遠(yuǎn)紅外紡織品的制備與應(yīng)用*

1.廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院， 廣東 廣州 511447；2.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院， 天津 300387

隨著科技的進(jìn)步及人類需求的日益提高，功能紡織品的研究與開發(fā)日漸成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。所謂功能紡織品[1-2]是指，紡織品在具有基本使用價(jià)值的同時(shí)，還具有抗皺免燙、抗菌、防臭、防霉、阻燃、防紫外線、防電磁輻射、防靜電、遠(yuǎn)紅外、負(fù)離子保健等中的一種或多種功能，如集遠(yuǎn)紅外與電磁屏蔽功能于一體的復(fù)合功能紡織品[3-4]、遠(yuǎn)紅外負(fù)離子釋放保健養(yǎng)生功能紡織品[5]、遠(yuǎn)紅外防臭抗菌功能紡織品[6]等。其中，遠(yuǎn)紅外紡織品是一類兼具保溫、保健、抗菌等功能的紡織品，其通過纖維紡絲技術(shù)或織物后整理技術(shù)將具有遠(yuǎn)紅外高發(fā)射率的陶瓷微粉等添加到紡織品內(nèi)部或表面，使紡織品不但可以吸收大自然中的光線或人體輻射出的遠(yuǎn)紅外線，致自身溫度升高，而且可以發(fā)射出波長(zhǎng)和功率與其溫度相應(yīng)的遠(yuǎn)紅外線，使人體獲得保暖升溫、改善人體微循環(huán)等功能[7]。我國(guó)于20世紀(jì)90年代初開展了遠(yuǎn)紅外紡織品的研究，東華大學(xué)、清華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、珠海天年高科技國(guó)際企業(yè)公司、江蘇省紡織實(shí)業(yè)公司等都進(jìn)行了系統(tǒng)的開發(fā)與研究，并成功推出了遠(yuǎn)紅外纖維及其制品[8]。

1 遠(yuǎn)紅外紡織品的作用原理

紅外線又稱紅外光，指波長(zhǎng)為0.75～1 000.00 μm的電磁波。根據(jù)波的長(zhǎng)短，紅外線可分為5個(gè)波段，分別是近紅外(波長(zhǎng)0.75 ～1.40 μm)、短波紅外(波長(zhǎng)1.40～3.00 μm)、中波紅外(波長(zhǎng)3.00～8.00 μm)、長(zhǎng)波紅外(波長(zhǎng)8.00～15.00 μm)和遠(yuǎn)紅外(波長(zhǎng)15.00～1 000.00 μm)[9]。在實(shí)際應(yīng)用中，人們通常將波長(zhǎng)在2.50 μm以上的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線[10]，且對(duì)波長(zhǎng)在4.00～14.00 μm的遠(yuǎn)紅外線關(guān)注較多，因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線與所有生物的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)，它可以振動(dòng)并激活所有生物內(nèi)部的水分子，與生物產(chǎn)生共鳴，促進(jìn)代謝、吸收、排泄和增長(zhǎng)，對(duì)人體最為有益，因此該波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線又被稱為“生命之光”。此外，宇宙中的物體也需利用不斷的遠(yuǎn)紅外熱輻射保持恒定的溫度[11]。

基爾霍夫定律表明，一個(gè)良好的輻射體必然是一個(gè)良好的吸收體，即物體的熱輻射能力越強(qiáng)，其吸收能力也越強(qiáng)。人體既能輻射遠(yuǎn)紅外線，又能吸收遠(yuǎn)紅外線。人體表面的熱輻射波長(zhǎng)介于2.50～15.00 μm，且46%的熱輻射波長(zhǎng)范圍在8.00～14.00 μm，因此，人體定能吸收波長(zhǎng)范圍在2.50～15.00 μm的遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外紡織品在吸收外界熱量后會(huì)輻射出波長(zhǎng)在3.00～25.00 μm的遠(yuǎn)紅外線，這與人體能夠吸收的紅外線相符。當(dāng)紅外線輻射的波長(zhǎng)和被輻射人體吸收的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)時(shí)，人體內(nèi)分子會(huì)產(chǎn)生共振吸收，這會(huì)加劇人體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)其血液循環(huán)，起到保溫保健的作用。且遠(yuǎn)紅外紡織品還具有較好的抗菌性能，這可能源于兩個(gè)方面的原因：其一，遠(yuǎn)紅外織物能不斷地發(fā)射出對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有抑制作用的遠(yuǎn)紅外線；其二，遠(yuǎn)紅外織物中金屬微粒的加入使纖維表面呈多孔性，比表面積增加，表面活性及表面狀態(tài)的吸附、擴(kuò)散等特性明顯提高，加上金屬化合物本身的抑菌作用，遠(yuǎn)紅外織物會(huì)表現(xiàn)出一定的吸汗、除臭、殺菌等功能。

2 遠(yuǎn)紅外紡織品的生產(chǎn)制備

紡織品自身就是輻射源，只是在相同條件下，遠(yuǎn)紅外紡織品比普通紡織品的輻射功率更高、更強(qiáng)。表征遠(yuǎn)紅外線發(fā)射能力強(qiáng)弱的指標(biāo)有法向發(fā)射率、遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)及遠(yuǎn)紅外發(fā)射率等。其中，法向發(fā)射率與遠(yuǎn)紅外發(fā)射率雖概念略有不同，但原理相同。發(fā)射率[12]是指在一個(gè)微小波長(zhǎng)間隔內(nèi)，真實(shí)物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比。

制備具有遠(yuǎn)紅外功能的紡織品，主要是提高其遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，目前主要有兩種方式：

(1) 紡絲過程中加入具有遠(yuǎn)紅外高發(fā)射率的納米級(jí)粉末，制備遠(yuǎn)紅外纖維，再通過紡織或非織造技術(shù)生產(chǎn)遠(yuǎn)紅外紡織品；

(2) 采用整理劑(如遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉等)對(duì)紡織品進(jìn)行后整理[13-15]，制備遠(yuǎn)紅外紡織品。

2.1 遠(yuǎn)紅外纖維的制備

遠(yuǎn)紅外纖維是指在纖維加工過程中，將一些具有遠(yuǎn)紅外線發(fā)射功能的納米級(jí)粉體與纖維有效地融合，生產(chǎn)出的一種纖維。粉體主要有，具有良好光反射性的氧化物[16]，如Al2O3、 ZnO、 ZrO等；具有高熱容的碳化物，如ZrC、 SiC；具有光催化功能的材料，如TiO2等[17-19]。除此之外，一些天然礦石，如電氣石粉、瑩青石粉、莫來(lái)石粉等，也是優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外線發(fā)射粉體。東華大學(xué)王華平等[20]率先在國(guó)內(nèi)使用TiO2、 ZnO、 ZrO等金屬氧化物的納米粒子，制備出高效的納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維。

遠(yuǎn)紅外纖維的制備分紡絲法和纖維表面涂層法兩大類，其中，紡絲法又可分為熔融紡絲法、共混紡絲法、溶液紡絲法。表1就遠(yuǎn)紅外纖維的制備方法及性能特點(diǎn)進(jìn)行了羅列。

2.2 后整理制備遠(yuǎn)紅外織物

后整理一般有兩種方式：

(1) 將具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能的納米級(jí)粉體、黏合劑和助劑按一定比例配置成后整理劑，再通過浸軋、涂層、噴霧等方法，將配置好的后整理劑均勻地涂覆在織物表面，再對(duì)織物進(jìn)行干燥、熱處理等，制成遠(yuǎn)紅外織物；

(2) 將遠(yuǎn)紅外后整理劑分散于染液或印花糊料中，制備出具有遠(yuǎn)紅外功能的染色或印花織物。

3 遠(yuǎn)紅外紡織品的功能

根據(jù)GB/T 30127—2013《紡織品 遠(yuǎn)紅外性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于一般的紡織品，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不低于0.88且遠(yuǎn)紅外輻射溫升不低于1.4 ℃的，才可被稱為遠(yuǎn)紅外紡織品；對(duì)于絮片類、非織造類、起毛絨類等疏松紡織品，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不低于0.83且遠(yuǎn)紅外輻射溫升不低于1.7 ℃的，才可被認(rèn)為該產(chǎn)品具有遠(yuǎn)紅外功能[21]。遠(yuǎn)紅外紡織品按功能可分為三類：保溫用紡織品、保健用紡織品和衛(wèi)生用紡織品。

3.1 保溫用紡織品

相比普通同類紡織品，遠(yuǎn)紅外紡織品的溫升效果可提高3.0～5.0 ℃。目前，已通過傳統(tǒng)針織或機(jī)織技術(shù)制備出了具有遠(yuǎn)紅外功能的滑雪衫、運(yùn)動(dòng)服、風(fēng)衣等紡織品，也已通過非織造技術(shù)制備出了具有遠(yuǎn)紅外功能的保暖絮片，如床單、睡袋、被子、防寒服等用的填充料。如高冰等[22]基于母粒法，利用納米遠(yuǎn)紅外材料ZrC和Al2O3生產(chǎn)出了遠(yuǎn)紅外滌綸絲，并就遠(yuǎn)紅外滌綸織物與普通滌綸織物進(jìn)行了相關(guān)性能對(duì)比，結(jié)果表明：遠(yuǎn)紅外滌綸織物的輻射溫升和溫升速率都有明顯的提高；遠(yuǎn)紅外滌綸織物的接觸冷感弱，導(dǎo)熱系數(shù)較小，保暖率較普通滌綸織物有一定的提高；遠(yuǎn)紅外滌綸織物總體舒適性更好，能滿足服用織物的要求。浙江森創(chuàng)服裝有限公司發(fā)明了慕賽爾纖維/遠(yuǎn)紅外纖維高檔針織面料，面料混紡比例為慕賽爾纖維70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、遠(yuǎn)紅外黏膠纖維30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，面料具有良好的保暖、保健、抗紫外、抗菌等性能[23]。KUBILIENE等[24]通過不同的處理方式增加織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積，提高了織物的保暖效率，結(jié)果表明：連續(xù)涂層篩網(wǎng)印刷織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積最大，織物熱積累最高，且織物所含生物陶瓷添加劑量最小。

3.2 保健用紡織品

根據(jù)遠(yuǎn)紅外紡織品能促進(jìn)人體微循環(huán)、消炎鎮(zhèn)痛、活化機(jī)體、消除疲勞等的特性，開發(fā)出了各類具有遠(yuǎn)紅外功能的保健用紡織品，如遠(yuǎn)紅外內(nèi)衣、內(nèi)褲、襪類、文胸等產(chǎn)品，它們不但能夠改善人體肩部、背部、腹部、腿部的血液微循環(huán)，還可預(yù)防和輔助治療肩部、背部、腹部及腿部的肌肉酸痛，風(fēng)濕性關(guān)節(jié)痛及婦科疼痛。近年來(lái)，關(guān)于遠(yuǎn)紅外紡織品保健功能的研究有很多，如LOTURCO等[25]調(diào)查了遠(yuǎn)紅外衣物對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員因運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的肌肉損傷和體力恢復(fù)的影響，21名男性運(yùn)動(dòng)員跳100下，比賽結(jié)束6 h后運(yùn)動(dòng)員穿上遠(yuǎn)紅外衣物，分別評(píng)估比賽前、比賽結(jié)束時(shí)及比賽結(jié)束后24、 48、 72 h大腿周圍的肌酸激酶和遲發(fā)性肌肉酸痛，結(jié)果表明，遠(yuǎn)紅外衣物可減輕足球運(yùn)動(dòng)員對(duì)劇烈運(yùn)動(dòng)后遲發(fā)性肌肉酸痛的感知。

3.3 衛(wèi)生用紡織品

根據(jù)遠(yuǎn)紅外紡織品的抗菌防臭功能，現(xiàn)已開發(fā)出諸如一次性或限次使用的紗布、防護(hù)服、手術(shù)衣、口罩、手術(shù)洞巾、病房床單、病室帷幕等衛(wèi)生用紡織品。它們具有阻隔和屏蔽細(xì)菌及病毒的作用，能防止病人之間及病人與醫(yī)護(hù)人員之間的交叉感染。此外，其保健功能還有助于病人的身體恢復(fù)。

4 遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)展前景

遠(yuǎn)紅外紡織品符合當(dāng)前人們對(duì)健康舒適的普遍要求，具有非常好的開發(fā)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景，這也是其逐漸成為各國(guó)研究重點(diǎn)的客觀原因所在。目前，國(guó)內(nèi)外開發(fā)的遠(yuǎn)紅外產(chǎn)品已投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品性能基本上能滿足人們的需求，但總體看來(lái)基礎(chǔ)性研究仍不夠深入，還有很大的技術(shù)進(jìn)步空間：

(1) 材料。雖然遠(yuǎn)紅外陶瓷微粉的粒徑能達(dá)到納米級(jí)別，但加工成本較高，價(jià)格昂貴，且粒徑越小價(jià)格越貴，這導(dǎo)致了遠(yuǎn)紅外紡織品成本增高，遏制了遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)展。因此，遠(yuǎn)紅外紡織品發(fā)展的關(guān)鍵是研發(fā)尋找新的遠(yuǎn)紅外材料。

(2) 后整理。目前，國(guó)內(nèi)通過后整理制備的遠(yuǎn)紅外紡織品存在遠(yuǎn)紅外整理劑不耐洗滌，紡織品透氣透濕性能易受影響等缺點(diǎn)，因此需開發(fā)新的后整理技術(shù)，使之既能保持持久性又不影響紡織品的透氣透濕性。

(3) 功能復(fù)合化。單一纖維原料或單一結(jié)構(gòu)往往存在一定的缺陷，很難滿足不同消費(fèi)群體日益提高的需求，因此，多功能復(fù)合紡織品成為各國(guó)研發(fā)的主流。

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