反应机理抗菌机理光催化反应机理坏接触反应机理 银离子与细菌接触反应后造成微生物固有成分破坏或产生功能障碍 抗菌效果持久 光催化机理 在光的作用下 银离子能起到催化活性中心生成高反应活性物质从而产生抗菌的作用 5 1 二是光催化杀菌剂 随着纳米技术的开拓 近年来科学工作者在研究中发现 将含有和SiO2等的纳米微粉加入到化纤或用后整理法加入到纺织品中 将对各种细菌 真菌 霉菌起到抑制作用 抗菌机理 光催化机理 纳米TiO2 ZnO在水和空气的体系中 于阳光照射下 能够自行分解出自由移动的带复电荷的电子和带正电荷的空穴 通过化学反应生成具有强化学活性的物质 可以与有机物反应 迅速杀死细菌和病毒 消除空气中的恶臭和纺织品上的油污 6 2 纳米材料高效的抗菌消毒作用 传统的银抗菌剂具有光谱抗菌效果 安全环保 无毒无刺激 更可观的是 一般在化纤中加入1 的光催化杀菌微粉就可起到抗菌除臭作用 它不仅能杀灭细菌本身的性能 更能将细菌和残骸一起杀灭和消除 同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉 8 纳米材料的广泛应用 采用添加法将纳米材料加入化纤的纺丝液中 可以获得各种含纳米化纤 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 纳米抗菌涤纶长丝产品可以广泛用于针织的内衣裤 运动服装 袜子 地毯等 运动装 地毯 9 袜子内衣裤等 抗菌短纤可以与棉混纺制成医用床单 手术服 医生工作服 病员服 食品行业专业服以及各种床上用品 家具布 装饰布及各种内衣裤 服装等 此外 用抗菌纤维也可以制成各种无纺布产品 日本自1984年开发出除臭纤维以来 新产品不断面世 食品医用服装家用 11 ThankYou 接下来有请我们组下一位成员 纳米材料抗静电功能在染整中的应用 日常生活中的静电 从地毯上走过 抓住门的把手 梳头 脱毛线衣 火花产生了 这个现象就是人们所知的静电放电 人类通过日常活动可产生高达25 000V的静电放电 人类手的神经可感觉到低至大约3 000V的静电放电 只需要10V的ESD就可毁坏今天IC内部的某些极小零件和迹线 其结果是 虽然ESD看不见 听不到或感觉不到 但可重大地损伤或毁坏电子产品 一 什么是静电 静电就是一个静止不动的带电电荷 静电大多数通常是由于摩擦和分离造成的 摩擦引起热 促使材料内部中的分子活跃起来 然后两种物质被分离 电子从一种物质转移到其它物质就可能发生了 二 静电的特点 高电压 低电量 小电流 作用时间短 三 静电的危害 在工业生产中 穿着化纤工作服可因摩擦产生静电火花 在接触易燃易爆物品时易引起爆炸事故 在电子行业 静电可造成电子元件受损 甚至报废 例如 1967年7月29日 美国Forrestal航空母舰上发生严重事故 一架A4飞机上的导弹突然点火 造成了7200万美元的损失 并损伤了134人 四 怎么样防静电呢 合成纤维的吸湿性很低 表面电阻高 因而容易积聚静电 为了改变这种状况 可采用亲水性物质处理 提高纤维表面的吸湿性 降低表面比电阻 在研究中主要是降低表面比电阻 五 制备防静电织物 渗入纳米金属粉体纺入导电纤维加入碳纳米材料 在化纤制品中加入少量纳米微粒 如将纳米TiO2 ZnO Fe2O3和Cr2O3等具有半导体性质的粉体掺入到树脂中 或将其加入到整理剂中对纤维或织物进行后整理 就会产生良好的静电屏蔽性能 大大降低静电效应 5 1纳米金属粉体 5 2导电纤维 在普通纤维织物中纺入导电纤维 使织物的导电性增加 从而使织物上产生的电荷能很快的放掉 可有效的防止静电局部蓄积 同时导电纤维还有电晕放电功能 即向大气放掉静电 5 3碳纳米材料 碳纳米管具有优秀的力学性能 是一种绝好的纤维材料 它的性能优于当前的任何纤维 它既具有碳纤维的固有性质 又具有金属材料的导电导热性 陶瓷材料的耐热耐蚀性 纺织纤维的柔软可编性 以及高分子材料的轻度易加工性 是一种一材多能和一材多用的功能材料和结构材料 六 纳米防静电织物特点 防静电性能稳定 持久 不受织物材质的限制 不会因为洗涤而降低产品性能 经整理后的成衣色光纯正 手感柔软 透气性好 穿着更舒适 也更健康安全 而且不仅能防静电还能静电屏蔽 纳米科技前景的展望 纳米材料在纺织印染中的前景 纳米材料被认为在21世纪三大支柱的信息 能源和新材料领域中有着极其重要的作用 纳米技术的应用 必将给纺织印染工业带来新的经济增长点 特别是抗紫外线 远红外线纺织品的成功开发和应用 为纳米技术在纺织业的发展奠定了基础 资料统计 2000年全球仅纳米材料市场就达到750亿美元 德国科技部预计到2010年 纳米技术市场将达到14400亿美元 有专家预言 不出10年 纳米技术市场容量将达到115万亿美元 将引来一次新的产业革命 继而直接影响到人们的衣 食 住 行等各个领域 我国明确提出将发展纳米科技作为 十五 期间科技进步的一项重要任务 2001年初 国家还成立了纳米科技指导协调委员会 同年7月 国务院批准了 国家纳米科技发展纲要 据不完全统计 截止到2001年5月底 我国已有323家纳米企业 并形成了以北京 上海 深圳为中心的三大纳米材料及纳米技术产业带 在取得的成果中 部分已接近产业化前期水平 一 纳米材料或纳米技术在纺织印染的应用方向 主要开发各种轻质 结实 耐磨 耐用 防水 可变色 吸收热量 温敏 可嵌入多功能的微米 纳米级感应器的纺织品 1 纳米改性服装面料 化学 含纳米颗粒的服装面料防紫外线面料防辐射面料 电磁波 保健面料 远红外 蓄热保温面料抗静电面料隐身面料防老化面料免洗面料 2 纳米改性面料 物理 仿真丝面料 仿桃皮绒面料 仿麂皮及人造革 防水透气面料 高保温面料 高吸湿面料 低阻力面料 流体 3 纳米涂料特种印花涂料印染工艺因具有工艺简单 仿色准确 无需水洗等特点 改善原来色浆性能 获得良好效果 4 其他应用方向 1 用于医护人员的抗SARS面具 2 用于汽车纺织品中的吸音纤维 3 用作生物活性培养基 纺织品纳米感应器和微电极的纳米表面 4 与碳纳米管结合生产高性能聚乙烯纤维 5 与电子 化学 物理加工相结合 生产智能纺织品 二 纳米材料及纳米技术在纺织印染工业中的不足 虽然我国纳米材料及纳米技术在纺织印染工业中的应用取