自清洁功能面料
自清洁功能面料开发概述
学院：纺织服装学院
班级：轻化101
姓名：杨天宇
学号： 3100302127
自清洁功能面料开发概述
摘要：本文主要介绍了什么是自清洁功能面料、自清洁的机理以及制造自清洁功能面料的几种途径，着重讲述了纳米自清洁面料的现在研究现状，以及在纺织品方面的应用和效果。
关键词：自清洁功能；功能整理；制备途径；纳米抗菌自清洁；纳米光触媒自清洁；光催化
正文：
1、什么是自清洁功能面料
纺织品在人体穿着、使用过程中，不小心会沾水、沾油，而且还会沾污很多汗液皮脂以及其他各种人体分泌物,这些污物不仅影响人们的使用，而且是微生物繁殖的良好环境。随着人们生活节奏的加快,以及追求高质量生活的要求，各类运用不同机理研制出的具有自清洁能力的纺织品应运而生。最早出现的自清洁纺织品，是通过各类拒水拒油整理剂对纺织品进行功能后整理，改变纤维的表面性能，使纤维的表面张力低于水、油的表面张力，使得水滴以及油污无法在织物表面铺展且可以轻易抖落，而且水滴在滑落的过程中还可带走织物表面原有的灰尘,从而达到纺织品自清洁的目的。目前使用较多的整理剂为含氟类拒水拒油整理剂。除此之外，近年来德国科学家揭示了荷叶拒水自洁的原理，并申请了专利。荷叶效应的秘密主要在于它的微观结构,而不在于它的化学成分。它通过在织物表面添加纳米级粒子，提高粗糙度形成纳米级乳头状凸起，达到拒水拒油效果,从而使得织物具有自清洁能力。
2、自清洁纺织品的制备途径
自清洁纺织品的制造途径大体可分为 3 种：光催化；改变纺织品表面结构；纺织品表面改性。光催化是通过在纺织品表面附着 TiO2、ZnO 等具有光氧化催化能力的光催化剂，这类光催化剂在紫外线或阳光的照射下能释放出电子，与空气中的氧气发生反应，产生具有强氧化能力的氧自由基，能使沾附在纺织品上的有机污垢氧化降解，最终形成二氧化碳和水。这类光氧化剂自清洁的条件是需要高能量的紫外线照射，而且作用时间比较长，在紫外线照射条件下一般需要24 h，在日光照射下则需10 d左右，因而这类产品更多地适用于户外场合，如外墙涂料、幕墙玻璃等。通过仿生学改变纺织品的表面结构，使之形成微乳状突出表面
的“荷叶结构”，从而赋予纺织品以优异的拒水效果，是制造具有自清洁效能纺织品的有效途径。该方法采用超细纤维制成超高密度拒水透气的纺织品，或者用硅溶胶类材料及某些金属盐在纺织品表面通过自组装方式形成纳米级沉积物，使之具有微乳状的表面结构，得到具有超拒水性能或抗菌抑菌能力的纺织品，污垢不易沾附或易于水洗去除。这类纺织品具有极大的发展潜力，但距产业化尚有距离。通过纺织品表面改性，使之同时兼具优异的拒水、拒油、易去污、抗静电等自清洁性能，是目前相对成熟、易于产业化的加工方法。
3、纳米自清洁功能面料
3.1、纳米光触媒自清洁
纳米光触媒在纺织领域的应用一直是人们关注的焦点。当纺织品的表面覆盖一层光触媒的时候，在光照的条件下反应所形成的空穴/子对与表面和空气中有机物结合而发生氧化还原反应，可彻底将其氧化成水等无害物质；另一方面，空穴/电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[O]和氢氧自由基[OH]等活性物质。这些活性物质具有极强的氧化作用，不仅能氧化破坏微生物，也可将有机化学污染物完全氧化破坏，从而起到洁净环境和除臭等作用。目前常用的光触媒包括纳米二氧化钛、氧化锌、二氧化硅等。
纳米微粒由于具有高表面能、比表面积大、表面配位不足等特点，当分散到介质中时会发生二次团聚,致使纳米微粒很可能达到微米级，从而失去了纳米微粒所具有的特性。因此团聚问题是影响纳米粒子应用的关键因素，在整理液配置过程中，对其均匀稳定的分散性研究过程起着决定性因素。pH值、分散剂用量、分散方式以及分散介质等因素均与试验结果有关。在利用TiO2光催化剂的光催化体系中，若利用太阳光作光源，有效光的波长是300~400 nm范围内的紫外光，仅占总光能的3%~4%。这主要是由于TiO2是宽禁带半导体材料，其导带-禁带宽度约为312 eV，在紫外光照射下可强吸收，而对可见光的吸收较差。目前为了使其可利用光谱扩展到可见光，提高使用效率,采取的方法包括：金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合等。以半导体复合为例，它能有效提高TiO2光催化系统的电荷分离效果，扩展TiO2光谱响应范围，是提高TiO2光催化性能的有效手段。目前的报道多集中在CdS、ZnO、V2O5等与TiO2复配的光催化剂制备与表征。
关于光触媒产品，目前尚无国家或国际标准。日本由有关科研单位、民间相关厂商等组成了一个自主性机构，光触媒产品技术协议会，制定并公布了相关产
品性能实验方法和性能评价标准。依据该协会制定的产品检验标准，被认定有效的光触媒制品技术必须同时满足以下两个条件：
(1)有机颜料(亚甲基兰)的分解试验把亚甲基兰滴到涂有光触媒产品的器皿上，在一定光照条件下，亚甲基兰必须变色或褪色。
(2)乙醛的分解试验在一定光照条件下，有害气体(乙醛)的减少量(被分解量)必须达到一定标准。光触媒产品须能去除有害气体的70%以上。由此看出，这一标准的实质是判定光触媒产品是否能够有效分解有机物。
3.2纳米抗菌自清洁
现代纺织上一般都采用后整理的方法来提高织物的外观或其他性能，随着人们对健康和环境问题的日益关注，各类无毒无污染的复合功能纺织品的开发和应用得到了迅速发展。人们日益增长的穿着高标准，多要求对针织服装提出了更多更新的服装要求，功能性针织面料的开发及应用是当前针织工业的一个研究热点，如冬季针织保暖内衣大多厚重，清洗困难，多次清洗又会造成服用性能的损失；且内衣在贴身穿着时极易滋生细菌，引起织物的降解和色变，危害人体健康。因此选用复合功能性整理剂同时赋予织物抗菌，自清洁功能，又能保持其原有服用性能，成为一个重要的东华大学硕十学位论文冬季针织物纳米抗菌日清洁复合功能整理及服用性能研究研究课题。现代抗菌或自清洁针织面料的形成常采用功能纤维织造法(将具有两种功能的纱线混纺)或功能助剂浸轧(渍)法同，一般根据针织服装的用途选用某种方式生产具有抗菌、自清洁针织面料。本文采用的方法是功能助剂整理试样赋予其功能性。着纳米技术在纺织应用上的不断发展，纳米级抗菌、自清洁整理试剂也朝着无毒，耐洗的方向进行深入研究。对于抗菌剂的选择,要求其有五个方面的原则：安全性、高效广谱性、持久性、相容伍配性和对服用性能无负面影响。而对己赋予抗菌功能的织物再次进行自清洁整理，其原理是：在织物表面施以能降低其表面能的化合物，整理剂在织物表面成膜，从而获得拒水防油的效果，并且在沾污后容易洗净。本实验使用的抗菌整理剂为多组分纤维制品复合纳米抗菌整理剂，其中含有银!钦!硅等我们熟知的抗菌常用元素，且本身无毒，有较高的安全性能，整理方便；然后再使用有机无机复合自清洁整理剂对针织物试样进行二次功能整理，整理剂成分有机和无机的组合，可以有效解决高浓度纳米整理剂在织物表面的分散和施加技术难题，同时对延长自清洁的时效也有重要的应用价值。
国外品牌尤其注重对服装卫生性和舒适性等功能性的开发和改善。国际上抗菌自清洁复合功能纺织品被日益发展的需求所推动，纺织品的利润和高附加值往往通过后整理来实现。美国棉业公司近来发表通过功能整理来提高性能进行创新，新概念功能整理最重要的是易去污和拒污、拒水、控制含湿、抗微生物、防紫外和其他的如加香织物等。因此，了解目前常用的织物功能整理技术，对企业开发新产品有着重要的借鉴作用。
对付纺织品上存在的微生物，早期的方法是彻底地清洗或沸煮。随着科技不断发展，对织物进行抗菌整理主要有纤维改性法和后整理法两种。前者通过将化学纤维的高分子结构改性和共混改性的方法，将抗菌剂添加到聚醋中制得抗菌纤维。但该方法只能应用于化纤纺织品上，且生产工艺复杂，生产难度高，成品率低，成本较高。后整理法即将具有抗菌功能的化学助剂通过不同方法固结于纤维或织物上，使之具有杀灭细菌的功效。其优点是无论合成还是天然纤维都可以选用此法,通过浸轧、涂覆等方法即可达到抗菌目的。五十年代初开始采用含重金属的化学药品对纺织品进行整理，使化学药品作用于细菌的方法，但由于效果不耐水洗以及重金属对人体有害而很快被淘汰了。于是接连研究只对细菌作用而几乎不伤害人体的整理剂,并要求整理效果耐洗。现有的纺织品抗菌整理范围很广，抗菌剂与微生物的作用方式有：纳米抗菌剂与织物结合后，与细胞膜作用、在新陈代谢的过程中作用或在芯材中作用。其中的阳离子可替换细菌细胞膜上的H+离子，以超氧化能力破坏细胞膜，从而使细胞组分流失造成细菌死亡；氧化剂诸如乙醛、卤素、过氧化物先攻击微生物的细胞膜，或渗透细胞质，对其酶起作用。脂肪醇作为凝固剂，使微生物中的蛋白质结构不可逆地变性。由于发挥抗菌作用的颗粒是纳米级尺寸，随着物质颗粒微细化，这些颗粒可以进入微生物体内，用中断DNA复制的形式组织微生物的繁殖,影响微生物所需基本物质的传输。另外，抗菌剂中有效成分会凝固病毒的蛋白质，抑制病毒活性达到灭活病毒的目的。目前使用较多的抗菌整理剂有以下几种：脱乙酞甲壳素是一种廉价易得的抗菌剂，脱乙酸甲壳质中质子化的氨基能够键合带负电荷的细菌的细胞表面而抑菌。其他化合物，诸如卤化物!异三氮烷过氧化物，作为自由基反应性很高，因为它们含有一个自由电子。季钱化合物、双肌胺和葡糖精肮，表现出特殊的聚阳离子性、多孔性和吸收性能。当应用于纺织纤维时，这些抗菌化学品与微生物的细胞膜结合，使疏油的多糖化物结构断裂，最终导致细胞膜的穿刺和细胞破裂。使用银化
合物是由于其络合作用能阻止微生物的新陈代谢。然而，银对阴性细菌比阳性细菌更有效，但对真菌则效果较差。
3.3光催化纳米自清洁
光催化性是纳米材料的独特性能之一。纳米材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促进有机物的合成或使化合物(有机物,无机物)降解的过程称之为光催化。纳米粒子具有良好的光催化特性,一般认为主要是由2个原因所致：米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分离的能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。这意味着纳米粒子获得了更强的还原及氧化能力，从而提高其光催化活性。对于纳米粒子而言,其粒径通常小于空间电荷层的厚度，在此情况下，空间电荷层的任何影响都可忽略，光生载流子可通过简单的扩散从粒子内部迁移到粒子表面,而与电子给体或受体发生还原或氧化反应针对有机油渍,光催化反应所产生的-OH自由基具有的反应能大大高于油的化学功键能，可将油渍分解为无害的二氧化碳和水蒸气挥发，从而达到消除油污的目的。
由于毛针织服装经常洗涤容易起毛起球和变形,既影响穿着效果又影响美观，因此，研究与开发出纳米自清洁毛针织服装生产工艺与产品，具有较大的实际意义，产生较大的经济效益与社会效益。
纳米自清洁整理剂的制备,其重点是寻找合适的分散剂和最佳分散工艺将纳米粉体进行充分的分散。纳米微粒由于表面能高、比表面积大、表面配位不足等因素，当分散到介质中时会发生二次团聚，致使纳米微粒很可能达到微米级，从而失去了纳米微粒所具有的特性。因此，纳米材料的充分分散是保证其发挥特有功能的根本前提。在本课题的实验过程中，首先从理论上分析影响纳米微粒分散的主要因素，然后以理论分析作为依据，通过选择合适的分散剂和分散工艺使纳米微粒的分散达到最佳状态。纳米微粒的充分分散与pH值、分散剂用量、搅拌方式以及分散介质等因素有关。
4、结果与讨论
通过查阅中国知网大量文献，了解了自清洁功能面料目前的大概发展现状，对纳米自清洁功能面料研究进行了较深入的了解，有了更全面的认识。作为现代高新技术的研究热点之一，纳米技术在纺织工业上也有着广阔的应用情景，在抗菌、自清洁等方面都有着广阔的应用前景。目前，国内外都对自清洁功能面料的
研究具有很大热情，在可预见的未来，自清洁功能面料在纺织品上的应用会越来越广泛、深入，也必将受到广大消费者的欢迎。但不得不承认的是，自清洁功能面料目前的发展现状还是比较落后的，处于起步阶段，各方面的研究还很粗糙，所以作为纺织人，我们需要投入更大的热情，为纺织行业再创辉煌，造福人民。
参考文献：
[1] 王建庆，李戎纺织品的多功能自清洁整理纺织学报 2011
[2] 奚卿物纳米抗菌自清洁复合功能整理及服用性能研究东华大学硕士学
位论文 2010
[3] 何艳芬，孟家光毛针织服装的纳米自清洁整理毛纺科技 2006
[4] 张路遥，张健飞，杜袆伟米光触媒自清洁纺织品及其标准化评价山东纺
织科技 2007
手机：182********