納米技術是20世紀80年代末期崛起的一門高新技術，在機械、電子、材料、光學、化工、醫藥等許多領域正得到廣泛的應用。作為現代高新技術研究的熱點之一，納米材料在紡織領域也有著廣闊的應用前景，如何利用納米材料的特殊性能改善紡織品的功能和特性，開發新材料，開發新產品是目前紡織工業面臨新的機遇和新的挑戰。筆者僅從納米材料的特殊性能出發，介紹納米技術在紡織領域的應用，供同仁。
1納米材料的特性納米是度量長度的單位，1納米等于十億分之一米的長度（1nm=10-9m），一個原子約為0.1nm.納米材料是一種全新的超微固體材料，它是由納米微粒構成。納米技術是納米尺度上的工程學，就是在0. 100nm的長度范圍內對物質和材料進行研究處理，其最終目標是直接以單個原子和分子來制造有特定功能的產品。
100nm之間的粒子稱為納米顆粒，它是由數目極少的原子或分子組成的原子群或分子群，介于宏觀物質和微觀原子與分子中間的領域，是一種典型的介觀系統。其占很大比例的表面原子是既無長程序又無短程序的非晶層；而在粒子內部，存在結晶完好的周期性排布的原子，不過其結構與晶體樣品的完好長程序結構不同。正是納米微粒的這種特殊結構，導致了納米微粒具有獨特的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和量子隧道效應，并由此產生許多完全不同于常規材料的光學、力學、熱學、磁學、化學、催化活性、生物活性等獨特的功能和特性，這些都引起了國內外科學家的高度重視11 2納米材料在紡織領域的應用納米微粒的這些獨特性質，為其廣泛應用奠定了基礎。例如，納米微粒有特殊的抗紫外線、吸收可見光和紅外線、抗老化、高的強度和韌性、良好的導電性和靜電屏蔽效應，較強的抗菌防臭功能以及吸附性能等。通過把具有這些特殊功能的納米微粒與紡織原料進行復合，可以制造出全新的紡織材料，大大地改善織物的功能。
2.1在紡織原料方面的應用2.1.1抗菌纖居將某些具有一定殺菌性能的金屬離子（如納米銀離子、納米銅離子）與化纖復合紡絲，可紡制出各種抗菌纖維，該抗菌纖維比一般的抗菌織物抗菌效果更強，耐洗次數更多。例如，國家超細粉末工程中心研制的超細抗菌粉體，可以制備抗菌樹脂，對各種細菌、真菌和霉菌能起到抑制作用。這種抗菌粉體的核可以是硫酸鋇、氧化鋅等納米顆粒，外包覆銀用于抗菌，外包覆氧化銅、硅酸鋅用于抗真菌。在合成纖維中加1%的該抗菌粉體就能得到可紡性良好的抗菌纖維。
1.2抗紫外纖居成的功能，但同時也會加速人體皮膚老化及加癌變的可能。不同波長的紫外線對人體皮膚的影響見表1.表1不同波長的紫外線對人體皮膚的影響波段波長/nm對皮膚的影響生成黑色素和褐斑，使皮膚老化、干燥且皺紋增加產生紅斑和色素，經常照射有致癌危險穿透力強，可影響白細胞，但大部分被大氣臭氧層吸收多種納米材料對紫外線都有屏蔽作用，如Ti2、ZnO、Si2等，其基本原理是由于其禁帶寬度在3.2eV，可以吸收波長等于388nm的紫外線。其中前兩者只能針對UV-A和UV-B波段，后者則在UV-A和UV-B的波段范圍內對紫外線的反射率高達85%，并在紫外線和可見光范圍內出現一個很長的高反射平臺。當前主要的抗紫外線功能性纖維有滌綸、腈綸、錦綸、粘膠等，制成的抗紫外線服裝主要有運動衫、游泳衣、野外工作服、夏裝、遮陽布等。
2.1.3遠紅外輻射纖居將某些納米級陶瓷粉體（如氧化鋯單晶體、遠紅外負氧離子陶瓷粉體）分散到熔融紡絲液中，再紡成纖維。這樣制成的纖維能有效吸收外界能量，并輻射與人體生物波譜相同的遠紅外線。
這種遠紅外輻射波不僅極易被人體吸收，而且還具有很強的穿透力，能夠深入皮下，使皮膚深部組織發熱從而產生共振效應，有活化生物細胞、促進血液循環、加強新陳代謝、強組織再生等保健作用。
2.1.4抗靜電及導電功能纖居近年來在納米材料的發展中，最引人注目的是納米碳管的研究及應用。納米碳管是由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫微型管狀物，外徑為長度依制備方法從1nm~100nm不等。納米碳管具有非常優良的導電性能，經測定其導電性能甚至高于銅，將其作為功能添加劑，使之穩定分散于化纖紡絲液中，在不同的摩爾濃度下可以制成具有良好導電性能或抗靜電的纖維和織物。另外，超細ATO（銻摻雜的二氧化錫）也具有良好的導電性能和耐候性，廣泛應用于制備抗靜電功能纖維2.1.5高強度高模量纖居具有非常好的力學性能，將其用作復合添加劑，在航空航天的紡織材料、汽車輪胎簾子線、軍事服裝等紡織材料方面有很大的發展前途。另外，納米粘土與聚合物復合后，也可大大提高材料的強度和模量，利用納米粘土的這種功能，將其與聚酰胺插層聚合開發錦綸納米功能纖維，可使纖維的強度和模量都大大提高。但纖維的紡絲性能沒有明顯的改變。我國是粘土儲藏最豐富的國家，而且粘土價格低廉，可以預計粘土將在紡織工業中有更好的應用前景。
1.6抗電磁波纖居在合成纖維中加入納米級的Si2，可以制得高介電絕緣纖維。近年來，隨著通訊、家用電器業的不斷發展，手機、電視、電腦、微波爐等的使用越來越普遍，電磁場存在于所有的用電設備周圍，電磁波對人體的心臟、神經以及對孕婦、胎兒的影響己有明確的結論。據報道，美國、日本、韓國等己有此類抗電磁波的服裝上市，國內采用納米材料制備抗電磁波纖維的研究也在進行中，目前己有相關的產品。
1.7仿生纖居人類在生物學和仿生學等領域的研究己經從細胞、染色體等微米尺度的結構深入到納米尺度的范圍（DNA分子的直徑為2nm），特別是應用納米生物技術對蜘蛛絲的研究和利用己取得了許多成果。蜘蛛絲是目前人類所了解到的自然界中最堅韌且有較高彈性的纖維之一，科學家們利用納米生物技術測定了蜘蛛絲蛋白的DNA排序后，找到了能產生這種蜘蛛絲的基因，并部分復制了這些基因，然后將這種基因植入細菌體內，培育出了一種能產生蜘蛛絲蛋白的細菌。含有這種基因的細菌所產生的蛋白質與蜘蛛絲的蛋白質相同，可以拉成絲，因此可以利用這種方法生產蜘蛛絲，它的強度是鋼的5倍，伸長為33%，同時還具有良好的彈性。
2在紡織漿料中的應用◎納米材料娜具有超強、高硬納米碳管所publis能。區分是否為納米漿料主要考慮兩方面bookmark1納米材料加入組合漿料以后，稱之為1‘納米漿料“。”納米漿料“就是指用無機填充物以納米尺寸分散在有機聚合物漿料基體中所形成的有機/無機納米復合漿料。在納米復合漿料中，分散相的尺寸至少在一維方向小于100nm.由于分散相的納米小尺寸效應，較大比表面積的強界面結合，納米漿料因而具有了傳統漿料所不具備的性用于多種纖維，整理后產品抗菌性能均1勻而持久。ublis盛各種0筧爨鐠料。
有一個界面在納米范圍；納米漿料中作為納米無機相的材料蒙脫土，也叫膨潤土，是一種天然的粘土礦物，其組成為層狀硅酸鹽，它的結構片層是納米尺度，包含一個鋁氧八面體亞層，亞層之間通過共用氧原子以共價鍵連接，結合極為牢固，整個結構片層厚約為1nm，長寬約100nm.由于鋁氧八面體一層中的部分鋁原子被低價原子取代，片層帶有負電荷，過剩的負電荷靠游離于層間的Na+、Ca2+和Mg2+等陽離子平衡，因此容易與其他有機陽離子發生交換反應生成有機化蒙脫土，有機蒙脫土能進一步與單體或聚合物熔體反應，在漿料糊化過程中就有剝離為納米尺度的結構片層均勻分散到漿液中，這種漿液就是“納米漿料”。
2.3在后整理技術方面的應用2.3.1納米助劑對于棉、毛、絲、麻等天然纖維，尤其是對棉纖維來說，采用納米材料進行功能化加工是正在開發中的新技術。由于以棉纖維為代表的天然纖維在抗紫外線性能方面存在先天不足，又無法像化纖那樣將納米材料直接施加至纖維內部，因此只能用后整理的方法來彌補。例如，納米氧化鋅微粉具有優越的抗菌除臭功能，將納米氧化鋅微粉制成功能助劑對天然纖維進行抗菌整理，可以獲得性能良好的抗菌織物。用納米助劑浸軋的織物主要用于襯衫、T恤、帽子、男女休閑服等要求穿著柔軟舒適的服裝面料。
納米涂層目前紡織涂層加入的最細顆粒是微米級的，如陶瓷粉（顆粒細度在100nm~1000nm范圍內），將納米材料加入到織物整理劑中，采用后整理的方法與織物結合，可制成具有各種功能的紡織品，且涂層更加均勻，但整理劑與紡織品之間一般不是化學鍵連接，因而耐洗牢度較差，功能不持久。例如，將硫酸銅溶解于適當的溶劑中，利用化學還原劑將二價銅離子還原成銅原子，一層一層地沉積在滌綸織物表面，形成納米結構的金屬薄膜，類似于銀鏡反應。用這種織物可制成各種電磁波屏蔽材料，對高頻電磁波的反射率可高達99.99%.另外，對于抗菌性要求高而手感要求不高的紡織品，也可采用涂層整理法，使納米材料在織物表面形成柔軟的功能性涂層，該方法廣泛適2.3.3納米接枝接枝技術主要用于天然纖維紡織品的后整理，其優點在于使紡織品具有永久性功能。采用接枝法將納米材料“接枝”到棉纖維上有兩種技術路線：將對納米材料有很強配位能力的有機化合物接枝到棉纖維上，制成簡單的有機分子模板，再將納米團簇組裝到棉纖維上。
制備納米微粒時，用可接枝到纖維上的化合物作為捕獲劑，使納米微粒通過捕獲劑進行表面修飾形成團簇，再把團簇接枝到棉纖維上。
接枝技術可分為化學法和物理法兩種，化學法接枝主要有利用光敏劑引發接枝和氧化還原系統引發接枝（過硫酸鹽引發劑）；物理法接枝主要采用低溫等離子體技術。
納米染色一些合成纖維因為染色困難而限制了作為服裝面料的使用范圍，如聚丙烯、聚乙烯醇纖維以及超強聚乙烯纖維。有些纖維則必須用載體染色，這樣對環境造成的污染很大。在這些纖維的合成過程中就添加少量能與染料發生反應的功能性納米材料，就可以加纖維的著色區域以改善纖維的染色性能。
2.4自清潔納米界面紡織材料根據荷葉拒水自潔的現象，經高倍顯微鏡觀察，人們發現其表面具有雙相結構，荷葉表面的乳瘤直徑為5nm~乳瘤表面還有一層更微細的納米級尺寸的毛絨結構，遇水時水滴無法與材料表面形成全接觸，再加上毛絨表面的蠟質存在，水滴自然不能浸潤荷葉的表面，所以材料特殊的表面微觀結構影響其吸附性能。具有基本拒水性能的纖維材料，其表面應存在納米級幾何尺寸的粗糙凹凸二維構造，才能拒水拒油。根據這一原理，對纖維表面進行仿真處理，使之產生大量極端微細的凹凸不平，使紡織品在使用過程中能保持清潔狀態，具有防水、防油、防霉等效果，洗滌時用水一沖即可，省時方便，還有利于環境保護，節約水資源，可用于各種民用及產業用紡織品。
現代研究證明，Ti2納米微粒受紫外線激發，具有較強的光催化和氧化降解特性，在光照下能將吸附在微粒表面的碳氫化合物和灰塵等臟物分解，利用此效應和上述荷葉拒水自潔原理，可制中科院化學所的科研人員將Ti2納米微粒噴涂在材料上，形成的特殊界面可使材料表面呈現出超常的雙疏性（疏水和疏油），由此開發出超雙疏性功能的納米界面材料。其基本原理就是在特定的表面上建造納米尺寸幾何形狀互補的界面結構，由于納米尺寸低凹的表面可使吸附的氣體原子穩定存在，所以在宏觀表面上相當于有一層穩定的氣體薄膜，使油和水無法與材料的表面直接接觸。經過這種界面材料技術處理的各種紡織面料可顯示出卓越的拒水和拒油性能，而對纖維原有的理化性能如纖維強度、染料親和力、透氣性等均沒有影響，甚至還能加殺菌、防輻射、防霉等特殊效果，這將會改變人們使用洗滌劑洗衣的習慣。
2.5納米光敏微粒在紡織面料領域的應用熱敏染料是發色基團隨周邊溫度變化而變異的染料，現在專家們正在利用納米顆粒的光學特性來研制所需的各種光敏染料。納米光敏染料對各種不同波長的可見光敏感，因此可以感知周邊環境的顏色并作出相應的調節，同時改變自己的色澤，變成與周邊環境一致的保護色。利用它的這種特性，將這種光敏染料植入纖維內部，制成的服裝就具有了可以調節成與周邊環境一致的隱蔽色功能。
2.6半導體納米微粒光觸媒材料在印染行業污水處理中的應用國內外對半導體光催化氧化法處理染料廢水的工作己經進行了一系列深入的研究，并取得了一定的進展，在光催化氧化降解機理方面的研究也取得了一些成果。例如，用納米尺寸的Ti2作為印染污水處理的光催化劑時，主要吸收激發波長為385nm（紫外波長）以下的光進行氧化還原反應。當吸附在納米微粒表面的染料分子吸收可見光后，會產生電子躍遷而生成激發態，被激發的染料分子向納米級Ti2微粒的導帶注入一個電子，染料分子生成正碳基自由基，在空氣或氧氣存在下，生成2自由基，繼而生成HOO自由基，這些高活性的自由基再進攻染料分子，誘導進一步的氧化還原反應，最后生成CO2.染料類化合物作為一種高效光敏催化劑能將Ti2吸收光的范圍由紫外光區延伸至可見光區，這不但有效提高了光催化劑的催化活性，而且能直接利用太陽3結語納米材料科學是原子物理、凝聚態物理、膠體化學、固體化學、配位化學、化學反應動力學和界面科學等多種學科交叉匯合而出現的一門新學科。納米材料在紡織領域的應用提高了產品的科技含量和附加值，對于化纖工業生產高技術、功能性、環保型產品，改進并提高天然纖維紡織品的使用性能，擴大應用領域，提高我國企業在國際市場上的競爭實力具有重要的意義。
21世紀紡織科技的發展趨勢是將高科技與經濟文化發展緊密結合，開發功能性紡織品，融舒適、休閑、保健為一體，己成為當今世界紡織品發展的主要潮流，在此潮流中，納米技術有著不可估量的潛力。目前，各國政府都投入了大量的人力、物力和財力開發新型的納米復合材料，我國政府也把納米材料的研究列為1用對紡織工業而言，既是挑戰又是機遇，各高校、科研機構及產業界應盡快采取措施，加強納米材料在紡織領域的應用，給傳統的紡織業注入新的活力和生機。 |