典型功能紡織品的介紹

田翠芳

(青島大學紡織服裝學院，山東 青島 266071)

1 引 言

隨著社會和生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，物質(zhì)生產(chǎn)的日益豐富，人們的環(huán)保、健康、安全的意識越來越強，人們開始追求更舒適、更美好的生活，將服用紡織品賦予衛(wèi)生與保健功能，也逐漸成為當今紡織品發(fā)展的趨勢[1]。由于我們的生存環(huán)境中存在各種各樣的細菌和霉菌，在高溫高濕的環(huán)境下，這些微生物在衣物上大量繁殖時，纖維容易受到酸性或者堿性代謝物的作用而發(fā)生降解、變色，并生成揮發(fā)性惡臭物質(zhì)如醋酸、氨氣等，還容易引發(fā)人體某些皮膚病，因此，人們對高附加值的紡織面料的需求不斷上升，尤其對生態(tài)環(huán)保型紡織品需求劇增，這就要求我們開發(fā)除具有天然纖維的特性外，還須具有良好的吸濕性、透氣性、對人體無害的功能性纖維。紡織品的功能化適應了人們追求健康、舒適生活方式的變化，為人們完美的生活提供了更多的選擇，是紡織品技術(shù)進步的方向，是提高紡織產(chǎn)品檔次和附加值的有效途徑之一。

隨著科學進步和經(jīng)濟發(fā)展，近年來，功能紡織品的種類日益增多，功能性紡織品行業(yè)迅速發(fā)展成為一個重要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。功能紡織品是指除具有自身的基本使用價值外，還具有抗菌、除螨防霉、抗病毒、抗蟲防蛀、阻燃、防皺免燙、拒水拒油、防紫外線、防電磁輻射以及具有香味、磁療、紅外線理療、負離子保健等功能中的一種或幾種的紡織品。

本文著重介紹了幾種典型功能紡織品，包括阻燃紡織品、拒水拒油紡織品和抗菌紡織品，以及它們的加工整理方法、評價方法和測試標準。

2 阻燃紡織品

通過化學鍵合、化學黏合、吸附沉積及非極性范德華力結(jié)合等作用，使阻燃劑固著在纖維或織物上，從而使織物獲得阻燃性能；或通過提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性或纖維阻燃改性制成阻燃纖維進而織成阻燃織物，所得到的紡織品稱作阻燃紡織品。

2.1 阻燃紡織品的加工整理方法

一種方法是通過將阻燃劑單體與高聚物共聚或在聚合體中加入阻燃劑經(jīng)混溶加工制成共混纖維，再織成阻燃織物；第二種方法是將阻燃劑用噴涂、浸軋或涂層的方法對織物進行處理，當遇到火種時發(fā)生物理和化學反應，從而達到阻燃效果；第三種方法是根據(jù)生產(chǎn)中的實際需要，把前兩種方法有效結(jié)合起來生產(chǎn)阻燃紡織品[2]。

近年來各國阻燃劑開發(fā)明顯加快，且呈現(xiàn)出相當一致的發(fā)展態(tài)勢，即尋求開發(fā)無鹵、低毒、無煙、低污染、低腐蝕的阻燃劑。高效多功能復合阻燃劑 (熱穩(wěn)定性好、耐久性好)和無機環(huán)保阻燃劑(ATH)倍受重視。鹵溴族阻燃劑一統(tǒng)阻燃領域的傳統(tǒng)局面被打破，逐步興起的是磷系、氮系、有機硅型、膨脹型阻燃劑，無機阻燃劑由于具有低煙毒，不含鹵銻，是阻燃劑無鹵化的途徑之一，因而成為主要的研究方向。此外消煙型阻燃劑也在開發(fā)中。 協(xié)效阻燃劑的阻燃效果大于單獨使用某種阻燃劑的效果，可以減少用量，降低成本，所以也是近年的研究方向之一。 近年磷-氮協(xié)效阻燃劑異軍突起，由于磷-氮之間較好的增效和協(xié)同作用，顯示出良好的阻燃性能，L0I達29%以上，發(fā)煙及有毒氣體均少。

非鹵阻燃劑中無機阻燃劑是重要的一部分，特點是無毒或低毒、低廉、燃燒時防流滴、不產(chǎn)生煙霧或有抑煙作用，缺點是阻燃效果差，單獨使用量大。除水合金屬氧化鋁少數(shù)幾類外，大多作輔助阻燃目前國外的研究集中在提高無機阻燃劑的效能、減少用量、降低成本上。

英國的Albright公司開發(fā)了一種橋式磷酸酯阻燃劑，具有良好的阻燃性、可加工性和低揮發(fā)性，在滌綸、尼龍中應用日益增加。滌綸、腈綸現(xiàn)采用新型無鹵阻燃劑。聚丙烯纖維使用效果良好的是氮-磷和IFR膨脹型阻燃劑，后者是美國開發(fā)的新型阻燃劑，它包括碳源、成核劑、酸源、發(fā)泡源等，具有無煙、無毒、無腐蝕、無滴落的優(yōu)點，對于長時間或重復暴露于火焰中有較好的抵抗力，阻燃性能好。

除了加強紡織用新型阻燃劑的開發(fā)，也使用涂層、塑料等其他領域用的阻燃劑。日本一化學公司推出了一種發(fā)泡性絕熱阻燃涂料(含磷和陶瓷)，可在水中分散。置于高熱下膨脹發(fā)泡，形成絕熱碳化層，產(chǎn)生阻燃化而保護內(nèi)部。因含黏合劑，可在纖維表面涂層，遇熱成為發(fā)泡材料[3]。

2.2 評價織物阻燃性能的方法

評價織物的阻燃性能通常有兩種方法。

(1)通過織物的燃燒速率評判[4]?？椢镆栽嚇优c火焰的相對位置(分為垂直法，45°法和水平法)的方法與火焰接觸一定時間后，移去火焰后，測定織物續(xù)燃或陰燃的時間以及織物的燒毀長度。續(xù)燃或陰燃時間越短，燒毀長度越低，則織物的阻燃性越好。

垂直法一般用于測試服裝、裝飾、帳篷等紡織品的阻燃性能；而45°法適用于測試飛機內(nèi)的內(nèi)裝飾用布；而水平法則用于測試地毯之類的鋪墊紡織品和汽車內(nèi)飾紡織品。垂直法是目前最為普遍的測定方法。這類實驗比45°方向、水平方向燃燒更為劇烈。

(2)通過測定樣品的極限氧指數(shù)(LOI)評判。將被夾持試樣垂直放入透明燃燒筒中，筒內(nèi)有向上的移動氧氮氣流，點燃試樣端，隨即觀察燃燒現(xiàn)象，并與規(guī)定的極限值比較其持續(xù)燃燒時間或損毀長度，通過不同氧濃度中一系列試樣的實驗，可以維持燃燒所需要的最低氧濃度值。極限氧指數(shù)是指織物燃燒所需要最低氧氣百分數(shù)，極限氧指數(shù)越高，說明維持燃燒所需要的氧氣濃度越高，即表示紡織品越難燃。LOI低于20%，屬易燃纖維；LOI在20%～26%之間，屬可燃纖維；LOI在26%～34%之間屬難燃纖維；LOI在35%以上則屬不燃纖維。

相比較兩種評價方法，第二種方法比較適合用于工藝過程實驗使用。

2.3 常見的阻燃紡織品測試標準

美國在1953年就通過了《易燃織物法案》，1954年和1967年又先后對其進行了修訂，由美國國會頒布并由美國消費品安全委員會(cpsc)強制執(zhí)行。包括窗簾帷幕類、床上用品、兒童睡衣、地毯、帳篷、汽車和飛機內(nèi)裝飾用材料等。

加拿大立法議會在《危險產(chǎn)品法規(guī)》中，對兒童睡衣、地毯、帳篷、玩具、床墊等制定了條例。

我國公安部消防局制定的強制性國家標準GB20286-2006《公共場所用阻燃制品燃燒性能要求和標識》于2007年3月1日正式實施，2008年7月1日強制執(zhí)行。包括公共場所使用的裝飾墻布(氈)、窗簾、帷幕、裝飾包布(氈)、床罩、家具包布等。

3 拒水拒油紡織品

施加一種或數(shù)種整理劑，改變織物的表面性能，使織物不易被水和常見油污所潤濕或沾污，這樣的織物稱為拒水拒油紡織品。拒水拒油紡織品可廣泛應用于服裝面料、廚房用布、餐桌用布、裝飾用布、產(chǎn)業(yè)用布、軍隊用布、勞保用布等[5]。

3.1 拒水拒油紡織品的加工整理方法

織物拒水整理[1]：阻止液態(tài)水對織物的潤濕及透過，但仍然保持了織物的透氣透汽性能。

織物拒油整理[1]：在織物通過油類液體時不被油潤濕，使織物有防污性能。

通過適當?shù)恼砉に嚕芩苡驼韯┛梢再x予織物保護層，使織物具有拒水拒油功能。拒水拒油的效果與拒水拒油劑的種類和濃度有關，濃度越高，拒水拒油的效果越好，但濃度提高到一定程度后，隨拒水拒油劑濃度的增加，拒水拒油的效果不再有明顯的提高[6]。

國內(nèi)外生產(chǎn)和使用的拒水拒油整理劑主要有以下幾種：(1)石蠟-鋁皂類，(2)吡啶季銨鹽類，(3)羥甲基類，(4)硬脂酸絡合物，(5)有機硅型，(6)有機氟類。前五類拒水拒油劑有共同弱點：不拒油、不防污、耐洗性差。近年來，含氟化合物在織物拒水、拒油、防污整理方面的應用正在發(fā)展中。在紡織品拒水加工中，氟烷基化合物的實用化是在20世紀50年代，最早由美國杜邦公司進行氟聚合物織物拒水拒油整理的嘗試，并率先發(fā)表了以四氟乙烯乳液作為織物拒水拒油整理劑的專利。后來美國3M公司研制開發(fā)了以全氟羧酸鉻的絡合物為主要成份的織物整理劑，但很快被性能更好的含氟丙烯酸酯聚合物所取代，并用于紡織品拒水拒油整理，推出的商品為Scotch guard，隨后杜邦的Teflon，旭硝子的Asahi guard，大金工業(yè)株式會杜Unidync等相繼問世，這些含氟拒水劑具有拒水拒油性，而且不損害纖維原有的風格，因此得到了迅速普及推廣，成為當今拒水拒油劑的主流。

等離子體是一種清潔整理技術(shù)，用等離子體照射織物，等離子體中的電子、原子、離子等對織物表面進行刻蝕，并在其表面形成自由基。由于等離子表面處理僅涉及5O～ 100 nm處，因此對織物原有的物理機械性能基本無影響。織物經(jīng)等離子體處理后，再對其進行拒水拒油整理，可以使織物具有更佳的拒水拒油性能。

3.2 評價織物拒水拒油性能的方法[7]

(1)拒水級別測試：沾水試驗

(2)耐水壓性能測試：試樣受水壓力逐漸增大，直至水透過試樣，在布面上出現(xiàn)3滴水珠時，記錄其水壓值。

(3) 織物耐水洗性測試：GB12799-91，采用標準洗滌劑洗滌試樣10 min ，排水，再漂洗2 min，脫水2 min，晾干或烘干，重復至30次的洗滌后，再測取剩余拒水拒油性能。

(4)織物的透氣性測試

(5)拒油性能測試：AATCC118-1992系列標準試液潤濕試驗，應用了8個表面張力依次降低的烴類液體涂在涂層表面，觀察涂層織物的潤濕情況。拒油等級以織物表面不潤濕標準液的最高編號來確定。

3.3 拒水拒油性測試方法標準

( 1)拒水測試方法

GB/T 4745-1997與ISO、AATCC測試方法相同，同為5個級別。

GB/T 4745-1997沾水等級。1級為受淋表面全部潤濕；2級為受淋表面有一半潤濕，這通常是指小塊不連接的潤濕面積的總和；3級為受淋表面僅有不連接的小面積潤濕；4級為受淋表面沒有潤濕，但在表面沾有小水珠；5級為受淋表面沒有潤濕，在表面也未沾有小水珠。

(2)拒油測試方法

GB/T 19977-2005與ISO、AATCC測試方法相同。GB/T 19977-2005測試方法：對各類油試液進行編號，從編號1的油試液開始，在織物上滴5小滴，觀察30 s，3滴為A類有效，即做下一個級別，直到無效，如前一個拒油等級有效，在該試液減去0.5表示試樣拒油等級。

A類為液滴清晰，具有大接觸角的完好弧形；B類為圓型液滴在試樣上部分發(fā)暗； C類為潤濕或完全潤濕，表現(xiàn)為接觸角消失，芯吸明顯，液滴閃光消失；D類為完全潤濕，表現(xiàn)為液滴和試樣的交界變深(發(fā)灰、發(fā)暗)，液滴消失。

(3) GB 12799-91 抗油拒水防護服安全衛(wèi)生性能要求

拒水標準同GB4745的測試方法：將試劑由低到高測試，將試劑輕輕滴至織物上5處，停留3 min，45°觀察，4處未浸潤為通過。

要求：抗油≧130分，并能抗機、柴油傾復滲漏； 拒水=5級，洗滌30次；剩余抗油≥80分；剩余拒水≥1級，背面無滲水。

4 抗菌紡織品

通過在聚合階段、聚合終了或紡絲噴口前以及紡絲原液中將抗菌劑加入纖維中的方法或?qū)⒖咕鷦峁淘诶w維上，從而達到抗菌防臭目的的后整理加工法進行生產(chǎn)制得的紡織品稱為抗菌紡織品[8]。

4.1 抗菌紡織品的加工整理方法[9]

(1)接枝法：用化學方法在大分子上接枝具有抗菌性的基團，使纖維獲得抗菌性能。這種方法制得的纖維用作抗菌保健服裝材料，具有永久抗菌性。代表性商品有東洋紡的Biosil。該方法是國內(nèi)較新的方法，但由于技術(shù)含量較高，應用不廣泛。

(2) 離子交換法：采用具有離子交換基團的纖維，通過離子交換反應使纖維表面置換上一層具有抗菌性的離子(一般為銀離子或銀離子與銅離子或鋅離子的混合物)。由于金屬離子與纖維的離子交換形成離子鍵，所以制得的纖維可具有持久的抗菌效果。

(3)濕紡方法：將合適的抗菌劑在有機溶劑中溶解，然后加到紡絲原液中，經(jīng)濕紡制得具有抗菌性能的纖維，此纖維屬于溶出型抗菌方式，此方法多用于抗菌聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)制造。近年來，人們在抗菌加工中，還將該方法與抗菌整理方法結(jié)合起來使用，以求進一步改善抗菌制品的抗菌性能和耐洗性能。

(4) 熔融共混紡絲法：將抗菌劑與原料進行共混，然后通過熔融紡絲制得具有抗菌效果的纖維?？咕鷦┛删鶆虻胤植荚诶w維中，所以其纖維及產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐洗性能，抗菌效果也更持久。該方法要求使用的抗菌劑耐高溫，且聚合物有良好的相容性和分散性。

(5)復合紡絲法：將抗菌母粒和原料通過復合紡絲的方法制成皮芯結(jié)構(gòu)的纖維?？咕噶槠?，原料為芯層，與共混法相比，所需要的抗菌劑少，可減少因抗菌劑的引入對原料物理力學性能和服用性能的影響，但其生產(chǎn)技術(shù)復雜、成本高。

目前生產(chǎn)和使用的抗菌整理劑主要有以下幾種[10]。

(1)無機系列抗菌防臭劑：代表制品為日本鐘紡公司的抗菌性沸石。該劑可廣譜抗菌、耐洗、安全、無污染，廣泛用于衣料、床上用品、裝飾織物等。此類抗菌防臭劑還有含溶解性抗菌防臭金屬離子的玻璃粉末或陶瓷，將其制成極細微粒子混入紡絲原液中制絲，可得耐久性抗菌防臭纖維。其抗菌機理是由于徐徐溶出的活性氧和銀離子擴散入細菌細胞內(nèi)，破壞細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的構(gòu)造，引起代謝障礙。

(2)季銨鹽系列：日本大和化學工業(yè)公司的以N—芐基—N、N二甲基—N—烷基氯化銨為主要成份的抗菌防臭劑，能迅速殺滅金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和肺炎桿菌，高效安全。其它還有聚氧乙烯基三甲基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基氯化銨等。它們是利用抗菌防臭劑表面吸附作用使組織發(fā)生變化，使細胞質(zhì)膜引起損傷。

(3)銅化合物類：由日本蠶毛染色公司開發(fā)的圣達綸—SSN纖維，是用Cu9S5處理腈綸而得到的抗菌防臭防靜電纖維。旭化成公司采用在制造銅銨纖維的凝固、再生工序中控制脫銅，使銅化合物在纖維內(nèi)分散的方法，得到含硫化銅的再生纖維，可抗菌防臭防靜電易去污。其機理是利用銅離子破壞微生物的細胞膜，進入細胞內(nèi)與酶結(jié)合，降低酶的活性，使代謝機能受阻，生育受抑制而死亡。

(4)胍系列：將含1，1′一六亞甲基雙〔5—(4—氯苯)雙胍〕二葡萄糖酸鹽的抗菌劑加入尼綸等紡絲原液中得到抗菌防臭纖維，對細菌有很強的殺菌活性，但對真菌效果低。其抗菌防臭機理是借細胞溶菌酶的作用受阻使細胞表層構(gòu)造變性而破壞。

(5)天然物系列：由于一些化學抗菌防臭劑有毒副作用，用天然物作抗菌防臭劑深受市場歡迎。如從天然甲殼質(zhì)水解后提取的脫乙酰殼多糖制成的抗菌防臭劑對大腸桿菌、各種真菌、金黃色葡萄球菌均有強抗菌作用；從唇形科植物中提取茴香油等物質(zhì)作抗菌防臭劑既可殺滅細菌又可防真菌；從柏樹中提取萜烯類物質(zhì)作抗菌防臭劑處理聚酯空芯短纖維(帝人公司)。此外，還有使用甲殼質(zhì)的鹽酸鹽，柏樹提取物檜醇等天然物質(zhì)作抗菌防臭劑。

(6)其它：包括含氮化合物、有機金屬化合物、硫磺鹽類等。

4.2 評價抗菌紡織品抗菌性能的方法

對于抗菌紡織品抗菌性的測試方法，發(fā)展較早的是日本和美國，最有代表性且應用較廣的是美國的AATCC100試驗法和日本的工業(yè)標準JIS。國內(nèi)使用較多的評價方法一般都是參照AATCC(American Association of Textile Chemists and Colorists，美國紡織染色家和化學家協(xié)會)標準和日本JAFET(日本纖維制品新功能協(xié)議會)批準的“SEK”標志認證標準的方法。我國于1992年頒布了紡織行業(yè)標準FZ/T01021-1992《織物抗菌性能試驗方法》，1996年頒布了國家標準GB15979-2002《一次性使用衛(wèi)生用品衛(wèi)生標準》。但是抗菌性能評價的方法和標準還遠末作到系統(tǒng)、統(tǒng)一、規(guī)范，尤其是抗菌紡織品的性能評價和產(chǎn)品規(guī)范在我國還有許多問題不明確。

4.3 抗菌紡織品常見抗菌標準[11]

4.3.1 定性標準

(1)JISL 1902：2002紡織品的抗菌活性檢測方法和抗菌效果暈圈法；

(2)AATCC 147—2004織物抗菌活性的定性評估：平行劃線法；

(3)AATCC 90—1977織物抗菌性能檢測方法：瓊脂平板法；

(4)國際標準草案ISO /FD IS 20645：2004《紡織品2抗菌活性的測定———瓊脂平皿試驗》；

(5)衛(wèi)生部《消毒技術(shù)規(guī)范》(2002年版)中的“抗(抑)菌試驗”：抑菌環(huán)試驗。

4.3.2 定量標準

(1)JISL 1902：2002紡織品的抗菌活性檢測方法和抗菌效果菌液吸收法;

(2)AATCC 100—2004織物抗菌性能的定量評估；

(3)ASTM E 2149—2001固著性抗菌劑抗菌性的振搖測試法；

(4)衛(wèi)生部《消毒技術(shù)規(guī)范》(2002年版)中的“抗(抑)菌試驗”：振蕩燒瓶試驗(即美國道康寧公司開發(fā)的振蕩燒瓶法)。

5 展 望

功能性紡織品的開發(fā)及應用無疑將對當今服裝、家用及產(chǎn)業(yè)用紡織品的未來發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠的影響。功能性紡織品的開發(fā)順應了人們?nèi)找嬖鲩L的對紡織服裝、產(chǎn)業(yè)紡織品等的新要求，而日益蓬勃發(fā)展的科學技術(shù)為功能性紡織品的開發(fā)提供了保證。功能性紡織品的開發(fā)同時也為紡織企業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，起到了較大的促進作用并在很大程度上提高了傳統(tǒng)紡織品的附加值。

功能性紡織品的研制開發(fā)已成為國際潮流和熱點，西方國家這類技術(shù)紡織品占領了國際高端市場。此領域在我國尚處于發(fā)展初期，有一定的難度，存在困難的同時，也充滿著機遇，無論從研究的角度，還是從工業(yè)化的角度都極具發(fā)展?jié)摿?。未來功能紡織品的發(fā)展趨勢是：服用紡織品的進一步舒適化、衛(wèi)生保健化；紡織品生產(chǎn)的無污染化、生產(chǎn)高效化；結(jié)構(gòu)材料、生物醫(yī)用材料、產(chǎn)業(yè)用材料、信息用材料等功能纖維材料化；紡織品智能化。只要走在時代的前列，抓住時代的脈搏，就能迅速發(fā)展[12]。

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