鍍銀纖維制備工藝及其織物性能的研究進(jìn)展*

林夢(mèng)夢(mèng) 王云儀，2

(1.東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海，200051;2.東華大學(xué)現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海，200051)

隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾暭徔椘返男l(wèi)生性能和保健性能，各種新型紡織材料不斷涌現(xiàn)。銀纖維具有屏蔽輻射、抗菌除臭等特性，是當(dāng)代新的功能纖維研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。

銀纖維按照制備方法不同，主要可分為鍍銀纖維和納米銀纖維兩種。鍍銀纖維是利用高分子材料表面金屬化技術(shù)在紡織纖維表面鍍銀得到的，而納米銀纖維是通過在纖維成形過程中添加超細(xì)銀粒子得到的。因此，鍍銀纖維有天然銀的各種功能特性，而納米銀纖維中的銀微粒因其分布在纖維內(nèi)部及外表面使其在抗菌除臭、防電磁輻射等特性方面的優(yōu)勢(shì)不如鍍銀纖維［1］。本文介紹了鍍銀纖維的制備工藝，總結(jié)了鍍銀纖維織物在防電磁輻射、抗菌性和抗靜電性方面的研究進(jìn)展，為鍍銀纖維的開發(fā)及其織物的優(yōu)化設(shè)計(jì)、應(yīng)用提供參考。

1 鍍銀纖維的制備工藝

1.1 纖維外鍍金屬技術(shù)

鍍銀纖維是通過在普通紡織纖維表面進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理后再對(duì)纖維表面實(shí)施鍍銀而制得的。除鍍銀外，還可以鍍銅、鎳等。纖維外鍍金屬技術(shù)主要分化學(xué)鍍、電鍍和真空鍍［2］?；瘜W(xué)鍍所需的機(jī)械設(shè)備及其工藝流程相對(duì)于電鍍比較簡單，且能在多種非金屬基材上沉積，得到的鍍層外觀良好［3］，但在化學(xué)鍍生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含重金屬離子的污水，會(huì)受到環(huán)境保護(hù)的制約［2］。

按照非金屬材料表面經(jīng)預(yù)處理之后進(jìn)行化學(xué)鍍時(shí)反應(yīng)機(jī)理的不同，化學(xué)鍍可以分為還原法、置換法和“自組裝法”三種。還原法是利用Ag+和Pd的氧化-還原作用直接在預(yù)處理之后的基材表面鍍上銀層，操作簡單，依然是目前研究的重點(diǎn);置換法是先在非金屬材料的表面鍍一層還原性較強(qiáng)的金屬(如銅、錫等)，之后利用置換反應(yīng)獲得材料表面的鍍銀層;“自組裝法”是銀鍍層與非金屬表面依靠共價(jià)鍵結(jié)合，該方法操作復(fù)雜，限制條件多［4］。本文主要對(duì)化學(xué)鍍中還原法鍍銀工藝進(jìn)行介紹。

1.2 工藝流程及要點(diǎn)

還原法制備鍍銀纖維的流程［3］是：

原絲→除油→水洗→烘干→粗化→水洗→烘干→氧化-還原→水洗→烘干→上油→定型→卷繞→鍍銀纖維。

鍍銀纖維制備工藝的要點(diǎn)包括纖維表面除油處理、粗化處理以及鍍銀液的配制等。

除油是為了除去纖維表面的油劑及污垢，方法包括有機(jī)溶劑除油和堿性溶液除油。后者的除油時(shí)間比前者長，但無毒、不燃。

粗化是為了使纖維獲得微觀上粗糙不平的表面，進(jìn)而增大銀層和纖維之間的接觸面，提高結(jié)合強(qiáng)度。粗化液可用硫酸、鉻酸、磷酸等配制而成。

硝酸銀是最常用的銀鹽，但其水溶液非常不穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生Ag2O沉淀，加入氨水可避免Ag2O沉淀，形成銀氨絡(luò)合物。

還原劑的種類很多，反應(yīng)速度不一，選擇合適的還原劑非常重要［3］。

1.3 纖維鍍銀前后結(jié)構(gòu)和性能的變化

楊慶等［3］研究了聚酯纖維在鍍銀前后結(jié)構(gòu)和性能的變化，發(fā)現(xiàn)鍍銀后纖維強(qiáng)度略有下降，纖維結(jié)構(gòu)基本上沒有改變，但熔點(diǎn)提高。鍍銀前聚酯纖維表面較為光滑、平整，鍍銀后纖維表面覆蓋了一層銀鞘，銀粒子粗糙導(dǎo)致纖維表面呈現(xiàn)出凹凸的形態(tài)，且纖維外觀上呈現(xiàn)泛金屬光澤的銀黃色。鍍銀后纖維表面所覆蓋的銀層較為緊密，無斷開的裂痕，纖維的導(dǎo)電性能優(yōu)良。

張?jiān)煹龋?］測(cè)試了聚酰胺-6纖維鍍銀前后的物理性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚酰胺-6纖維在鍍銀前后的強(qiáng)度和伸長率變化不大。纖維在鍍銀后表面包覆一層金屬銀，銀的導(dǎo)電性非常好，導(dǎo)致纖維的電阻率明顯下降。

2 鍍銀纖維織物的性能

2.1 防電磁輻射

電子、電器設(shè)備的大量使用，在給人們帶來便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量不同波長和強(qiáng)度的電磁波，威脅到了生態(tài)環(huán)境和人們的身體健康，其累積作用會(huì)引發(fā)各種病變［6］，被稱為“無形殺手”［7］。

防電磁輻射紡織面料是目前廣泛使用的一種較為有效的電磁波屏蔽材料，現(xiàn)已大量應(yīng)用于電子電器設(shè)備的遮蓋、軍事裝備的遮障、電磁波屏蔽服等方面。防電磁輻射紡織面料的生產(chǎn)加工技術(shù)可分為金屬鍍覆技術(shù)、導(dǎo)電纖維混紡技術(shù)和化學(xué)絡(luò)合技術(shù)，其中用化學(xué)絡(luò)合技術(shù)制得的織物電磁波屏蔽效能相對(duì)較低［6］。目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的防電磁輻射紡織面料主要是金屬纖維混紡類面料［6］，例如不銹鋼纖維和普通紡織纖維混紡、導(dǎo)電的合成纖維與普通紡織纖維混紡。不銹鋼纖維混紡紡織品的電磁屏蔽性能一般可以達(dá)到30 dB，但手感、風(fēng)格和染色性能會(huì)受到影響。采用導(dǎo)電合成纖維可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的電磁屏蔽效果［8］。

防電磁輻射織物的作用原理是限制電磁能量從織物的一側(cè)空間傳遞到另一側(cè)空間，該種防護(hù)原理與傳統(tǒng)屏蔽材料類似。反射和吸收是織物防電磁輻射的主要機(jī)理。低頻時(shí)，織物屏蔽效能主要由反射決定，因此織物導(dǎo)電性越好，反射越強(qiáng)，屏蔽效能也會(huì)越好;高頻時(shí)，屏蔽效能主要由電磁波在織物內(nèi)部傳播時(shí)的吸收損耗決定［9］。

銀屏蔽紡織品包括鍍銀纖維紡織品和納米銀纖維紡織品。鍍銀纖維紡織品使用廣泛，其梭織產(chǎn)品防電磁輻射作用較好，其針織產(chǎn)品穿著舒適性更佳;而納米銀纖維紡織品在生產(chǎn)時(shí)存在納米微粒團(tuán)聚等問題，且防電磁輻射性能不如前者［1］。楊惠卿［10］對(duì)三種含有鍍銀纖維的面料進(jìn)行屏蔽性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一類型的面料，其鍍銀纖維含量越高，織物的屏蔽效果越好;面料組織結(jié)構(gòu)緊密，則織物屏蔽性能更好。謝勇等［11］研究發(fā)現(xiàn)，雙層織物中鍍銀長絲的配置方式對(duì)其屏蔽效能有很大影響，鍍銀長絲相互垂直形成網(wǎng)格的織物其屏蔽效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍍銀長絲平行排列形成的織物。

2.2 抗菌性

織物抗菌整理和使用抗菌纖維是賦予紡織品抗菌性的兩種方法。使用抗菌纖維能夠克服織物抗菌整理功能耐久性差和影響織物舒適性的缺點(diǎn)，是目前開發(fā)抗菌紡織品的主要手段［12］。銀是無機(jī)抗菌材料，具有安全性高、使用壽命長、無揮發(fā)性、對(duì)環(huán)境無污染和廣譜抗菌等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)［13］。阻斷細(xì)菌生理過程是金屬銀的殺菌機(jī)理。在溫暖又潮濕的環(huán)境下，銀離子的生物活性非常高，這使得銀離子很容易與其他物質(zhì)結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜內(nèi)外的蛋白質(zhì)凝固，進(jìn)而阻斷細(xì)菌細(xì)胞的呼吸和繁殖過程。環(huán)境條件越溫暖越潮濕，銀離子活性越強(qiáng)［14］。在纖維表面鍍銀制成抗菌銀纖維，具有抗菌除臭、醫(yī)療保健等特殊功能，已廣泛應(yīng)用于紡織服裝、醫(yī)療衛(wèi)生用品等各領(lǐng)域［13］。

李瑞洲等［15］研究發(fā)現(xiàn)，單質(zhì)銀抗菌能力有限，鍍銀纖維具有良好的抗菌性。敖利民等［12］研究發(fā)現(xiàn)，由于鍍銀纖維的抗菌溶出性良好，當(dāng)抗菌纖維用量已經(jīng)達(dá)到織物抗菌性能所需臨界用量之后，含有鍍銀纖維的抗菌紗線可以在一定范圍內(nèi)以不同比例與其他紗線間隔排列使用，這種方法不會(huì)影響織物的抗菌性。余鳳斌等［13］測(cè)試了含鍍銀纖維的織物的抗菌性，發(fā)現(xiàn)染整工藝會(huì)降低織物的含銀量，但對(duì)其抗菌性影響不大，織物的抗菌性隨鍍銀纖維含量的增加而增強(qiáng)，含4%鍍銀纖維的織物即可具有優(yōu)異的抗菌性。劉國華等［16］利用鍍銀纖維/棉混紡紗在單面針織機(jī)上開發(fā)了幾種抗菌針織面料。經(jīng)測(cè)試，開發(fā)的面料具有良好的抗菌效果。

在纖維表面鍍上銀層能賦予織物良好的抗菌性，但鍍銀纖維價(jià)格高，大量混用會(huì)增加織物成本。只有精確控制鍍銀纖維用量，才能開發(fā)出具有市場競爭力的產(chǎn)品［15］。

2.3 抗靜電性

紡織品的抗靜電加工方法主要有三種：①應(yīng)用抗靜電整理劑;②纖維接枝改性或與親水性纖維混紡和交織;③混紡和嵌織導(dǎo)電纖維。水的導(dǎo)電能力非常好，這使得纖維只要吸附少量水就能夠提高材料的導(dǎo)電性。前兩種加工方法正是基于這種原理，通過提高織物的回潮率，降低材料的絕緣性，從而加速靜電泄漏。第三種加工方法是通過電暈放電來實(shí)現(xiàn)消除靜電的目的。靜電荷積蓄在纖維表面，當(dāng)其累加超過一定限度時(shí)會(huì)放出火花，于是產(chǎn)生靜電危害［17］。導(dǎo)電纖維的抗靜電機(jī)理主要是當(dāng)導(dǎo)電纖維接近帶電體時(shí)，利用電場引起自身電暈放電，使靜電中和，屬于放電效應(yīng)［18］。

王學(xué)芹［7］研究發(fā)現(xiàn)，鍍銀纖維含量是織物抗靜電性的主要影響因素。織物表面電荷面密度隨鍍銀纖維含量增加而下降，當(dāng)鍍銀纖維的含量達(dá)到一定值時(shí)，織物抗靜電性的提升就沒有那么明顯。敖利民等［19］也發(fā)現(xiàn)，織物電荷面密度隨鍍銀纖維含量增加而減小，但間隔嵌織非功能性紗線會(huì)影響其變化趨勢(shì)。當(dāng)鍍銀纖維含量相同時(shí)，短纖混紡織物的抗靜電性能優(yōu)于長絲交捻、交織織物，在設(shè)計(jì)抗靜電織物時(shí)可優(yōu)先考慮短纖混紡紗線。

3 鍍銀纖維的應(yīng)用

鍍銀纖維是導(dǎo)電纖維的一種，既具有導(dǎo)電性又具有一般紡織纖維的性能。此外，因其表面鍍有銀層，鍍銀纖維還有防電磁輻射、抗菌、抗靜電等功能，現(xiàn)已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。如可用于制備醫(yī)療用品，其安全、高效、廣譜和持久的抗菌性能在高致病環(huán)境中有助于抵御病菌侵害人體，還可作為電磁屏蔽紡織材料應(yīng)用在電子、通信、軍工等領(lǐng)域［2］。

若單獨(dú)使用鍍銀纖維，在織造、整理時(shí)需要小張力，否則容易產(chǎn)生斷頭。目前市場上的鍍銀纖維都呈銀灰色，設(shè)計(jì)時(shí)要注意色彩的搭配［20］。此外，銀易氧化，鍍銀纖維織物在染整加工中應(yīng)采用溫和的工藝。建議洗滌后的熨燙溫度應(yīng)在80℃以下，且不宜蒸汽熨燙，保存時(shí)需注意防潮、密封和避免陽光照射［1］。

4 結(jié)語

隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)于紡織品的清潔、健康等方面日益受到重視，鑒于鍍銀纖維有諸多特性，人們對(duì)于該種材料的需求必將與日俱增，但鍍銀纖維應(yīng)用成本較高。隨著相關(guān)研究的深入，應(yīng)進(jìn)一步準(zhǔn)確把握鍍銀纖維織物的防電磁輻射、抗菌、抗靜電等性能，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)最低混用比例等最優(yōu)工藝參數(shù)，在保證紡織品性能的前提下降低成本，使得鍍銀纖維制品更具有市場競爭力。對(duì)鍍銀纖維織物進(jìn)行工藝創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，未來將會(huì)有更多鍍銀纖維制品出現(xiàn)，其市場前景也將更加廣闊。

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