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化纤用纳米材料应用概述

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近年来，纳米材料的理论和应用研究已取得了重大突破，纳米材料因其特殊的催化活性、强磁性。高光学吸收性、奇特的电学性及卫生保健等特性，已在化纤材料的开发中发挥出越来越重要的作用。作为化纤用的功能性添加材料，纳米材料的种类已越来越多。(
1.纳米碳管
    纳米碳管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝微型管状物，具有高强、耐磨、抗静电、高吸附功能。采用直流电弧法制作的纳米碳管，外径20 ￣ 30um，内径1 -3um，长度lum左右，长径比100￣1000。
    纳米碳管是非常优良的导电体，导电性优于铜材，可作为功能添加剂均匀地分散于化纤纺丝液中，在不同的浓度下，可以制成具有良好导电性能或抗静电的功能性纤维或织物；纳米碳管重量轻、弹性模量高，可作为制作高强高弹纤维的复合添加剂，纳米碳管还具有优良的耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性和耐高热性，作为添加剂可使材料的耐磨性明显提高；纳米碳管作为复合添加剂用于纤维和织物，在工业用纺织材料（如航天航空的纺织材料、汽车轮胎帘子线等）领域有着很好的发展前景。此外，纳米碳管可吸附大小适合其内径的任意分子，可用来制造高性能的过滤材料和用作污水处理的高效吸附净化剂；纳米碳管还具有良好的吸波性能，用含纳米碳管粒子的纤维制作的织物具有比一般吸收材料高得多的光吸收率，因此纳米碳管可用于制作特殊用途的吸波防反射织物如军事隐形织物）等
 2.二氧化钛
    二氧化钛纳米材料是一种稳定的无毒紫外线吸收剂，通常可被均匀地分散于高分子聚合物材料中，并利用其对紫外线的吸收作用，有效阻止高分子链的降解，减少自由基的发生，从而达到耐日晒、抗老化的效果。由于该类无机紫外线屏蔽剂外观为白色超微细粉末，粒径均匀，比表面积大，与纤维的亲和性强，添加量小，对光吸收很强。因而作为添加剂制成的抗紫外化学纤维或织物，不仅可全面抵御UV－ A、UV-B对人体的伤害，而且还能反射可见光和红外线，具有遮热功能。
    此类纤维制成的织物手感柔软，透气凉爽。从目前国外采用上述纳米材料研制生产的抗紫外线化纤品种来看，其织物可广泛地用来制作遮阳伞、篷布和野外工作者的防护服装等。此外，二氧化钛纳米材料的另一个重要作用是作为高效催化剂。由于二氧化钛类的催化剂晶体结构不完善，相对而言键态失配情况严重，因而存在着大量的活性中心，而这些活性中心在高分子聚合反应体系中可起到高效催化作用。据报道，纳米级胶态金属的催化速度可比非胶态催化剂的催化速度快100倍。
    3.纳米氧化锌
    纳米氧化锌是具有抗菌、抑菌、除臭功能的纳米材料。纳米级无机抗菌剂具有热稳定性好、功能持久、安全可靠的特点，可以共混或复合引入化纤中，制成抗菌化纤。无机抗菌剂常用的有纳米银粒子、铜粒子和银系抗菌剂和光催化抗菌剂。纳米氧化锌光催化杀菌剂，不仅能将细菌清除，同时还能将细菌分泌的毒素分解掉，是前景广阔的新型抗菌材料。上述抗菌功能纳米粒子可作为添加剂加到涤纶、丙纶、锦纶等化纤中，赋予各类纤维及其织物抗菌、抑菌、除臭功能。
    4.金属氧化物
    具有远红外线吸收功能的金属氧化物纳米材料通常有氧化铝氧化镁、二氧化硅、氧化锌、三氧化二铝、三氧化二锑等。以上述远红外纳米材料为添加剂制成的各种远红外纤维（尤其是远红外丙纶纤维），具有优良保健理疗功能、热效应功能和排湿透气抑菌功能，这类功能纤维的织物，能吸收人体自身向外散发的热量，并能再向人体反射易吸收的波长为4－14um的远红外线， 从而可使人体皮下组织中血流量增加有效地改善人体微循环。远红外纤维除了具有反射功能外，还兼有抗可见光、吸收红外线和屏蔽紫外线等功能，因而主要用于保健制品、野外工作服、遮阳伞及装饰用布等。
    5.奇冰石纳米复合粉
    具有负离子功能的奇冰石纳米复合粉是由多种天然矿石进行深度加工，并添加纳米二氧化钛等纳米粉体制成。它添加到化纤中，可以制成具有多种保健功能的奇冰石纤维。奇冰石纤维可以产生空气负离子，发射远红外电磁波，并且释放人体需要的微量元素，因而其织物可广泛用于制作室内装饰布、服装以及汽车内装饰物等。
    二氧化硅、炭黑、二氧化锡、氧化锌和二氧化钛等白色纳米粉体，通过与成纤高聚物混合纺丝或通过吸附法及浸渍法覆盖于纤维表面上，可制成白色导电纤维织物，主要用于防护服、工作服和装饰性导电材料。
    6.铅粒子
    通常即使是低当量的X射线和γ射线，一旦人体受到照射后， 就会产生不可恢复的损伤。采用防辐射功能的纳米粉体（如铅粒子）添加到聚合体中进行共混纺丝，可制成具有防辐射功能的纤维材料。
    7.磁性合金粒子
    具有磁性功能的纳米材料（由铁、钴、镍等金属与铝、铜、铂中的一种以上的物质组合）在与聚合物共混后，经纺丝可制成具有一定磁场强度的磁性化学纤维。通常这类纤维主要用于磁性卫生保健用品。
    8.硅晶粒子
    多孔质硅晶纳米材料通常可发出耀眼的蓝光，通过共混可将该材料添加到聚合体中制成发光的纤维材料。
    10.三氧化二锑
    纳米级三氧化二锑应用在阻燃材料中分散性好，遇火燃烧时烟雾低，可大幅度提高纤维材料的阻燃性能。纳米级三氧化二锑还具有纯度高、白度高。粒径分布窄、平均粒径小、全方位晶型产品成本低等特点。在聚酯缩聚反应中分散均匀，溶解性好，催化活性高，反应迅速。由干纳米级三氧化二锑微粒尺寸小，表面积大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面电子配位不全等，导致表面活性位置增加，因而具备极好的聚酯催化作用，预计在今后的聚酯生产中，三氧化二锑将逐步替代目前使用的醋酸锑，发挥重要的作用。
    纳米材料具有优秀的体积效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应，因而在电子力学、光学、防辐射、电磁学等方面均表现出了诸多新的特殊性能，如抗紫外线、抗菌、吸臭、吸收远红外线、耐热、阻燃、抗静电、导电等性能，因此，纳米材料在化纤业有着十分重要的应用价值。
    利用纳米材料独特的性能，通过共混、复合纺丝或后整理加工等技术，将不同性能的纳米材料均匀分散于高分子聚合物中，或浸渍涂覆于纤维材料的表面，可制得具有多种功能的化纤材料。由于以纳米材料为添加剂的各种功能性化纤产品具有诸多优异的性能及新颖的功能，因而其产品附加值也相当高。
    目前纳米材料在我国化纤业的应用尚处于起步阶段，但应用前景诱人。随着纳米技术的进步，纳米材料无疑将会成为21世纪极具发展前途的材料，并将在今后的化纤业中得到更为广泛的应用。