纳米材料在纺织领域中的应用.ppt

纳米材料及纳米技术在纺织服装领域中的应用,,目录,一 ：纳米技术的简介及其发展史 二：纳米材料的特性及应用途径 三：纳米材料在纺织服装领域的应用 四：纺织品中应用纳米材料的安全性 五：纳米技术在纺织服装工业中的前 景展望 六：参考文献,一、纳米材料的简介,第一节：纳米技术的简介 第二节：纳米技术的发展史 第三节：纳米材料的有关简介,第一节：纳米技术的简介,“纳米”是英文Nanometer的译音，是一种计量单位（符号为nm）,1nm为106mm,约与相当于4~5个原子串起来那么长。 纳米科学是指人们研究纳米尺度即0.1~100nm范围之内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学。 纳米技术是指在此基础上创造新材料，研究新工艺的方法和手段。 纳米技术包括纳米材料、纳米器件、纳米生物医学等三大块。按目前的研究领域，大致可分为纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米制造、纳米光学等等。,第二节：纳米技术的发展史,1965年，诺贝尔物理学奖获得者费曼（R.P.Feynman)首次提出“纳米材料”的概念。 1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门以纳米长度为研究的分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特殊功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子创造物质的技术。 纳米科学技术正式“开宗立派”是在1990年。,第三节：纳米材料的简介,在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义的纳米材料是指在三维空间中到少有一堆处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。通俗的说，纳米材料是指由纳米的单元构成的任何类型的材料。如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等。通过控制这些纳米级结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质，控制它们的组合，就能以前所未有的方法认为设计材料的特性和功能。,如果按维度，纳米材料的基本单元可以分为三类：a.零维，指在空间三维尺寸均在纳米尺度。如纳米尺度颗粒、原子团族等；b.一维，指在空间有两维处于纳米尺度。如纳米丝、纳米棒、纳米管等；c.二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度。如超薄膜、多薄膜、超晶格等。 纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界早就存在纳米微粒和纳米固体。例如，天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的。,二：纳米材料的特性,第一节: 纳米材料的基本性 质 第二节：纳米材料的特殊性质 第三节：纳米材料的应用途径,第一节：纳米材料的基本性质,（1）体积效应。是指纳米微粒尺寸减少，体积缩小，粒子内的原子数减少而造成的效应。它能使磁性、内压、光吸引、热阻、化学活性、催化性及熔点等比普通粒子变大。 （2）表面与界面效应。纳米微粒表面原子与总原子数之比，随纳米微粒尺寸的减少而大幅增加，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的变化。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。,（3）量子尺寸效应（这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等） （4）宏观量子隧道效应 （5）介电限域效应,第二节：纳米材料的特殊性质,1.光学性质。纳米材料具有比普通晶体较强的吸收光和发散光的能力，其粒径越小，吸光和发光的能力就越强，材料的色差就越大。 2.催化性质。纳米材料有很大的活性中心数目，其分散性好，不会形成反应体系的局部过热而导致催化剂失去活性。 3.光催化性质。纳米材料吸收光能后原有的束缚电子向纳米颗粒的表面扩散，纳米颗粒愈小激发态电子、空穴扩散所需的时间久越短,4.光学化学性质。在光作用下的电化学工程，是分子、离子及固体收光使电子处于可激发态而产生的电荷传递过程。 5.化学反应性质。由于颗粒粒径小，表面原子百分数多，吸附能力强，表面反应活性高，易被氧化，有些金属纳米材料甚至还会发光燃烧。 6.力学性质。纳米材料的强度、硬度、韧性均有大幅度提高。 7.热学性质。纳米铅材料比普通铅的比热增加20~50%，纳米铜材料的热膨胀系数比普通铜材成倍增大。 8.导电性质。某些纳米合金材料的电阻率下降两个数量级，此外，纳米材料还具有永久磁化、抗烧结、超导等诸多特性。,第三节:应用途径,纳米技术在纺织领域中主要有三大应用途径 （1）纤维超细化 （2）利用纳米材料对传统材料进行改性 （3）对纤维或织物进行纳米后整理，使其功能化,第三章 纳米材料在纺织服装领域的应用,第一节:纳米技术在纺织服装中的应用领域 第二节:天然纤维织物中的纳米技术 第三节:纳米技术在纺织服装的新研究、新开发 第四节纳米技术在其它纤维中的应用,第一节 纳米技术在纺织服装中的应用领域,抗静电功能,1 .红外功能,人体释放的红外线大致在4～16um的中红外频段，某些纳米微粒TiO2、SiO2、Al2O3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，对些波段的红外探测器有很好的屏蔽作用。,远红外保暖内衣,它是 远红外光疗、纳米抗菌和功能面料制成的保健内衣等保健纺织产品，能够释放负氧离子，还具有高效的远红外发射能力和抗菌消臭效果。能提高人体机能的自愈及恢复能力。,2. 防紫外线,太阳能对人体有伤害的紫外线主要在300—400nm波段，纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和纳米云母等都有在这个波段吸收紫外线的特征，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，从而可以有效保护人体免受紫外线的损伤。,天堂伞花之心语防紫外线三折绣花伞,本产品伞面经防紫外线工艺技术处理，具备防紫外线性能。 一甩干拒水伞面（不沾水）是在普通伞面上采用纳米技术加工而成，具有强力拒水功能。,3 . 抗静电,在化纤制品中加入少量纳米微粒，如将纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和Cr2O3等具有半导体性质的粉体掺入到树脂中，或将其加入到整理剂中对纤维或织物进行后整理，就会产生良好的静电屏蔽性能，大大降低静电效应。,4. 纳米抗菌、防臭功能,某些金属粒子(如纳米银粒子、纳米铜粒子)和纳米TiO2、ZnO等具有一定的杀菌性能，其与化纤复合纺丝，制造出抗菌的功能纤维，比一般的抗菌织物具有更强的抗菌效果和更多的耐洗次数。,宁波：纳米抗菌环保技术应用服装生产,一件衬衫能抗辐射、抗紫外线、抗多种真菌感染，这是不是太神奇了？这几天，在宁波的各大唐狮专卖店，一款休闲女格子衬衫以其特有的环保功能吸引了众多消费者的眼球。 这种特殊功能的“环保服装”是由纳米技术应用于纺织业创造的“神奇纤维”制成的。,波司登保暖内衣,江苏康博集团推出“波司登”纳米技术抗菌保健、超强透气导湿、超保暖三功能的内衣。 其保暖内衣层内添加了从天然奇冰石中提取的纳米级超细粉末，能有效地杀菌抑菌，消除异味。,5 . 拒水拒油,在材料表面进行特殊加工在其宏观界面建立一个二元协同纳米界面结构，使材料不仅具有防水、防油和防墨水等功能，而且用这种材料制成的衣物洗涤时可以仅用清水冲洗而不需使用传统的洗涤剂。,荷叶效应——疏水自洁服装,根据荷叶自清洁能力，利用纳米界面材料的疏水、疏油的特性，通过对纺织品的每根细小的纤维进行人工修饰，在织物表面形成一个微细的绒毛结构，它可吸收空气分子并在表面形成一层气垫，防止织物受油和水的沾染。,来源：《纳米科技产品及应用-纳米产业揭秘》 任红轩 黄进等著,6 . 防电磁辐射,电子产品的普及使得电磁辐射对人体健康造成了巨大威胁，一些纳米微粒如纳米氧化铁，纳米氧化镍等能强烈吸收电磁辐射从而对人体起到防护作用。,防辐射孕妇装,银离子孕妇装 　　运用纳米单质银与纤维聚合成一体，并使织物表面形成牢固的耐氧化膜层结构，将纯银和环保纤维进行有机整合，具有隔离电磁辐射功能，具有抗菌除臭、抗静电、调控体温，吸湿速干、透气性好，轻薄柔软，耐反复水洗，洗后不扎身，可贴身穿着，使用寿命长,纤维阻燃多数通过用添加型阻燃剂或反应型阻燃剂对原材料进行前处理，或者是对织物进行后整理等途径实现。,7. 阻燃功能,自主研发防火防水劳保服装备上市,自主研发防火的“纳米竹碳纤维布料多功能服”。 据介绍，这种服装的主要材料———纳米竹碳纤维由竹碳研磨成纳米级粉末后，经特殊工艺合成。用该材料制成的衣服外观和手感与普通衣服无异，主要用于制作劳保服和户外运动装备。,第二节 天然纤维织物中的纳米技术,——天然纤维素纤维-棉 1.棉纤维染色印花中的纳米技术 2.在防皱整理中的应用 3.在棉织物抗紫外整理中的应用 4.在棉织物抗菌整理中的应用 5.在天然彩色棉织物中的应用 ——天然蛋白质纤维-羊毛 1.纳米材料在防毡缩整理中的应用 2.纳米材料在羊毛织物功能整理中的应用,第一节 在天然棉织物中的应用1.在染色印花中的应用,最新文献报道： 一、采用特殊的纳米技术可合成纳米级乳液黏着剂，由于在织物表面颜料和黏着剂颗粒之间是点接触，没有薄膜，因此产品手感柔软、色泽好，各项色牢度优良。 二、在颜料印花浆中添加0.3%的纳米硅氧化物，可减少由紫外线引起的色变，提高日晒度0.5级。,2.在防皱整理中的应用,作用：棉织物防皱整理是提高棉织物服用性能的重要手段，而无甲醛的防皱整理是目前研究的重点。 最新研究：苏州大学丝绸学院用纳米代替传统工艺所用的过硫酸钾和次亚磷酸钠，可使织物整理后强力下降减少，应用于丝绸织物则后整理泛黄现象也有所改善。,3.在棉织物抗紫外整理中的应用,原理:棉织物的抗紫外线性能较差，而有些物质对紫外线具有屏蔽防护作用，当把这些物质制成纳米微粒时，由于纳米材料的小尺寸效应，导致光反射显著增强，屏蔽效应增强。,4.在棉织物抗菌整理中的应用,由于纳米材料的超细化和极大的表面活性，使纳米载体具有巨大的比表面积，这个特点为抗菌剂和细菌的接触创造了良好的条件，使得纳米载银无机抗菌剂广泛适用于各种纺织品的抗菌处理。,5.在天然彩色棉织物中的应用,彩色棉纤维中色素稳定性差，研究表明纳米ZnO抗紫外整理剂通过轧-烘-焙 工艺整理天然彩色棉织物，可使日晒度提高1~2级，抗紫外性能也显著提高。,第二节 在羊毛纤维织物中的应用1.纳米材料在防毡缩整理中的应用,防毡缩整理是提高羊毛织物服用性能的重要方法。通过毡缩整理可使织物的尺寸稳定性提高，用沉积法将纳米材料施加到羊毛或羊绒纤维上，可以达到防毡缩很好的效果。,2.在羊毛织物功能整理中的应用,纳米TiO2具有良好的静电屏蔽效应，制成纳米TiO2溶胶在一定的温度条件下浸渍一定时间，随着TiO2吸附在羊毛纤维的浓度增加，抗静电性能提高。 远红外整理剂能吸收人体发射出的热能，并转化成易被人体吸收的红外线，向人体辐射。,来源:《纳米纺织品及其应用》 高绪珊 吴大诚 著,苏州大学学生研发抗菌棉毛衫送老人献爱心,苏州大学纺织与服装工程学院师生们带着200件特殊的棉毛衫走进了苏州市沧浪区银色家园老年公寓里。据悉，这批衣服是他们利用课余时间专为老年人研发的。 　　苏州大学纺织与服装工程学院的老师郑敏说，她当时研发的初衷就是因为家里的老人频受皮肤瘙痒的困扰。通过数千个案例调查，并对老年人皮肤瘙痒产生原因进行系统分析后，郑敏和科研团队发现，防止外界微生物刺激是治疗中老年皮肤瘙痒的重要一环。于是，她和学生利用研发的新型纳米抗菌防螨剂，赋予纺织品优良的抗菌除螨功能，达到自动清洁皮肤周围的环境。此外，考虑到减少皮肤水分的散发和静电的产生，郑敏还辅加了亲水保湿整理技术，从根本上阻止了外界微生物对老年人皮肤的刺激，有效地改善了皮肤瘙痒问题。 2011-01-26,第三节 纳米技术在纺织服装的新研究、新开发,纳米技术成就未来高科技军服,这种纳米面料军服具有子弹穿不透、远红外瞄不准、防化学武器能力，另外还安装了微型计算机和高灵敏传感器、净化水装置。,,来源：《中国纺织报》 科技前沿 2011-1-1,日本成功开发消防服用纳米结构纤维,作为新能源·产业技术综合开发机构（NEDO）纳米技术·尖端材料实用化研究开发业务的一部分，帝人特克诺产品公司和细川密克隆公司共同开发了采用纳米结构纤维*1的隔热性·舒适性优异的消防服材料。 　开发的内容（有效开发先进消防服，提高纤维材料功能） 　　（1）多功能纳米粒子和粒子表面处理技术的开发 　　细川密克隆公司负责多功能纳米粒子的开发和粒子表面处理技术的开发，确立了能够进行向芳纶纤维中均匀分散隔热性优异的纳米粒子开发和制造条件。 　　（2）纳米结构纤维的开发 　　帝人特克诺产品公司开发了将细川密克隆公司开发的多功能纳米粒子复合化到芳纶纤维中的纳米结构纤维。并且开发了将这种纳米结构纤维布料化而作为里子料使用的消防服用压层结构体。 (2011-2-21),东华大学与企业合作推出高科技“纳米服装”,上海市科委对“高感性纳米复合功能纤维的规模化生产及其应用”项目进行了验收。 　　经东华大学与企业合作，利用此技术研制成的T恤、针织衫、内衣等“纳米衣”已经面世，这是东华大学研究人员经过两年努力所实现的技术新突破。 　　据了解，此前国内市场上的“纳米衣”，多采用成衣或纤维侵入纳米溶液方式，由此抗菌效用较短。而该专项成果则进行了纳米附着结构变革，并采用纳米银缓慢释放技术，能长效抗菌。 　　已进行相关产品生产的上海德福伦化纤有限公司总经理杨卫忠介绍说，“纳米衣”经过50次标准洗涤后，抗菌效率仍达99%。,生命智能化,根据纳米材料的特点，把异质、异相及不同序度的材料在纳米尺度下进行合成、组合和裁剪，可能获得新型的纺织材料，为实现织物的 多功能化、拟生态化提供可能，从而用于理疗和保健。从电热、磁性、红外、放射性、半导体、电疗等概念出发，可以研发出具有生化功能，传递生命信息的纺织材料，进而模仿生命体的特点，生产出舒适、保健和理疗服务的织物或材料。如经典的纳米复合材料动物骨骼筋胫、牙齿、软皮等。,课题名：聚L—乳酸/菜籽蛋白共混纳米纤维毡的制备与特征,研究表明：将菜籽蛋白与其复合后用于高压静电纺丝，得到的纳米纤维毡，有望在纺织工业，细胞培养，酶的固定化等领域得到应用。 作者：蒋绍通，刘涛涛，姜苏薇，江勤，王华林 FROM：合成纤维 2 2011、2【第40卷】,课题名：TiO2/PAN碳化纳米纤维膜的制备及其对腐殖酸的降解效果,研究表明：用PAN质量分数为3%的纺丝液进行静电纺丝，在预感化温度280摄氏度及碳化温度550摄氏度条件下可制得直径100—170nm，形态完整、分布较均匀的纳米材料，在光催化条件下，制备的TiO2/PAN碳化纳米纤维120min，对腐殖酸的降解率达13%，具有比简单悬浮体系催化剂更好的光催化性能，体现了TiO2与纳米碳纤维的协同作用。 作者：杜菲菲，毛艳萍，罗周，柳欢欢，陈泉源（东华大学环境科学与工程学院） FROM：产业用纺织品 2011年 第29卷,目前正在研究的和未解决的纳米材料问题,实验：选用pvac 与pan共混以改善pan与电极间的相容性，利用电纺丝法制成聚丙烯腈和聚醋酸乙烯酯复合纳米纤维膜。 采用界面聚合法制备了以石蜡为芯材、聚甲基丙烯酸甲酯壳层的纳米胶囊变相材料。 在超生辅助、氨水的催化条件下，以十六烷基三甲基硅烷为正硅酸乙酯的共前躯体，采用溶胶-凝胶法制备了疏水纳米二氧化硅。 纳米尺度孔洞周围应力集中现象分析。 《材料导报》 2011 第25卷 第3期 B刊 研究篇(下),第四节 纳米技术在其它纤维中的应用,1在智能纤维中的应用 2在磁性纤维中的应用 3在荧光防伪纤维中的应用 4在丝感纤维中的应用 5在再生纤维中的应用,四:纺织品中应用纳米材料的安全性,在2004年11月30日至12月2日期间召开的第243次香山科学会议中，著名纳米科学专家白春礼院士在大会主题报告中指出："任何技术都是有两面性的，纳米技术也可能同样是把双刃剑。我们要做的是，在发展纳米技术的同时，同步开展其安全性研究，使纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术"。,纳米颗粒对人体的危害,据《自然》杂志报道，纳米颗粒可以通过呼吸系统、皮肤接触、食用、注射等途径，进入人体组织内部。纳米颗粒进入人体内后，由于其体积小，自由度大，反应活性高等特性，几乎不受任何阻碍就可以进入细胞，与体内细胞发生反应，引起发炎、病变等症状。同时纳米颗粒也可能进入人的神经系统，影响大脑，导致更严重的疾病发生。,参考文献：《纳米材料与纳米技术》徐志军 初瑀清 编著,尽管作为专题去研究纳米材料安全性问题的研究者较少，但我们在广泛应用纳米技术，享受纳米材料给人类带来正面效应的同时，要时刻关注和研究纳米材料可能给人类带来的负面危害性。目前，纺织领域与其他行业领域相比，对纳米技术和纳米材料的利用度较高。已经可以开发和生产出各类含有纳米材料的功能性面料。而且，纳米纺织品的市场份额也在逐渐地扩大。在纳米技术和纳米材料给纺织领域带来新一次技术革命的同时，是否会伴随着一些负面影响，有待我们去进一步研究。,五 展望前景,纳米服装的发展对核心竞争力的提高和产业经济发展的增强有着举足轻重的作用，纳米服装越来越贴近人们的日常生活与工具，同时为服装产业开创了一条新的道路，另外随着科学技术的发展和人均生活水平的提高，人们越来越追求高档、舒适以及具有保健功能的服装，因此，利用纳米材料的特殊性能开发多功能高附加值的功能织物和服装，将在未来的纺织服装行业创造巨大的经济效益和社会效益。,六 参考文献,《纺织科学中的纳米技术》 刘吉平 田军 中国纺织出版社 《纳米纺织品及其应用》 高绪珊 吴大诚化学工业出版社 《常用/特殊服装功能构成、评价与展望（下)》 姜怀 东华大学出版社 《纳米科技产品及应用-纳米产业揭秘》 任红轩 黄进等 科学技术出版社 《纳米材料与纳米技术》徐志军 初瑀清 编著 期刊《纺织科技精萃》 第4、6期 网站：中国服装网 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