纳米银抗菌粉,防螨抗菌助剂,防霉抗菌剂,纺织防螨虫剂,抗菌防霉抗螨剂,针织品防螨虫剂,耐久抗菌防螨剂

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1、纳米技术在染整生产中应用的探讨 杨栋梁 原载：全国染整新技术应用推广协作网简讯第五期 2001/2/28一、前言纳米材料的应用在最近几年来，十分频繁地出现在一些技术人员日常交谈中，而纳米 技术也似乎已走进了人们的生活，例如小鸭集团推出的纳米洗衣机，海尔集团推出的纳米 电冰箱，以及众多工厂推出远红外保健内衣等等。其实，人们应用纳米材料的源头可追溯 到 1000 年以前，如利用燃烧蜡烛的烟雾制成碳黑作为墨的原料或着色剂，就是最早的纳米 材料雏型；我国古代铜镜表面的防锈层，经检验证实为纳米级 SnO 2 颗粒构成的。而人们自 觉地研究纳米材料，使之逐步形成为一门新兴的材料科学，是二十世纪六十年代才开

2、始的。 最早由 1959 年诺贝尔物理奖获得者费曼提出“操纵“原子的构思以制备纳米材料。长期以来， 在纳米材料的研究开发中，无法直接观其真面目，直到 1982 年扫描隧道显微镜发明后，人 们才有窥测纳米材料的工具，由此诞生了纳米学。从此纳米技术以极其迅速的速度渗透到 各个领域，形成了纳米材料学、纳米电子学、纳米医药学等。自 1990 年 7 月在美国巴 尔基摩召开第一届国际纳米科学技术会议上，正式确认为纳米材料材料科学的一个新的分 支，使纳米材料的研制和应用进人了一个新阶段。到 1999 年纳米技术已逐步走向工业化。综观目前纳米材料的研究和应用，美国、日本、德国、俄罗斯、英国、法国、荷兰、 加

3、拿大等国处于世界领先地位，其中美国是最早开始研究纳米技术的国家之一。美国科学 技 术委员会于 2000 年 3 月正式向美国政府提出报告：称纳米技术将成为二十一世纪前二十年 的主导技术，是下一次工业革命的核心。克林顿政府迅速作出反应，于 7 月间在原批准的 研究经费 5 亿美元基础上，又增加了三倍拨款。其他德、日、英、法等国也将纳米研究列 入国家重点研究项目。1992 年我国将纳米材料科学作为重大基础研究列入国家攀登计划。 纳米材料是全新的超微固体材料，一般粒径小于 1OOnm(10 -9 M)的超微颗粒称为纳米微粒。 由于它的超细化和极大的表面活性，具有传统材料所没有的优越性，是当代高科技应

4、用研 究的热点之一。在纺织工业也应有它用武之地，如开发新原料、新产品等方面。 例如增加织物的功能性，如抗紫外线和红外线，抗菌防臭和消臭等，本文拟对此作些探讨 和分析，就教于诸同好。 二、纳米材料的结构、制备与特性晶粒尺寸至少在一个方向上为 0-lOOnm 的材料称为三维纳米材料，具有层状结构的材 料称为二维纳米材料，具有纤维结构的称为一维材料，具有原子簇和原子束结构的称为零 维材料。纳米材料的组成有金属合金及其氧化物纳米材料，无机纳米材料、有机纳米材料和纳 米杂化材料等几种。按纳米材料内部的有序性而论，则有结晶纳米材料及非结晶纳米材料。目前纳米材料制备的方法有三种：固相法、液相法和气相法。固相

5、法是在干燥的球磨 机内粉末颗粒经重复的研磨，制得的颗粒粒径较大，约为 1OOnm 左右。液相法有沉淀法、 喷雾法、水热法(高温水解法) 、溶剂挥发分解法和溶胶凝胶法等。如溶液沉淀法制备的 纳米粒子粒径较小，适于实验室少量制备。气相法有低压气体中蒸发法(气体冷凝法) 、溅 射法、流动液面上的真空蒸发法、混合等离子法、激光诱导化学气相沉积（LICVD）等，适 于大量制备、且粒径较小的纳米微粒。纳米材料是由极细的晶粒和大量处于晶界与晶粒内部缺陷中心的原子所构成的纳米级微粒的集合体，其性能与同组成体相材料有十分显著的差异，又不同于单个分子的特殊性 能，而成为介于分子和体相材料的中间体，研究这类中间体为

6、对象的一门新学科即纳米科 学。而纳米微粒是由数目较少的原子和分子组成的原子群或分子群，其占很大比例的表面 原子是既无长程序又无短程序的非晶层；而在粒子内部，有存在完好的结晶周期性排列的 原子，不过其结构与晶体样品的完全长程序有序结构不同。正是纳米微粒的这种特殊结构， 导致纳米微粒的奇异的表面效应和体积效应，并由此产生了许多纳米材料与普通材料不同 的物理化学性质。(1)表面效应( 表面和界面效应)纳米材料的表面效应即纳米微粒表面原子与总原子数之比随纳米微粒尺寸的减小而大 幅增加，粒子的表面能及表面张力也随之增加，从而引起纳米材料性质变化。固体颗粒的 表面积与粒径的关系为:Sw=k/ D Sw；比

7、表面积(m 2 /g) ； ；粒子的理论密度； D；粒子平均直径； k；形状因子。由上式可知，随颗粒尺寸的减小，粒子的表面积迅速增加，其变化规律大体如图 l 所 示：例如，粒径为 5nm 的 SiC 比表面积高达 30m 2 /g；而纳米氧化锡的比表面积随粒径的变 化更为显著，lOnm 时，比表面积为 903m 2 /g；5nm 时，比表面积增加到 181m 2 /g ；而当粒 径小于 2nm 时，比表面猛增到 450 m 2 /g 。这样大的比表面积使处于表面的原子数大大增加， 这些表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在着大量的表面缺陷和 许多悬挂键，具有高度的不饱和性质，

8、因而使这些原子极易与其它原子相结合而稳定下来， 具有很高的化学反应活性。另外处于高度活化状态的纳米微粒的表面能也很高。例如， lOnm 的铜粒子表面能为 9.4lO 4 J/mol ，5nm 时为 1.881O 6 J/mol; 而 lOnm 氧化锡的 表面能高达 4.08lO 5 J/mol ，5nm 时为 8.17lO 5 J/mol ，2nm 时为 2.041O 6 J/mol 。这样高的比 表面积和表面能使纳米微粒具有很强的化学反应活性。例如，金属纳米微粒在空气中会燃 烧，一些氧化物纳米微粒，暴露在大气中会吸附气体，并与气体进行反应等。另外，由于 纳米微粒表面原子的畸变也引起表面电子自

9、旋构象和电子能谱的变化，所以纳米材料具有 新的光学及电学性能。例如，一些氧化物、氮化物和碳化物的纳米微粒对红外线有良好的 吸收和发射作用，对紫外线有良好的屏蔽作用等。值得指出的是纳米微粒的高表面能使得 颗粒间的吸附作用很强，容易聚集，难以稳定保存，这也是目前制造纳米材料遭遇的困难 之一。研究工作者通过对纳米微粒的表面改或缓慢氧化等技术处理，增加粒子间的排斥力， 防止粒子凝聚，已经取得了一定的成果。 图 1 表面原子数与粒径的关系(2)体积效应( 小尺寸效应)体积效应是指纳米微粒尺寸减小，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。研 究表明，当超细粒子的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长及

10、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，粒子的声、光、电磁、热力学性质等 均会呈现出新的特性。例如，光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；由磁有序 向磁无序状态、超导相向正常相的转变、质子谱的改变、金属熔点的降低等等。 三、纳米材料在开发功能性纺织产品中的应用纳米材料被认为在二十一世纪三大支柱的信息、能源和新材料领域中有极其重要的作 用，如信息-原子开关、磁记录材料、光电功能材料; 能源纳米铂作利用太阳能制氢的催 化剂，产率可提高几十倍，碳纳米管的贮氢燃料；新材料超塑性陶瓷、隐身材料和电 磁波屏蔽材料等。此外，在生物医药领域，可广泛地用于细胞分离，细胞染色等。纳米材

11、料在纺织工业上的应用，目前主要是用于生产功能性化纤原料和作为一种新的 功能性助剂，从而开发相关的功能性产品或取代其它助剂。目前，国内已利用有关的纳米微粒，使之稳定的分散在涤纶或其它合纤的纺丝液中， 然后纺出具有防紫外线、抗菌防菌和消臭，远红外线反射和抗红外线等功能的合纤。而这 些制备合纤的纳米材料，同样可以采用涂层、浸轧或“植入” 法等使天然纤维或普通化纤具 有不同的功能性。以下简单讨论其功能性助剂的应用1、紫外线屏蔽功能 很多物质对光线具有屏蔽防护作用，如 ZnO、MgO 、TiO 2 、Si0 2 、CaCO 3 ，滑石粉、瓷土等。 而上述物质对紫外线的透过率(T)如表 1 所示:表 1

12、紫外线的透过率性能 波长 /nmZn0 TiO 2 瓷土 CaCO 3 滑石粉 3l3 0 0.5 55 80 88 366 0 18 59 84 90 436 46 35 63 87 90图 2 超细 ZnO/TiO 2 颗粒的分光反射率 当上述物质制成超细粉末，其微粒粒径尺寸与光波波长相当或更小时，由于尺寸效应导致 光吸收或反射显著增强，以及其比表面积大，表面能高，与高聚物共混时，很容易相互结 合，基于此原理，已开发了一批具有抗紫外线辐射的纤维，如，ESMO(可乐丽公司)、-(尤尼契克公司)等。作为染整助剂，为了不影响纺织品的色彩效应，最好选用具有透明性或白色的物质， 所以一般都选用金属氧

13、化物，其中尤以 ZnO 和 TiO 2 为多，它们对光线的屏蔽、反射效率比 较如下图 2 所示。由图 2 可知: 两种超微颗粒，在波长小于 35Onm( 即 UV-B 时)，ZnO 与 TiO 2 的屏蔽率基 本接近，而在 350-400nm(即 UV-A 时) ，ZnO 的屏蔽率明显高于 TiO 2 由紫外线的特性可知， UV-A 对皮肤的穿透能力大于 UV-B ，而且 UV-A 对皮肤的作用是积累性的，大多是不可逆的。 而不同波长的紫外线对皮肤的影响如表 2 所示。 表 2 不同波长紫外线对皮肤的影晌 紫外线 对皮肤的影响 UV-A 406-32Onm 生成黑色素和褐斑，使皮肤老化、干燥和

14、绉纹增加。 UV-B 320-28Onm 产生红斑和色素沉淀，经常照射有致癌危险。 UV-C 280-2OOnm 穿透力强不影响白细胞，但大部分被臭氧层、云雾吸收。紫外线对人类来说是一把锋利的两刃剑，它对人们生活环境杀灭了许多细菌和进行了 广泛的消毒，以及促进了体内维生素 D 的合成；同时对人体肌肤引起皮炎、红斑、色素沉 淀，加速老化，甚至致癌；影响人体免疫功能，容易引起眼睛的白内障；以及各种用品的 老化，尤其是室外用品。 人们在地球上所处位置不同(指纬度和海拔) ，季节，阴晴雨雪、白天和黑夜的不同，受到 太阳辐射的紫外线量强度不同。据测定不同人种对紫外线的承受能力也有差异。不同肤色 的人群在

15、 29Onm-30Onm 范围内照射产生红斑临界剂量值如表 3 所示。由于肤色不同，承 受紫外线的程度有一个数量级的差别；另外，色素性干皮症的人和正常人群耐紫外线剂量 临界值相差达七倍之多。表 3 不同肤色人群产生红斑的临界剂量(290-300nm) 肤 色 白 色 150-300 极易产生 白 色 250-350 极易产生 白 色 300-500 中等程废 淡棕色 450-600 较少产生 棕 色 600-1000 极少产生 黑 色 l000-2000 不会产生一般而论，居住在高纬度的人群，受紫外线照射的累计剂量较少、较弱，其抵御紫外线 的能力较低；而居住在近赤道附近低纬度的人群则抵御能力较

16、强。因此，去低纬地区工作 和旅游的人们要注意自我保护。处在同一纬度的宁波与拉萨市，因海拔不同，其紫外线强 度也有很大差异，根据 Hilfker 对纬度为 40区域( 相当于北京、纽约、墨尔本等) 的浅肤色人 种，在不同季节中末加保护措施(如赤膊、不戴帽) 曝晒在日光下的极限安全时间研究结果 如表 4 所示。 表 4 纬度 40区域日光曝晒极限安全时间( 分) 时间 春 夏 秋 冬 正午4 小时(8-16 点) 40 24 100 - 正午2 小时(10-14 点) 14 10 25 70超微颗粒粒径大小与其对紫外线屏蔽效果也有关系，由 TiO 2 不同粒径对紫外线的透过 率，由电子计算机在 300-400nm 波长条件下模拟测得结果如图 3 所示。