日用功能性纖維開發(fā)與應用

趙 燕，尹荔松，曾顯華

(五邑大學應用物理與材料學院，廣東 江門 529020)

紡織新材料、新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，滿足了紡織品的多功能、高仿真和高性能的發(fā)展需求。目前賦予紡織品功能性主要有后整理方法、共混紡絲法、復合紡絲、纖維改性以及使用新型纖維等方法。后整理方法存在產(chǎn)品耐久性及環(huán)保節(jié)能等問題使其更多地應用于天然纖維，而紡織原料及紡絲技術(shù)的不斷開發(fā)，使功能性纖維的發(fā)展取得了長足進步。

功能性纖維的廣泛應用，已成為紡織行業(yè)新的經(jīng)濟增長點，在日常生活領(lǐng)域功能性纖維按其所具有的功能主要可分為衛(wèi)生保健類、防護類、舒適類、醫(yī)療類。

1 衛(wèi)生保健類

1.1 抗菌防臭纖維

通常方法是將抗菌劑以共混改性的方式加入到化學纖維中制備持久性抗菌纖維?？咕莱衾w維具有抑制和殺死細菌，防止因細菌分解人體分泌物而產(chǎn)生臭氣，阻止疾病傳播等功效。隨著國內(nèi)超微細技術(shù)的發(fā)展，已能夠批量生產(chǎn)多種纖維，用無機抗菌劑，通過共混或復合引入化纖之中，實現(xiàn)了抗菌纖維的產(chǎn)業(yè)化。目前開發(fā)的抗菌防臭纖維主要是在滌綸、錦綸[1]、腈綸及Lyocell纖維上[2]施以抗菌防臭劑制成的，而在眾多抗菌防臭劑中，含金屬氧化物(陶瓷微粒) 的抗菌效果比較突出。在滌綸中添加氧化鋅、氯化銀、氧化銅、氯化亞銅、硫酸銅等微粒，其產(chǎn)品的初期滅菌率、10 次洗滌后的滅菌率都很高，對大腸桿菌、枯草桿菌、鼠傷寒沙門菌、金黃葡萄球菌、肺炎克雷伯氏桿菌等具有極強的消毒作用，并可抑制細菌生長。在滌綸、錦綸和腈綸中混入抗菌性沸石制成的抗菌防臭纖維，它對許多細菌和霉菌具有消毒作用，尤其是對綠濃菌、耐藥性金黃色葡萄球菌的抑制和預防效果較好。

1.2 芳香、消臭纖維

纖維的芳香加工一般有微膠囊法、共混法和皮芯復合法。微膠囊技術(shù)是在化纖紡絲過程中把香料和包有杉木油或香柏油的微膠囊加入到紡絲液中；皮芯復合法是將香料摻入復合纖維的基層中，使香味徐徐從纖維兩端釋放，適合中、長纖維類制品，效果較持久。共混法因效果不好而很少使用。近年，日本鐘紡等公司新開發(fā)的香味纖維應用了微調(diào)色莢膜技術(shù)，在尿素系列樹脂中包有香精，用膠黏劑連接纖維，穿著時，便會逸出薄荷或茉莉香味。

目前消臭類纖維多利用能捕獲臭味的消臭劑，以再加工方式附加于纖維中或進行混紡而制成。所用的消臭劑有從茶葉中提取的類黃酮系、抗壞血酸加無機鹽、鐵酞菁化合物等。通常，惡臭物質(zhì)大多含有不穩(wěn)定狀態(tài)的氫，很容易被氧化，而天然氧化酶是高價物質(zhì)，且不穩(wěn)定，因此，人工氧化酶的設(shè)計至關(guān)重要。日本信州大學研制出一種安全而有效的人工氧化酶-酞菁，含質(zhì)量分數(shù)為3%酞菁的多孔纖維，對于硫醇、硫化氫及醛的吸臭效果，相當于活性炭的100倍。將幾種金屬酶的模型高分子材料復合成纖維時，對胺及異戊酸的脫臭效果，是活性炭的20～50倍。大阪一家紡織公司用它制成除臭纖維和聚酯除臭棉被，其消臭效果可持續(xù)5年之久。

1.3 遠紅外纖維

以放射遠紅外陶瓷微粒為添加劑制造的遠紅外纖維，是一種在成纖高聚物中添加陶瓷微粒制成的功能性纖維。這種類型的陶瓷纖維能夠大量吸收熱源的熱能，并轉(zhuǎn)換成2～20 μm 波長的遠紅外線向人體放射，使人體局部產(chǎn)生溫熱效應，促進血液循環(huán)，同時也有效地抑制了人體熱量的散發(fā)。這種類型的陶瓷纖維除了具有保溫作用之外，還具有抗菌、保鮮、醫(yī)療保健、促進動植物生長和成熟等功效。遠紅外纖維中添加的陶瓷微粒主要是金屬氧化物，如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、二氧化鈦、二氧化硅等，不同的遠紅外陶瓷微粒具有不同的紅外光譜特性，較為理想的材料是在環(huán)境溫度為20～50 ℃時具有較高的光譜發(fā)射率。

2 防護類

2.1 抗靜電纖維

抗靜電纖維的制造方法有表面加工法、共混紡絲法、復合紡絲法、共聚或接枝共聚法。表面加工法是用抗靜電劑對纖維表面進行加工，通過離子絡(luò)合或化學反應，使抗靜電劑固著于纖維表面。Unitika Textiles 公司的Dual Plus EM滌棉，是經(jīng)過低溫等離子體處理的復雜功能性材料，具有吸水、抗靜電與抗污性能。共混紡絲法是在聚合或紡絲前把抗靜電劑如聚醚類抗靜電劑添加到聚合物熔體或原液中進行共混紡絲的加工方法，如果選用的抗靜電劑能在基體聚合物中相分離，則抗靜電劑在紡絲成形后因相分離而成為微纖狀的島，基體聚合物是海，微纖狀的抗靜電劑沿著纖維的長度方向分布在纖維內(nèi)部，構(gòu)成了輸送或傳導電荷的低電阻通路，纖維內(nèi)部和表面都能夠使電荷逸散，取得良好的抗靜電效果。如日本Toyobo 公司的Emina-White 滌綸雙組分纖維在滌綸內(nèi)部有一種白色導電成分。復合紡絲法主要采用皮-芯型雙組分復合法制造抗靜電纖維，例如用混有聚乙二醇的聚酰胺為皮，聚酯為芯的復合纖維。共聚或接枝共聚法則采用共聚或接枝共聚的化學改性方法，在疏水性合成纖維大分子主鏈上引入親水性、導電性成分,提高合成纖維的抗靜電性能。此外，使用碳黑復合或金屬化合物復合有機導電纖維是生產(chǎn)永久性抗靜電紡織品的有效途徑，從紡織產(chǎn)品的抗靜電功能要求來看，無塵、無菌、防爆、抗靜電工作服等特殊功能紡織品需要采用碳黑復合(碳黑涂敷) 高電導有機導電纖維，常規(guī)民用紡織品根據(jù)其色澤深淺、織物組織、導電纖維可否顯露等技術(shù)要求，可采用碳黑復合或金屬化合物復合。Nisshinbo 公司[3]的Sparkguard 是一種含碳纖維的抗靜電滌綸面料。

2.2 阻燃纖維

按照難燃標準(臨界氧指數(shù))，達26%以上的難燃纖維有改性聚丙烯腈纖維、波萊克勒爾纖維等。新近又開發(fā)出聚酯系和聚丙烯腈系的各種纖維制品，這些都是由難燃成分共聚或混合制成的。美國UniFi公司推出了旗下首個具有永久阻燃功能的再生滌綸纖維Repreve FR，該纖維已經(jīng)被美國Momentum紡織公司用來生產(chǎn)醫(yī)用隱私幕簾。日本倉敷紡織公司開發(fā)的EBRIQ系列已有抗菌、除臭、濕潤發(fā)熱、接觸涼感等4個產(chǎn)品。此次開發(fā)的“EBRIQ防火”產(chǎn)品是采用環(huán)保、無鹵型阻燃性單體通過電子束接枝聚合技術(shù)制得的。日本帝人纖維公司推出了無鹵阻燃聚酯纖維Super Extar，由于Super Extar是在纖維中直接攙雜了阻燃劑的纖維，因此具有耐洗性。在2009中國國際紡織紗線展覽會上，我國特種纖維領(lǐng)域的排頭兵煙臺氨綸股份有限公司的永久阻燃高性

能纖維——紐士達 ?間 位芳綸亮相。該纖維具有優(yōu)異的耐熱、阻燃性，限氧指數(shù)大于28%，可在220 ℃高溫下長期使用。另外江蘇吳江潤泰織造有限公司開發(fā)的一款“阻燃麂皮絨”，該織物經(jīng)絲采用116.7 dtex阻燃海島復合絲，緯絲采用滌綸333 dtexDTY 阻燃絲。俄羅斯薩拉多夫國家技術(shù)大學通過對聚丙烯腈纖維表面進行改性處理，在阻燃方面獲得了較好效果。

2.3 防輻射纖維

金屬纖維、金屬鍍層纖維、涂覆金屬鹽纖維等雖然有較好的防輻射功能，但存在制備工藝難、服用性差等缺點。為解決以上問題，前蘇聯(lián)的科學工作者利用離子交換纖維吸附法以黏膠纖維研制了X射線防護織物，首先進行聚丙烯睛接枝，然后用硫酸鈉溶液處理接枝材料，再用醋酸鉛溶液處理被改性的織物[4]。而利用共混紡絲是制備防輻射線纖維的又一種方法，以聚合物和氧化鉛或硫酸鋇微粉為主要原料，在分散劑存在下，通過熔融或溶液紡絲可制成防X射線纖維。最近美國邁阿密的輻射屏蔽技術(shù)公司開發(fā)出一種改進聚乙烯和聚氯乙烯性能的方法，生產(chǎn)出一種輻射屏蔽材料。此聚合物基質(zhì)采用一種未披露的工藝進行整理，產(chǎn)生一種電子共振作用使之可吸收輻射。據(jù)稱這種改性方法使聚合物基體的電子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出類似于可降低或吸收輻射的重金屬的電子結(jié)構(gòu)。從1977年美國科學家A.F.Heeger發(fā)現(xiàn)聚乙炔摻雜后具有導電性以來，結(jié)構(gòu)型導電聚合物的研究取得了很大的進展。聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺等系列結(jié)構(gòu)型導電聚合物已相繼合成，成為防電磁輻射纖維的一種新思路。但是由于這類聚合物的加工性能較差而未能得到廣泛應用。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料獨有的小尺寸效應、表面與界面效應和量子尺寸效應，使得它具有許多宏觀材料沒有的特性，這些將極大地提高材料的防護性能。

2.4 抗紫外線纖維

強烈的紫外線直接照射會使人的皮膚老化、干燥而起皺紋，進而產(chǎn)生紅斑和色素沉著，經(jīng)常照射還有致癌的危險。為此，開發(fā)抗紫外線纖維引起人們的重視。纖維大分子上的某些官能團能吸收紫外線而具有防紫外線的能力。腈綸大分子上的-CN 基、滌綸大分子的芳族基都能吸收紫外線；棉、桑蠶絲等常用于夏季服裝面料的天然纖維對紫外線的吸收能力低，防紫外線能力較差。纖維形態(tài)對其防紫外線的能力也有影響，纖維橫截面為扁平異形結(jié)構(gòu)的要比相同線密度的圓形纖維遮蔽效果好。結(jié)構(gòu)卷曲、密度高的纖維遮蔽性好。另外就是在纖維制備過程中添加紫外線屏蔽劑，自然界的多種物質(zhì)對光線都有屏蔽作用，例如: Al2O3、MgO、ZnO、TiO2、SiO2、CaCO3、PbO、碳黑、金屬等，其中，屏蔽紫外線效果較好的是TiO2和PbO。將含有TiO2的陶瓷微粉混入纖維切片進行共混紡絲，或?qū)⑻沾晌⒎奂尤氤衫w聚合物制成芯、外包覆普通聚合物進行復合紡絲。由于共混紡絲法易沾污紡絲設(shè)備，浸漬法的紫外線屏蔽劑分布不勻使得產(chǎn)品手感受到一定影響，對紫外線遮擋的耐久性較差。因此，通常采用的是復合紡絲法，該纖維的防紫外線性能和光穩(wěn)定性良好，與常規(guī)紡織品一樣，耐洗、耐熨燙,具有柔軟的手感，對皮膚無傷害，是一種性能優(yōu)良的抗紫外線纖維。

3 舒適休閑類

3.1 吸濕纖維

合成纖維普遍存在吸濕性較差的缺點，通過共聚或接枝等化學改性技術(shù)，可以在疏水性纖維分子主鏈上引入親水性基團或化合物，以提高合成纖維的吸濕性和吸水能力。例如，通過接枝共聚在滌綸大分子上引入醚基、羥基、磺酸基團等親水性基團，制成的高吸濕滌綸的回潮率可達到4.0%-13.4%。高吸濕纖維材料主要應用于舒適性服裝面料，如果引入親水性的化合物如淀粉，具有極強的吸水性，也可以作為一種高吸水功能性纖維材料加以廣泛應用。用物理改性方法，在常規(guī)纖維材料基礎(chǔ)上制造的中空纖維、多孔纖維、表面粗糙型纖維、微孔纖維、微細纖維和異形纖維，借助于毛細管導濕、導水或保水效應，可以提高纖維的親水性。早期開發(fā)的高吸濕、吸水纖維往往采用單一的纖維改性技術(shù)，而目前生產(chǎn)的高吸濕、吸水纖維則偏向于利用多重纖維改性技術(shù)來提高纖維的親水性。日本帝人公司也利用獨特的化學方法，將一種含有高吸濕性物質(zhì)的絲蛋白涂敷在吸水性纖維上，研發(fā)出“吸濕性纖維”，此種纖維比吸水性纖維更具有吸汗、快干的效果，且有極佳的干爽感，其中空率為5%～10%。

3.2 吸熱、放熱纖維

根據(jù)環(huán)境溫度的變化，在一定的溫度范圍內(nèi)可自由調(diào)節(jié)人體溫度的溫控纖維有相轉(zhuǎn)變物質(zhì)類、塑性晶體類、添加溶劑類及電發(fā)熱類等。相轉(zhuǎn)變物質(zhì)類溫控纖維指利用在室溫下能發(fā)生相轉(zhuǎn)變的物質(zhì)，這類物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變時會伴隨吸熱和放熱現(xiàn)象，通過充填法、浸軋法、微膠囊法將相變物質(zhì)處理到纖維或織物中。塑性晶體類溫控纖維指某些塑性晶體在固-固轉(zhuǎn)變時會產(chǎn)生熱變化。例如：季戊四醇、2, 2-二甲基-1,3-丙二醇、2-羧甲基-2-甲基-1,3-丙二醇等，若將它們加入到中空纖維中，可以在不同溫度范圍內(nèi)賦予纖維或織物所需的貯熱和釋熱性能。實驗證明，用此法改性后的尼龍纖維熱含量是改性前的3.5～4倍，改性后的聚丙烯纖維熱含量是改性前的2倍。用這種纖維制造的溫控織物可用于絕緣、勞動服裝及惡劣氣候條件下的動植物保護等。添加溶劑類溫控纖維指某些溶劑在環(huán)境溫度變化時，具有明顯的熱脹冷縮性，若將其填封在中空纖維中，可以隨溫度變化來調(diào)節(jié)纖維的密度，以達到溫控的目的。電發(fā)熱溫控纖維是將導電的樹脂涂覆在纖維或織物的表面，這種纖維或織物通過電流時便會發(fā)熱，可通過調(diào)節(jié)電流的大小及織物的編織密度來控制纖維或織物的溫度[5]。

4 醫(yī)療類

4.1 醫(yī)用縫合線

聚酯類生物降解材料紡絲制得的縫合線的研究和應用較為廣泛，而聚對二氧雜環(huán)幾酮( PDS) 是聚乙丙交酯之后的又一種新型生物可降解醫(yī)用纖維材料。從20 世紀70 年代后，聚乳酸( PLA) 及其共聚物作為具有吸收性、無毒、不引起發(fā)炎等優(yōu)異性能的合成材料，在外科中得到了應用。由聚乳酸及其共聚物制得的纖維作為可吸收縫合線早有相應的報道[6]。近年來，美國和日本相繼開發(fā)了甲殼素與殼聚糖纖維，是一種新型可吸收、可降解的純天然生物高分子材料。甲殼質(zhì)纖維具有許多不同于纖維素的生物特性，如具有生物的相容性、無免疫抗原性，無毒無刺激，可被溶菌酶分解吸收，促進組織生長，加速傷口愈合、提高免疫力等。此外，高分子合成材料聚丙烯膠原可吸收性縫合線、改進的再生膠原纖維固載金屬離子吸附纖維也在積極投入使用中。

4.2 緩釋藥物纖維

日本一家公司于上世紀90年代初開發(fā)了一種以纖維型制劑形式經(jīng)皮膚透入作為用藥方式的緩釋藥物纖維。開發(fā)該纖維所用基材是尼龍、聚酯、聚丙烯腈等熱塑性線型聚合物，其工藝方法是將藥物摻加到這種聚合物中共混紡絲，使藥物滲入纖維內(nèi)，添加量為基材重量的10%。這種紡絲液在充分混煉之后進行紡絲，紡出78 dtex 纖維。成纖在牽伸方向上形成大量微細孔隙，纖維中的藥物可以經(jīng)過微細孔隙緩慢散出，可使其長時間具有醫(yī)療效果[7]。此外日本人還開發(fā)出又一類浸藥型藥物纖維，纖維采用乙烯-醋酸乙烯共聚物為主要功能材料，浸入溶有藥物的油劑中，利用乙烯-醋酸乙烯共聚物具有吸入油劑的能力，使藥物能夠進入并保持在纖維的內(nèi)部。日本可樂麗公司采用這種方法，對消炎止痛纖維和心臟病醫(yī)療纖維等進行過許多開發(fā)試驗研究工作[8]。德國科學家利用天然纖維和人造纖維中都含有的一種名為“環(huán)式糊精”的糖分子使織物擁有智能醫(yī)療功能。該分子化合物能在織物中形成微小的孔狀空間，并具有吸收不滲水物質(zhì)的性能?？椢飪?nèi)部分子結(jié)構(gòu)能夠較好地保存這些藥物成分使之不流失?？椢锱c人體接觸后，在極少量汗液的“刺激”下，慢慢滲透人體[2]。英國皇家藝術(shù)學院正在研制的服裝則是通過注入藥品和草藥小液滴的微膠囊織物制成的，該產(chǎn)品可通過皮膚直接將藥物成分分散發(fā)至血液中，藥效可以延續(xù)很長時間，并且衣物經(jīng)過反復手洗也不喪失其輔助治療的功效。

5 建議

目前，我國雖然化纖產(chǎn)能居全球第一，但是對功能性纖維及其紡織品的研究與發(fā)達國家還有很大差距。21世紀是信息技術(shù)、生命科學和高新技術(shù)發(fā)展的知識經(jīng)濟時代，紡織品正向著高舒適、高功能和高智能等方向發(fā)展，因此，功能性纖維是紡織行業(yè)今后開發(fā)的重點?；w企業(yè)應抓住時機，加快技術(shù)進步，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使差別化、功能性纖維所占比例進一步提高，開發(fā)更多更好的功能性纖維，提高市場競爭力，共同為我國紡織服裝面料與產(chǎn)業(yè)用紡織品參與國際市場競爭做出貢獻。

[1]Nylstar.Innovations intelligent polyamide [J].Textile Horizon, 2000 (3): 12.

[2]田薇, 王新厚.日用功能性纖維制品的新發(fā)展[J].上海紡織科技，2004, 32(2): 3-5.

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[7]Hironari A, Takao Y, Takashi K.日本公開特許公報平: 日本，32301607[P].1991.

[8]Yasuhiro M, Masao M.日本公開特許公報平：日本，32301608[P].1991.