纳米粒子是指粒径一般在1~100 nm之间,介于固体和分子间的亚稳中间态物质。它具 有明显不同于其它材料和单个分子的独特性质--表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏 观量子遂道效应等。这一系列效应导致纳米粒子在光学性质、催化性质、化学反应性、磁性 、熔点、蒸气压、相变温度、烤结、超导及塑性形变等许多方面显示出特殊性能,使其在电 子学、光学、化工、陶瓷、纺织、生物和医药等诸多方面显示出重要价值,引起了世界各国 科学工作者的浓厚兴趣,并取得了许多可观的成果。
到目前为止,纳米材料在纺织工业领域中的应用,主要集中在抗菌、防臭方面,并在抗静电、红外、紫外光的吸收方面得到应用。
1.纳米抗菌、防臭剂。大多数有机抗菌、防臭剂存在耐热性差、易挥发、易分解产生有 害物质,安全性较差等缺点,为此人们积极开发研究无机抗菌、防臭剂。以纳米TiO2为主的抗菌、防臭剂被广泛应用于纺织纤维中。纳米TiO2在阳光尤其在紫外线照射下能自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+),形成空穴一电子对,吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O-2,而空穴则将吸附在TiO2表面的OH和H2O。氧化成HO·,所生成的原子氧和氢氧自由基有很强的化学活性,特别是原子氧能与多数有机物反应(氧化),同时能与细菌内的有机物反应,生成CO2和H2O,从而在短时间内就能杀死细菌,消除恶臭和油污。
2.纳米抗静电剂。化纤的衣物和地毯,由于静电效应摩擦产生放电效应,同时易吸灰尘 给使用者带来诸多不便,一些操作平台、船舱焊接等最怕因静电产生火花而引起爆炸,纳米 微粒为解决化纤制品的静电问题提供了一个新的途径。在化纤制品中加入少量的纳米微粒, 如将0.1~0.5 %的纳米TiO2、Cr2O3、ZnO、Fe2O3等具有半导体性质的粉体掺入到树脂中, 就会产生良好的静电屏蔽性能,大大降低其静电效应,制品的表面电阻值可达到10(8~9)Ω,而大大提高了它的安全系数。
3.纳米紫外线吸收剂。太阳光对人体有伤害的紫外线主要在300~400 nm波段,最近研 究表明,纳米TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3和纳米云母都有在这个波段吸收紫外线的特征。如果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,从而可有效地保护 人体免受紫外线的损伤。
4.纳米红外线吸收材料。人体释放的红外线大致在4~16 um的中红外频段。在战场上如果不对这一频段的红外线进行屏蔽,就很容易被非常灵敏的中红外探测器所发现,尤其在夜间人体安全将会受到威胁,因此研制具有对人体红外线进行屏敝的衣服是很有必要的,某些纳米微粒如纳米Al2O3、TiO2、SiO2和Fe2O3的复合粉体与高分子纤维结合,对中红外波段有很强的吸收性能,对此波段的红外探测器有很好的屏蔽作用。另一重要特性是添加纳米材料的纤维对人体红外线有很强的吸收作用,可以增加保暖性,减轻衣服重量约30 %。
到目前为止,纺织领域中制备的几种纳米材料及纳米复合材料都表现出优良的性能,因 此系统地研究和开发新型的纳米材料和纳米复合材料,极具重要的实际意义。可以预言,随 着纳米粒子生产成本的降低、功能性纳米粒子品种的增多,纳米材料和纳米复合材料将在纺 织及其它工业中获得广泛的应用,其前景远大。
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