1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 抗菌剂对层压复合织物防水透湿性能影响的研究 一、 选题的背景、意义 随着科技的发展、社会考虑的进步及生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高。纺织品的基本功能已经从遮体御寒延伸到美观、舒适、时尚、保护等功能逐步上升，人们的消费理念也逐步从实用向保健、环保、多功能等生态理念发展，各种智能化、功能化的纺织品得到广泛的关注和发展。纺织纤维和面料的开发呈现了与以往不尽相同的态势，应用新型纤维的纺织面料已经成为时尚产品，多种功能交织的面料占有越来越重要的地位。 1防水透湿织物就是人们一直追 求的时尚、舒适型的纺织品。一般纺织品（如机织物、针织物、非织造物）制成后，
2、织物在防水、透湿、透气等方面的物理性能往往达不到要求。 而目前病菌肆虐全球，健康的生存环境日益成为人类追求的目标之一。 2因而 ， 危 害人类健康的环境微生物也引起了人们的重视，抗菌也成为了人们选择的一项依据，也提出了相当高的要求。 如果为了获得织物抗菌的性能而牺牲织物的防水透湿性能，这是得不偿失的 。因此， 作为一种高技术，将抗菌剂作用用层压复合织物，从而研究其防水透湿性能是否有影响，这是非常必要的。 1.防水透湿织物 防水透湿织物是指水在一定 压力下不浸入织物 ,而人体散发的汗液却能以水蒸气的形式通过织物传导到外界的一种功能性织物。 透水材料就是允许气体和液体通过的传统纺织品。这些材料，当
3、被使用于阻隔车厢和修饰，能增强防护能力。 3处理的例子包括表面张拉技术，芯吸速率，静电表面处理。 用防水透湿织物制作的服装能满足寒冷、雨雪、大风等恶劣天气中的穿着需要 ,且在较大劳动强度下也能排汗透湿 ,穿着舒适 ,还能在化学、有毒及传染环境中起到隔绝、过滤和透湿作用 。 防水透湿纺织品从字面上讲具体有两个方面的功能，既具有防水的功能又同时具有排汗、透气、透湿的功能。具体含义 可概括为：纺织品防水性能是指该织物具有阻止外部环境的雨水和雪水从外渗透到织物内部的能力；纺织品透湿性能是指该织物具有把人体散发的汗液以水蒸气的形式通过织物，向周围环境散逸的能力。因此，外部的雨水和雪水不能渗透到织物内，而
4、内部的汗液又能通过服装面料迅速传递蒸发到外部，从而使人体与服装间的微小气候得到调节，保持穿着者干爽和温暖 。 4因此 ,美国、西欧、日本等经济和军事发达国家均把防水透湿织物列为面向 21 2 世纪的高科技产品 ,投入大量物力、财力进行研究开发 ,并陆续用到恶劣条件下的防护服、运动服和休闲服等方面。 5国内也有许多科研院所在研究开发此类产品。 根据工业化生产技术的差异，防水透湿织物可分为高密度织物、涂层织物和层压织物三种类型。 人们很早就认识到，野兽毛皮是天然的防水透湿材料。但人类早期的防水透湿织物一般只有防水功能却不透湿。据文献记载，织物上涂漆是最早的涂层加工技术，用刮涂和揉漆相结合的方法，将
5、织物加工成为漆布，作为御雨蔽目的用品或用作包装材料。在我国西周的墓葬中，就有漆布残片，涂层黑色漆。油布也是一种很好的防水材料，如东汉时期使用的 “油缇帐 “。到明清时期已可制成雨伞、雨冠雨衣和雨裳等多品种织物。 6橡 胶涂层防雨布的最早记载是在公元 1600年以前，哥伦布在美洲大陆发现当地土著利用橡胶浆液涂布生产防水织物。 18世纪末 19世纪初，英国出现了关于橡胶乳液制造防雨布的专利，使橡胶涂层构成了现代涂层工业的基础。 不同的聚氨酯泡沫和弹性体的热降解性能在过去有被深入研究。在 1972年， Wooley假设了一般的聚氨酯退化方案。他将发展产物从聚氨酯的燃烧划分成两种多元醇：聚醚和聚酯。根
6、据他的提议聚氨酯与无氮残留物和有氮黄烟组合物的温度降低到（ 200-300摄氏度）。随着温度的升高，残留物的会进一步分解成为更小的化合物并且黄色 的烟会产生含氮的产物，像 HCN，乙腈等。 7 2.抗菌织物 所谓纺织品“抗菌” ,意指其在一定时间内能够抑制细菌的生长、繁殖和存活。随着生活水平的提高 ,人们对纺织品的卫生服用性要求逐渐提高 ,具有抗菌防臭功能的纺织品市场也在逐步扩大。 7具有抗菌或抗菌防臭功能的纺织品是一个重要的门类。银作为一种高效抗菌剂已经被研究应用多年 ,它具有广谱杀菌功能、对人体低毒 ,在众多具有抗菌作用的金属中 ,银的抗菌能力较强。 目前，抗菌剂的应用领域越来越广泛，如日
7、常的服装、家用电器、卫生陶瓷制品、食品包装以及建筑用的钢板、涂料等。 目前使用的抗菌剂大体可分为无机、有机和天然抗菌剂三大类。 8 早在四千多年前，人类就有使用抗菌织物的实例，古埃及人采用药用植物处理包布保护木乃伊就是最好的见证。再后来，第二次世界大战时，抗菌军服被德军推上了战场。直到二十世纪60-70 年代，抗菌整理才被较大规模地开发 。 然而，经过上述抗菌整理剂处理后的织物，大部分由于存在不耐洗涤或含甲醛等毒素的缺点而无法得到推广、使用。 1980 年以来，抗菌整理迈向了一个崭新的发展阶段，抗菌技术逐步走向成熟、完善。各发达国家及部分发展中国家不断开发出效果好、安全性高、耐洗涤 性强的抗菌
8、整理产品，技术上实3 现了质的飞跃。 9期间，人们开发了适应不同纤维的抗菌整理剂，如：有机硅季铵盐抗菌剂，它不仅能使纤维素纤维具有优良的抗菌功能，而且可用于涤纶、锦纶等合成纤维纺织品及其混纺织物，使其具有较好的抗菌效果。又如：纳米系列抗菌剂，主要用于生产抗菌化学纤维，由于其粒度达到纳米级，所以在纺丝加工过程中不会出现堵网、堵喷丝头等故障，使纺丝加工能顺利进行。10除此之外，还有以壳聚糖为主要成分的 天然抗菌整理剂， 以及有机氮类整理剂等，它们分别以不同的方式与不同的纺织纤维发生固着，最终达到抗菌的功 效。与此同时，具有多种功能的抗菌织物也随着抗菌技术的发展而投入市场，如：用于床上用品等的抗菌、
9、防螨功能织物；具有保暖、抗菌保健功能的远红外抗菌织物；主要用于夏季服装面料的防紫外、抗菌织物等。 我国在这方面的研究起步较晚， 到 20 世纪 80 年代才开始进行对这方面的研究。 但其发展势头很猛，抗菌剂的水平、检测方法都己达到国际先进水平。 3. TPU膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物 目前，对 TPU膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物的研究较少，在其开发利用方面 ，仍然存在着许多问题有待于解决，如粘合剂的选择、 工艺条件的控制以 及抗菌剂的选择等 ，并且，还要考虑到添加抗菌剂是否会对 PU膜有所损伤，必须选择最优的抗菌剂，这都是值得研究的问题。既要得到防水透湿的功能，又要达到抗菌的效果，这
10、样的织物既舒适又有利于人身体健康，适应世界纺织领域发展潮流 。 与其它普通织物相比，其产品具有优良的服用性能，产品市场前景广阔，是深受消费者欢迎的绿色纺织品 。并且， 该 产品是符合高技术、高附加值、时尚性，不仅拥有较高的技术含量，具有很多其它产品无法比拟的功能，其生产成本仅略高于一般膜结构织物，竞争力极强，前景广阔，商机无限。在中国， TPU膜层压防水透湿织物 通 过近几年的研究，人们对其已经由根本不了解到略知其功能，如今再赋予其抗菌的效果， TPU膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物 产品将成为人们追捧选购的对象。 开发 TPU膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物 ，带给我国的社会效益和经济效益将
11、不可估量 。 二、 相关研究的最新成果及动态 引言 纺织品作为服装面料除美观时尚受人青睐外，穿着舒适性和功能性也是人们考虑选购的重要因素，而防水透湿和抗菌分别是舒适性和功能性的重要方面。防水透湿薄膜及其复合织物由于成功地解决了长期存在的防水与透湿两者不可兼得的难题而被人们称为“可呼吸面料”或“人类第二皮肤”。防水透湿服装在向个性化、最 优化方向发展，研究的重点趋向于使防水透湿织物更加轻便、舒适、多功能化如与抗菌性能相结合 。 4 正文 中国纺织科学研究院研究开发中心利用热熔挤出技术开发出的防水透湿聚氨酯 (TPU)薄膜系无孔亲水型薄膜 11。与微孔防水透湿薄膜不同 ,其透湿原理是利用聚氨酯内部
12、特殊的亲水基团构造 ,将人体产生的汗气从湿度高的一面经过吸湿 扩散 放湿的过程输送到湿度低的一面，从而达到透湿目的 12。该膜透湿量为每天 3kg/m2 4kg/m2,适用于与多种基材的复合。聚氨酯无孔薄膜由于是热熔法生产， 与溶剂涂层法相比，无污染和溶剂回收问题，生产安全，对操作者无任何影响，属环保型产品。服装保暖的另一个作用是防止风的侵袭，面料如不防风，冷空气会直接侵入而使人体表热量损耗，降低服装的保暖效果，使人感到寒冷。无孔薄膜可阻挡风的侵袭，而微孔薄膜由于微孔呈非同心网状排列，风照样受到阻挡而无法侵入内部。为了防雨人们采取了涂覆橡胶、聚氯乙烯等的涂层织物，但其透湿量很低，用其制作的服装
13、如雨衣穿着很不舒服。而那些经防水整理的面料 ,一旦遇到大雨或长时间雨淋，防水效果也不理想。防水透湿微孔薄膜的微孔孔径远小于水滴直径 (是水滴直 径的约两万分之一 )，可起到防水（雨）效果，而无孔亲水型透湿薄膜表面无孔，可完全阻止雨的袭击，故可很好地起到防水 (雨 )作用。 现代抗菌纤维的研究以 1935年 Domag报告为标志，当时 Domag报告了用季铵盐处理后的服装具有抗菌的功能。欧美开始主要集中研究有机抗菌剂，到目前其主要的应用还仅集中于普通日用品中，近年来已开始逐渐应用于玩具中，但总体的规模和影响不是很大。抗菌材料研制和应用最为发达的是日本。日本造在 1993年久成立了抗菌制品技术协议
14、会，其抗菌剂和抗菌塑料的研制、生产和用户等企业会员达 250多个 13。之后，世界各国对抗菌纤维及抗菌整理剂都做了大量的研究，随即世界上一系列低毒抗菌整理剂相继推出并被广泛使用。 银离子纳米抗菌剂 是新型的抗菌材料，与普通材料相比，有优异的抗菌、力学、耐老化等综合性能。 防水透湿织物性能提高与产品开发的研究将主要从三个方面展开：一是随着高分子材料的发展，采用新型的互穿网络聚合物、离子型聚合物、高度支化聚合物、枝状聚合物 (Dent rimer) 等材料研制各种类型的防水透湿薄膜。二是随着加工设备的不断更新，研究从物理形态方面提高防水透湿织物的性能，如开孔率更高、孔隙更均匀、厚度更薄 的防水透湿
15、薄膜以及这些薄膜复合组成的各种功能的双组分、多组分薄膜；各种不同结构、细度、性能的纱线织成的不同组织、表面形态的高密防水透湿织物。三是结合防水透湿织物的特性，研制各类特种功能防水透湿织物 14。TPU膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物的研究正是在 TPU膜层压防水透湿的基础上赋予织物抗菌防护的性能，使其成为具有更优越的性能的功能性织物。 15这种集防水、透湿、防风、保暖、抗菌于一体的高科技产品，不仅增加了人们穿着的舒适性，无疑也提高了产品档次和附加值。 5 总结 这种复合材料结构主要由面料与薄膜的复合 ，并添加一定的抗菌剂，产品主要用于高档风雨衣、高档防寒服、休闲装和特殊服装等。 16用于服装的
16、防水透湿薄膜复合产品，既要保证薄膜的透湿性能不受大的影响，又要保证复合材料的风格不受破坏，达到两者的完美结合，关键是正确选择复合工艺、工艺参数、胶粘剂及抗菌剂。除此之外 ,复合产品还必须满足：粘合面积应控制在一定范围，以确保透湿量损失在许可范围；手感、弹性及柔软度等性能不受影响；选用无污染、无刺激的环保型胶粘剂；复合产品的服用性能要好，耐洗、不起泡、不脱层；有足够的粘接牢度，穿着过程中和洗涤后粘接强力和抗菌效果不应 过快降低等。 三、 课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 1.主要内容与基本要求： 论文围绕竹浆纤维结构与性能进行分析以及纤维、面料染色工艺参数对其
17、纤维、织物性能的影响为中心，分别与棉纤维染色过程进行分析对比。具体如下 : 主要内容： （ 1）通过对 TPU 亲水薄膜的结构及性能的探讨，对 TPU 亲水薄膜层压织物防水透湿原理进行研究分析，指出 TPU 亲水薄膜结构与织物防水透湿性能之间的关系； （ 2）在不同的外界环境下，如不同的温、湿度条件下，对 TPU 亲水薄亲水薄膜层压织物的防水、透湿性能进行试 验，明确温、湿度对织物防水透湿性能的影响； （ 3） TPU 膜防水透湿织物采用银离子纳米抗菌剂进行处理，研究经抗菌处理后对织物各项性能及 TPU 膜的结构与性能影响； （ 4）总结 TPU 亲水薄膜及其层压织物的防水透湿原理及影响因素，
18、为设计理想的透湿、防水抗菌性能的层压织物提供理论依据。 2.采取的研究方法、技术路线及研究难点： 研究方法与技术路线： 本项目选取一定数量的 TPU 膜及其层压织物作样品，按照美国或国家标准，对该膜、织物进行结构观察，并对膜、织物的基本结构、防水、透湿等性能进行测试，并通过采用银离子纳米抗菌剂 进行处理，测试其抗菌效果，研究经抗菌处理后对织物各项性能及 TPU 膜的结构与性能影响。然后对实验数据分析和处理，以便明确 TPU 膜结构以及添加抗菌剂后对织物的防水、透湿性能的影响。 6 织物结构与防水透湿性能的测试： （ 1）透湿性：透湿性一般指在织物两面存在一定温度差的条件下，单位面积织物在单位时
19、间内透过水蒸气的质量，以 g/m224h 称为织物的透湿量。 织物透湿性的测试方法：采用 ASTM96E-00 透湿杯法测定透湿量。 （ 2）防水性：液体水从织物一面渗透到另一面的性能，称为织物的透水性或渗水性。由于织物的 用途不同，有时采用与透水性相反的指标 防水性表示织物的阻抗特性。 织物防水性能的测试方法：采用 GB4744 1977 涂层织物抗渗水性试验方法测定静水压。 （ 3）剥离强度：原理， 强力测试仪夹住试样后，以恒定的速率拉直，取每个测试点的值，记录平均值。 复合织物 剥离强度性能测试方法：采用 ISO2411-1992 Instrom CRE 2 Strip，以 N/50mm
20、表示剥离强度。 （ 4）抗菌性：在琼脂培养基上，接种试验菌种，再紧贴上试样。另取一块未整理织物，贴在同一培养基上作对照。于 37下培养 24小时后，借 放大镜观察菌类繁殖情况和试样周围无菌区的晕圈大小，同时与对照的试验情况比较。 织物抗菌性能的测试方法：采用 ATCC- 90 试验法，该法也称晕圈试验法。 研究难点： 由于 TPU 层压织物的研究涉及到高分子材料与纺织材料学科的交叉，因此，涉及的内容较多，从国内外现有的报道来看，很少有人作过系统的研究，可参考的资料较少；选取适合本研究要求的 TPU 层压织物多块样品有些困难。 衡量抗菌防臭整理的抑菌、杀菌的水平 ， 即抗菌防臭纺织品的检测方法
21、， 目前国内尚无统一标准 ， 一般参考日本和美国的一些方法。 3预期达到的目的： 通过 对热塑性聚氨酯（ TPU）膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物的研究，明确 TPU 膜结构及其层压织物添加抗菌剂前后与外界环境的温、湿度和织物防水、透湿性能的关系，并根据测得的性能，提出提高 TPU 膜层压防水透湿及抗菌防护复合织物的技术关键，预测其发展趋势，为设计理想防水、透湿、抗菌综合性能的层压织物提供理论依据。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 10 月 27 日 2010 年 12 月 07 日 调研、收集资料与撰写开题报告。 2010 年 12 月 08 日 2010 年 12 月 20 日
22、熟悉相关资料，确定实验方案，准备原材料。 2010 年 12 月 21 日 2011 年 02 月 20 日 完成实验、测试工作，并做好记录。 7 2011 年 02 月 21 日 2011 年 03 月 08 日 撰写毕业论文，完成论文初稿。 2011 年 03 月 09 日 2011 年 05 月 11 日 毕业论文修改和定稿上交 2011 年 05 月 12 日 2011 年 05 月 18 日 指导老师 毕业论文评阅 2011 年 05 月 19 日 2011 年 06 月 04 日 毕业答辩及成绩评定 五、主要参考文献 1黄机质，张建春，郝新敏，王锋 .聚四氟乙烯防水透湿层压织物的研
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