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看纳米技术在染整生产上的应用与开发
集萃印花网  2009-11-11

    【集萃网观察】自从德国波恩大学生物学家Wilhelm Barhlott l997年揭开荷叶效应(Lotus-effect)之谜以来,皱合纳米技术以及高分子聚合物技术的迅猛发展,1998年美国Burlington公司采用Avant Garb公司Soane Danid博士开发的新技术之后 ,一项被誉为挽救美国纺织工业频临灭顶之灾的新技术和新产品应运而生,Burlington公司执行主席George Henderson果断地收购了Avant Garb公司,并成立新的Nano-Tex公司,专事纳米纺织品技术的开发,迄今己有五大系列的高新产品投放市场,取得了"辉煌"的成就,扬言要成为lntel第二,在全球建立统一的Nano-Tex商标,要在通过签订生产许可证生产的每一疋布和每一件服装上,挂上Nano-Tex的商标,目前在美国、欧洲,已有许多工厂与之签订生产许可证,从事纺织品及服装生产加工,日本ITMC公司(International Textile Managememt Consulting)亦已签约,承包日本国内的推广应用,预计明年此项技术的产品,将有更大发展,波及全球。

    现将Nano-Tex公司己经公开,并且投入大批量商品化生产的五大类产品的性能作一简要介绍:

    一、Nano-Care,另一代耐洗50次的休闲整理 (Carefree Finishing)

    这种技术生产了一种休闲纺织品(entirely Carefree fabric)具有抗皱、防缩、拒水、拒油性能,用于诸如棉和亚麻等,适合作衬衫、裤子面料等的整理,这是第一代洗可穿(ease-of-care)尺寸稳定性整理,它比以前只给予抗皱、防缩的方法进了一步,克服了以前处理后织物强力下降,特别是撕破和耐磨强力的下降;手感发硬和变得粗糙等的缺点,Nano-care处理后,不影响织物的透气性和手感,并且耐久性也有提高了,能经受50次洗涤 (AATCC标准的家庭洗涤法),同时赋予优于通常方法的拒水和防污性能,洗涤20次后,仍保持泼水性80分,防油水平4级。

    具体加工方法可参阅:

    l)USP.20020120988 Abrasion-and wrinkIe-resistant finish for textiles.

    2)USP.2002012289O Water-repellentand soil-resistant finish for textiles

    二、Nano-Pel耐洗的拒油、拒水整理

    这一防水拒油整理的纳米技术,主要应用于棉、亚麻、羊毛和丝等天然纤维,也可用于如聚酯、尼龙和腈纶等合成纤维,特别是应用于天然纤维,可以获得非常卓越的耐久拒水、拒油性能,使泼到织物上的水或油,成为水珠或油珠,从织物上滚落,不渗透入织物内部,并且保留原来的手感和透气性,Nano-Pel处理后的棉织物,能经受50次洗涤,洗20次后,功能性水平仍维持在拒水80分,拒油4级,施加于羊毛或亚麻时,能耐干洗20次,与通常方法处理的相比,更显特色,因为通常处理的几乎没有耐洗性,需要通过熨烫,滚动烘干 (tumbledrying)等热处理后,才能重新激发拒水、拒油性能,Nano·PeI在美国应用于商品生产,到目前为止已经扩展到室内装饰领域,被套料 (如床垫等)和家用服饰 (围裙等),和Nano-Care同法处理,可作休闲服等,更具有广阔市场。

    具体加1方法可参阅:

    l)USP.6380336 Copolymers and oil-and-water-repellent composihons eontaining them

    2)USP.2002012289O Water repellent and soil-resistant finish for textiles

    三、Nano-Dry合成纤维的亲水性整理

    这是一项亲水性整理技术,它能提高合纤织物的吸湿性能,和穿着的舒适性,并能耐50次以上家庭洗涤,对于聚酯和尼龙外衣领域是一巨大贡献,前景看好,聚酯的亲水性整理,一般应用聚乙二醇聚合物,Nano-Dry技术处理的织物,比它耐洗得多,并且不会导致深颜色织物上染料的泳移,希望能应用于尼龙,因为尼龙还没有耐久的亲水性整理。运动服及内衣,需要能吸汗,手感变化少,不变色,美国BurIington公司已开始大量生产用聚酯微纤维制成的Nano-Dry厚织物,用于缝制套装和长裤,很受欢迎。并且为了降低生产成本,BurIington公司在香港的海外分部 (BurIington’s over sea out-sourcing divisions)己经开始在中国的工厂及周边地区生产Nano-Dry织物,从大多运动服制造商取得丰厚的回报。

    具体加工方法可参阅:

    USP.6379753 Modified textile and other materials and methods for their preparation

    四、Nano-Touch使织物具有合纤及天然纤维两者的优点

    这一整理技术是在合成纤维外面,包复一层耐洗的纤维素材料,纤维素外壳和合纤芯子一起,形成一同中心的结构(concentric struture),从而全面解决合成纤维的缺点,诸如;疏水性、易带静电、一种合纤特有的冷湿手感,以及耀眼的光泽等。能耐50次家庭洗涤,它的抗静电性能己超过纯棉织物。在Burlington公司开始投入批量生产后,美国一家主要裤子制造商,九月份大量投放市场,Nano-Touch增强了裤子的销售。Nano-Touch技术有希望消除导致对超细合纤需求的衰退因素,应使其复苏和拓宽现有合纤的用途:

    1)超细和高捻度的纤维素包复的聚酯和尼龙织物

    通常棉纱都只能纺5支到120支范围内,而Nano-Touch技术开创了一个全新的领域,应用超细聚酯或尼龙纤维,可以达到300支到500支,甚至是1000支。因为把棉纤维加捻得很紧十分困难,因而用途受到限制——夏天内农用的皱纱、薄纱很少。然而应用的范围却很广,从日前紧捻聚酯复合的领域;包括皱纱、罗缎、软缎以及超紧捻的薄纱、乔其纱和双-乔其纱等,这些机织的紧捻聚酯,虽然一度把真丝产品挤开,逼至绝路,然而由于它们不吸水,非天然纤维的视觉和触觉,以及由于易带静电而导致的粘附性等缺点的存在,需求已急骤下降,Nano-Touch技术带来的优越性能,使这些合纤产品又得到了复苏。

    2)超轻的,纤维素包复的腈纶纤维

    腈纶的比重在1.17-1.4旦,比棉纤维 (比重1.54)轻24%,Nano-Touch技术为纤维素纤维的用途打开一条新的通道,通过用纤维素包复的腈纶纤维,可提供各种超轻产品,腈纶纤维最大的缺点是不吸水,高静电性以及有一点非天然纤维的蜡质似的视觉和触觉,Nano-Touch技术终于使这些缺点全部解决。而纯棉做成厚的运动衫时,它的缺点是太重,湿后更重,水气排除特别慢,不是最适用的材料,现在腈纶纤维用Nano-Touch技术处理后,可以同时消除腈纶和棉二者不受喜爱的性能,给各种超轻的纤维素织物铺平了新的路径。

    具体加工万法可参阅:

    WO O2059404 Method of producing Cellulosic Sheaths around fiber of textiIes and textiles produced there by

    五、Nano-Press高耐久尺寸稳定性的纯棉织物

    通常的形态记忆和尺寸稳定性整理的最大缺点,限制了 100%纯棉织物更广泛的应用,处理后的强力更使这种情况恶化,特别是纬纱的断裂强力只有原来的35-60%,使其在机织薄织物,如100%纯棉夫绸等的应用上显得更不适应,不得已只好采用80支/2取代纬纱,或进行液氨整理,但仍未找到一个最合适的解决方法。Nano-Press技术能保持纬纱强力接近原来水平,或者还稍有提高。另外,通常方法的另一个缺点是耐曲磨性能极低,因而使纯棉裤子的摺边很容易就穿坏了,而Nano-Press的耐磨性能显著提高了,比没有处理的提高七倍以上,虽然在经、纬纱强力方面比通常方法的提高不多,但是Nano-Press还不失为是一项革命性的创举,它打开了原来关闭着的大门,使棉的薄织物能够进行尺寸稳定性整理,解决了耐曲磨性能低下的这一致命缺陷,目前正准备应用于商品化生产,希望能和Nano-Care一起,导致尺寸稳定性的第二次革命。

    具体加工方法可参阅:

    l)USP.20020120988 Abrasion-and wrinkle-resistant finish for textile.

    2)USP.20020160675 Durable finishs for textiles,

    以上简要介绍了迄今为止己经发布的Nano-Tex产品的特性,从该公司已经申请并公布的专利内容来看,应该很快还会有许多应用纳米技术的功能产品将陆续问世,涉及防紫外线,杀菌,防臭,温控,保健,防辐射,变色,染色,香味等等方面。

    从Nano-Tex公司介绍的五大类产品来看,与目前常规生产的产品比较,主要有这样几个方面的突破。

    1)提高了功能性整理的耐洗性,从己发表的专利资料看,主要有这样一些措施:

    在功能性整理剂上,接上能与纤维材料起共价键结合的反应性基团,如马来酸酐,其反应模式如下图所示:

    2)提高了耐久压烫整理的手感柔软性及抗撕破/磨损性能

    主要措施是在耐久压烫树脂溶液内加入了一种"树脂-反应性改性剂"(Resin-reactive modifier),它能赋予纺织品柔软的手感及提高抗撕破/磨损性能,此种改性剂含有能与耐久压烫树脂形成共价键的反应性基团,它在进行织物处理时,能和耐久压烫树脂形成共价键结合,所以当树脂与纺织品形成共价键结合时,把它也牢牢地固着在织物上,提高了它的耐洗性,它们可以从含有异戊间二烯,氯丁二烯,丁二烯,乙烯,异丙烯,氧乙烯,异丁烯,丙烯,氯乙烯聚合物及苯乙烯和丁二烯的共聚物,以及它们的共聚物中筛选,主要从含有丁二烯或氢化丁二烯 (每一分子至少含有一个羟基)的聚合物中筛选。

    3)在合成纤维外面包复纤维素外壳,使具有棉与合纤两者的优点,克服二者的缺点。

    其主要方法是用一种可溶性碳水化合物的水溶液,加上交联剂及催化剂处理合纤织物,然后加热使碳水化合物的单体或聚合物在交联剂的帮助下,彼此相互交联,形成复盖层外壳,包复在合纤的表面。

    所用可溶性碳水化合物可为;改性棉、糊精及其衍生物,淀粉,甲壳质,羧甲基纤维素,羟乙基纤维素及褐藻酸等。

    所用交联剂主要是聚羧酸或羟甲基化合物。

    催化剂主要是次亚磷酸钠或氯化镁和铝盐。

    另外,还可在纤维素水溶液内加入诸如;色素、金属胶体,磁性化合物,红外线吸收剂,阻燃剂,防静电剂,气味吸收剂,紫外线阻断剂符物质,赋予织物各种不同的功能特性。

    4)通过制成纳米微粒 (微胶囊)把各种所需的功能性材料,装在微粒内,而在微粒外壳上,接上能与纤维材料起共价键反应的活性基团,这样就可以制成具有各种功能性的耐洗纺织品。

    除了美国的Nano-Tex公司之外,瑞士的Schoeller TextiIe公司把荷叶的自洁效应和纳米技术相结合,应用于纺织品的后整理,开发了“纳米球”技术(Nano Sphere),获得了瑞士200l年纺织品设计奖。该产品具有拒水防污自洁效应,(由于该公司申请的专利,涉及这方面的,都不对外公开,所以详细内容不清楚).

    从网上查到的资料看,除此之外,该公司与相转移材料供应公司Frisby联合开发的温控产品较多,例如:

    1)Schoeller Comfotemp fabric,其特点是能起温度平衡作用,透湿(moisture manegement),透气 (active breathing),是取代皮革,制作摩托车服装的首选材料。

    其它还有许多把相转移温控材料用于手套、鞋子、帽子、各种服装以及床上用品的产品。

    2)3X dry,是另一种"良好触感的技术"(feel-good technology),它具有三项功能:

    第一,能很快将湿气传送出去,蒸发掉,保持里面干燥。

    第二,应用它作外衣,明显比其它材料快干,在运动之后,如果汗液不能被衣服吸收,冷了就会发抖,但它不会。它洗了之后,也干得较快。

    第三,它表面拒水,防污,并且透气性良好。

    我国在中科院及清华大学等院校的技术支持下,先后也开发了一批纳米纺织品,例如:

    1)纳米领带,由中科院与某领带制造商开发,有耐久的拒水、拒油性能,具有自洁性。

    2)纳米毛巾,由优质纯棉制作,经高新技术、纳米材料复合整理制成,具有广谱的抗菌性能,和良好的耐用性,洗涤100次,抑菌率仍达90%,获山东省科技进步奖。

    3)纳米丝绸,由华源集团推出,是将纳米技术应用在蚕丝上,使纳米胶溶于纤维孔隙及织物表面,既保持了真丝的天然保健性,又具有润肤,养颜,抗衰老和防紫外线辐射等功能。

    4)纳米毛料,是三毛集团采用纳米技术开发的新面料,在保持毛织物原有性能不变的基础上,提高防水、防污性能,并具有杀菌,防辐射,防霉等特殊功能,基本上不用洗,用水一冲即可,节水,快干。

    5)双疏面料,由世纪纳米纺织科技发展公司和中科院化学所研究开发,处理后织物具有疏水性和疏油性,保持织物原有特性不变,不含对人体有害的化学成份,己进入产业化阶段,一米普通面料加工成纳米面料,加工费约为20元,据说有意首先供作军警制服。

    综上所述,均为作者从网上获取的信息,因有感纳米技术溶入染整加工后,带来产品性能的巨大变化,故不揣孤陋之慊,权作一回"野叟",有谬误之处,希不吝赐教!

    最后,衷心希望国内的纳米纺织品开发能在深度、广度和产业化等方面取得更大成就,为造福人民大众,作出更大贡献!

    来源: 印染在线   作者:王焕祥

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