1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 自清洁荧光面料的开发 一、选题的背景、意义 纺织品在穿着过程中，很容易沾上污物。被沾污的纺织品不仅外观变差，而且造成透气透湿性下降，热传导性增强，甚至会促进微生物的繁殖和生长，导致舒适性及机械性能下降并影响人体健康。因此，人们都希望纺织品能尽量保持清洁卫生，不沾污。目前，尽管各类功能性纺织服装产品琳琅满目、层出不穷，但随着现代社会生活节奏的加快以及人们对生态健康问题的日益重视，那些舒适、美观、卫生、洗涤和保管方便的纺织品始终是消费者普遍关注的焦点。从环保角度考虑，防污品既可减少洗 涤次数，又可以减少洗涤剂及水的使用量，对保护环境和节约水资源可起到积极作用。因
2、此，自清洁型面料的开发不仅可改善产品的外观风格、服用性能，而且能起到保护环境的作用。涤纶面料是现在使用最为广泛的合成材料，借鉴前人对纳米技术在纺织开发上的运用，综合自清洁效应的分析，主要研究如何使涤纶面料具有自清洁效果。 荧光产品作为一种具有安全警示防护和识别功能的高能见度产品 ,其使用范围正不断得到扩展。该产品不仅在交通环卫公安等领域普遍使用 ,而且夜间作业及特种作业的人员也正逐步使用开来。用于人体穿着的这类产品以涂层居多 ,这类产品 具有良好的荧光效果 ,但由于它的透气透湿性能较差 ,使得其使用范围受到限制 ,尤其是在高温天气状态下 ,着装者会感到闷湿 ,进而影响到作业者的身体健康和作业效
3、率。近年来 ,随着荧光染料的出现 ,带来了荧光面料的一次换代 ,以荧光染料染色得到的面料尽管其荧光效果比涂层面料稍差 ,但其良好的热湿舒适性使其更能广泛应用于对荧光要求不是特别严格的领域。在通过以荧光染料来获得荧光效果的面料中 ,针织面料在弹性及透气透湿性上比梭织面料更显优势 ,因此 ,这里对以荧光染料获得的荧光针织面料进行了探讨 ,通过对影响能见度效果及服用性能因素的分析与实践 ,以期能开发出性能良好的自清洁荧光面料。 二、相关研究的最新成果及动态 （一）自清洁面料的研究 拒水拒油整理剂发展概况 织物拒水整理的历史源远流长。最古老又最经济的拒水整理方法，是用石蜡、铝盐等拒2 水剂，操作简单，
4、成本低，可是没有耐久性。有机硅整理剂具有耐久性和拒水性，而且整理后织物强度损失小，手感柔软，但没有拒油性。同时具有拒水拒油效果及耐久性的当属有机氟化合物。与有机硅类及烃类整理剂相比，有机氟整理剂在表面活性、拒水拒油及防污性、抗静电性、耐洗涤性等方面具有显著的优点。自美国 3 M 公司首先推出 “Scotchgard”拒水拒油整理剂以来，各国著名化学品生产厂商也纷纷推出了相应产品，如美国杜邦公司，德国赫司脱（ Nuva），法国（ Ato Chem），日本旭硝子（ Asahigurad）和大金工业（ Unidyne） 1等。 目前，含氟整理剂已成为织物拒水拒油整理剂的代表性产品，在我国纺织企业得到
5、了广泛应用。但是，国内生产的含氟整理剂大都是进口商品的改头换面，或经稀释或稍加复配而已，因此价格昂贵。另外，随着各发达国家和国际组织一系列关于在纺织品中限制甚至禁止使用各类有害物质的规定或条令的出台，环保型含氟拒水拒油整理 剂的开发已是势在必行，如产品中不存在 AEPO 乳化剂和 AOX、 VOC 等污染物；减少 PFOS/PFOA 类化合物的使用量等。毫无疑问，解决问题的根本途径是开发绿色环保型 “三防 ”和易去污织物及其配套整理剂，以替代目前普遍使用的有机氟类 “三防 ”整理剂。 超细纤维在拒水拒油纺织品中的应用 用超细纤维制成的高密织物，由于纤维直径很细，比表面积大，富含微孔等原因，即使
6、不经涂层处理，也具有持久的拒水拒油及自清洁功能，并且质地轻盈，悬垂性好，手感细致柔软。 荷叶效应在拒水拒油纺织品中的应用 大自然赋予了荷叶出淤泥而不染的秉性， 水鸟身体表面的羽毛不会被水润湿，这些生物学现象引起了人们的普遍关注。德国科学家通过扫描电镜和原子力显微镜对荷叶等万种植物的叶面微观结构进行观察，揭示了荷叶拒水自洁的原理，即 “荷叶效应 ”原理。 “荷叶效应 ”的秘密主要在于它的纳米或亚微米尺度的粗糙表面结构，而不在于它的化学组成。研究发现，荷叶表面有许多亚微米级的乳头状凸起，凸起间的凹陷处充满空气，而凸起和间隔处又被许多直径为 nm 左右的蜡质晶体所覆盖，使水不能进入叶面内部。亚微米级
7、的粗糙表面以及纳米级的低表面张力蜡质晶体覆盖物是荷叶具有高度拒水自洁的根本原因。 目前，根据 “荷叶效应 ”原理，已经有关于成功利用等离子体、激光刻蚀等表面处理技术来形成聚合物或无机物超拒水表面膜的报道，部分具有 “荷叶效应 ”的纺织产品也开发成功。毫无疑问， “荷叶型 ”超拒水拒油和自清洁纤维及织物，在高技术纺织品上具有很大的应用潜力。 纳米技术在拒水拒油纺织品中的应用 传统有机硅及有机氟拒水拒油整理剂，主要存在两个缺点： 在织物表面附着防水性材料会影响到织物的透湿透气性和着装舒适性。 有机硅及有机氟拒水拒油整理剂中，含有对3 环境及人体健康境不利的成分。因此，利用纳米技术对织物进行拒水拒油
8、整理，日益 引起了人们的重视，尤其是天然纤维与纳米技术的结合。与传统的有机硅及有机氟拒水拒油整理剂不同，纳米防污整理剂以无机材料为主体，不含对人体有害的化学成分，且处理后的织物可保持原有的性能。纳米技术应用于织物拒水拒油整理是基于 “荷叶效应 ”的原理。经过纳米技术处理的服装面料，在表面形成犹如荷叶的粗糙结构，从而在织物表面构造出纳米结构的空气薄膜保护层，使织物具有超疏水、疏油的奇异特性。另外，均匀分布在织物表面的无机纳米粒子，不仅可以有效消除静电，阻止尘埃的吸附；还可以离解空气中的氧，生成负氧离子，阻止或杀死有机物，防止 有机生物垃圾生成，从而起到防污抗菌的作用。 利用纳米技术开发拒水拒油织
9、物已有相关报道并有产品问世。如瑞士 Schoeller Textile AG 公司采用溶胶 凝胶技术，将纳米粒子固着于织物表面，形成 “荷叶 ”型的粗糙表面结构，从而获得超拒水、拒油功能。美国 Nano-Tex 公司在棉织物表面接枝由一个个原子堆砌而成的纳米须晶，用该技术处理后的棉织物具有抗皱、防雨及防污功能。瑞典 TEXCOAT 公司利用纳米处理技术研制出了可用于棉、麻、丝、羊毛等成衣织物上的防皱防水防污涂料。国内较为成功的产品主要是鄂尔多斯的三防羊绒 织物。 尽管目前人们对 “ 荷叶效应 ” 原理已有充分的认识，纳米技术也已在纺织业推广应用，但是利用纳米技术开发拒水拒油织物，特别是涤纶织物
10、，在我国还处于起步阶段。其主要技术瓶颈之一是纳米功能颗粒在纺织材料表面的牢固附着并呈纳米尺度的均匀分散问题，目前仍然没有得到彻底解决。已部分产业化的功能性整理剂，纳米粒子的均匀分散性较差，在纺织材料表面不能牢固附着，纳米材料的原有特性没有充分发挥，可控程度低，导致生产的连续性和产品质量的稳定性不够。 （二）高亮度荧光面料的研究 荧光涂料整理剂发展概况 涂料印花是一种历史悠久的纺 织品上色加工方法。早在几千年前，古人就通过使用天然矿物质颜料，如赭石、朱砂、铬黄等粉末混入植物或动物的蛋白质、干性油等天然高分子粘合剂，来制作涂料印花浆。随着科技的发展，印花涂料由原来的无机、天然的原料发展到现在使用有
11、机、合成的原料来制备。其使用范围也越来越广，如今印花涂料已大量地应用于纺织品、皮革、内外墙、地砖、装饰纸等的着色。 经过长年的发展，涂料印花已在全世界印染行业中占有重要地位，据资料显示，上世纪90年代，世界上大约有 50%左右产量的印花织物是采用涂料印花工艺印制的，尤其是美国，涂料印花达到了 80%左右；西欧地区也占 60%；日本比例较低，约为 10% 15%；我国的涂料印4 花产品也由原 20%逐渐上升到了 35%，被广泛应用于纯棉织物、合成纤维及其混纺织物等产品上。涂料印花是涤棉混纺织物印花中较有发展前途的一种印花工艺，国内外涤棉混纺织物中约有 70%左右的产品采用涂料印花。 纳米荧光在荧
12、光涂料中的应用 由大连海事大学张占平教授主持的“纳米荧光海洋无毒防污涂料的研制”通过了交通运输部科技教育司主持召开的研究项目验收鉴定。该项目成功研制了以 PTFE 氟树脂复合纳米二氧化钛改性长余辉发光材料的纳米荧光海洋无毒防污 涂料，系统地研究了海洋污损生物在纳米荧光海洋无毒防污涂料上的附着行为，海生物与光照、底质颜色之间的关系，揭示了涂层表面光催化作用与细菌生物膜的形成规律，为研制新型无毒防污涂料提供了理论、实验基础和科学依据。 荧光增白剂在荧光涂料中的应用 荧光增白剂是一类可吸收紫外光 、 发射蓝色光或紫蓝色光的荧光物质 。 其具有增白作用的原因在于 ， 吸附荧光增白剂的物质不仅能将照射在
13、物体上的可见光发射出来 ， 而且还能将不可见的紫外光转化为可见的蓝色光或蓝紫色光反射出来 ， 增加了物体对光的反射率 ； 由于反射出来的可见光强度超过了物体原 可见光的强度 ， 故看上去物体的白度增加了 ， 即物体被荧光增白剂增白了 。 荧光增白剂吸收光波的波长为 300 400 nm， 反射荧光波长为 420500 nm。 荧光增白剂的另一个增白原因可借助光学中的互补色原理加以说明 。 研究发现 ， 白色物体变黄是由于从被照射物体上反射出来的光线中蓝色光强度相对降低所致 。 因此 ， 早期人们使用某些蓝色对织物上蓝 ， 以掩盖其泛黄现象 ， 但却引起织物亮度下降 ， 在视觉上产生了暗淡的感觉
14、 。 洗涤剂中使用的荧光增白剂会发出蓝色或蓝紫色的荧光 ， 从而恢复了织物的白色 ， 目前已广泛用于造纸 、 纺织 、 塑料 、 涂料 、 合 成洗涤剂和皮革等领域中 。 有机硅改性丙烯酸树脂荧光在荧光涂料中的应用 有机荧光颜料亦称日光颜料 ， 在日光照射下吸收光能 ， 不以热能的形式散发 ， 而以低频可见光将所吸收的能量发射出去 ， 从而呈现异常鲜艳的色彩 。 将有机荧光颜料分散于丙烯酸树脂中制成的荧光涂料耐候性和保光性都较好 ， 但热塑性能有限 ， 使其高温易返粘 、 粘尘 ，低温易脆裂而导致应用受到限制 。 用有机硅改性丙烯酸乳液作主要成膜物质 ， 制得的涂料具有优良的耐候性 、 耐擦洗
15、性 、 耐污染性 ， 防尘性能好 ， 施工方便 ， 成本低 ， 近年来发展很快 。这里研究了将荧光颜料乳剂直接分散于有机硅改性 丙烯酸树脂中 ， 制成高性能的荧光涂料 ，使其应用范围更为广泛 ， 性能更加优良 。 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5 期达到的目标 1 研究内容 自清洁荧光面料加工技术路线研究；自清洁和荧光面料前处理技术及工艺分析；自清洁和荧光整理剂的筛选、复配；自清洁和荧光整理工艺研究；自清洁荧光面料生产技术研究；自清洁和荧光面料性能测试和分析。 2 研究方法 在大量文献分析研究的基础上，制定研究课题方案，并根据研究方案确定技术路线和试验方法与试验步
16、骤。 3 技术路线 相关文献资料查阅、分析研究 制定研 究方案 确定技术路线 自清洁与荧光整理剂的筛选 自清洁荧光面料加工工艺研究与产品开发 面料相关性能的测试、分析 4 研究难点 解决自清洁荧光处理后面料剩余强力值下降严重的关键技术问题。 5 预期目标 开发出一种具有自清洁荧光效果的新型服装面料。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 11 月 01 日 2010 年 11 月 22 日：毕业论文的选题（确定选题）； 2010 年 11 月 23 日 2011 年 01 月 01 日：完成并提交文献综述、开题报告和外文翻译； 2011 年 02 月 21 日 2011 年 03 月 11
17、 日：完成毕业论 文（设计）初稿并通过学院组织的审核； 2011 年 03 月 12 日 2011 年 05 月 03 日：毕业实习并接受学校的抽查； 2011 年 05 月 04 日 2011 年 05 月 12 日：完成并提交毕业论文； 2011 年 05 月 13 日 2011 年 05 月 22 日：毕业论文（设计）评阅； 2011 年 05 月 23 日 2011 年 06 月 03 日：毕业论文答辩。 五、主要参考文献 1 赵先丽，王强，周庆荣杨抗皱自清洁舒适性精毛纺面料的生产 J毛纺科技， 2007，21（ 9）： 33 35 2 吴小鸣仿生荷叶薄膜不沾水自清洁 J中小企业科技，
18、 2000，（ 3）： 33 35 3 周洪英具有自清洗功能的纳米高科技面料在港面世 J功能材料信息， 2006， (6)：6 45 46 4 梁高勇，石巍，徐新和 07领带面料抗油、拒水及易去污后整理工艺试验 J西安工程大学学报， 2009， 30(3)： 23 26 5 何艳芬，武晋，张芳棉型机织面料的易去污整理工艺研究 J染整技术， 2009， 13（ 11）： 26 27 6 钱士明，吴岚真丝绸易去污整理技术研究 J丝绸， 2008， 16(12)： 53 55 7 吴济宏，杨满凤荧光针织面料的研究纺织科技进展， 2005,33（ 5） :34 36 8 张长萍 . 微珠直径对回归反光
19、织物性能的影响 D江南大学， 2006 9 陈大伟，秦传香，邢铁玲等阳离子橘红荧光染料的合成及其染色性能 J印染， 2010,34（ 10）： 47 49 10 秦传香，秦志忠纺织用荧光染料的研究印染助剂 ,2005（ 5）： 17 20. 11 朱虹 ,王仲秋 .工艺条件对回归反射织物反射性能的影响 J.纺织学报 ,1995 , (16):140-142. 12 于范芹 . 植株法反光布加工技术 J.中国劳动防护用品 ,2001 ,(5):11-13. 13 王艳忠 . 荧光防伪聚丙稀纤维的制备及其特性研究 J ,合成纤维 ,2001 ,(5):28-30. 14 胡志祥 . 仿羽绒针织产品
20、的开发 J . 上海纺织科技 ,2003 , (4) :30-31. 15 李传梅 . 功能性纤维及其织物的染色性能 J.纺织导报 ,2003,(5),128 -129. 16 蒋高明 . 现代经编产品设计与工艺 M . 北京 :中国纺织出版社 , 2002. 17 汤红妍 ,罗亚田 ,超声波 +电场和光催化协同降解有机污染物的研究现状 J.四川环境 , 2005,24(1):65-67,118 18 程萍 ,顾明天 .二氧化钛可见光光催化剂研究进展 J.现代化工 ,2005,25(2):25-28 19 秦传香 ,秦志忠 , 纺织用荧光染料的研究 J.苏州大学材料工程学院 ,2005,22(
21、9) 20 贾建洪 , 盛卫坚 , 高建荣 . 溶剂黄 X16 的合成研究 J.化工时刊 ,2003,17(11):25- 27. 21 Neuweiler， Fritz Rutsch，Margaret Soluble humic substances from in situ precipitated microcrystalline calcium carbonate,internalJ.Geology,2000, 28(9):581 584 22 P. J. Brown and K. Stevens, “Nanofibers and Nanotechnology in Textiles, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, 2007.
