CN100395395C - 一种纳米功能纺织品整理加工方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米功能功能纺织品的加工方法，主要是利用超声波技术在织物上添加纳米功能材料，制备纳米功能纺织品。其先将纺织品经或不经预湿机预湿，然后将其于喂入整理机中，在超声波场的作用下进行处理，由于在整理机中已事先将纳米功能材料分散在水中形成的处理浴，因此超声波在液体中产生的空化效应以及其他物理机械效可推动纳米功能材料迅速地嵌入到织物和纤维的细小缝隙、沟槽和孔洞内，再经水洗、封固及柔软和烘干处理，最终制备出牢度好、手感柔软的纳米功能纺织品。

Description

一种纳米功能纺织品整理加工方法

技术领域

本发明涉及一种纺织品整理技术，具体地说是一种纳米功能纺织品的整理加工方法。

背景技术

目前国内外纳米功能纺织品的加工方法主要有填充法和后整理法两种。

1、填充法

填充法是将纳米抗菌复合材料加入到化纤中从而获得各种含纳米功能化纤的方法，然后再将这些化纤制成功能纺织品。主要方法有接枝法、离子交换法、湿纺方法、熔融共混纺丝法、复合纺丝法。

2、后整理法

后整理法是指用纳米材料的分散液和树脂对纺织品进行浸渍或涂覆处理，从而赋予纺织品特定功能的方法。常用的方法有表面涂层法、树脂整理法、微胶囊法等。

后整理法具有适用范围宽、加工方便、适用于小批量多品种的优点，而且不受纤维种类的限制。因此，得到列广泛的应用。但是，目前常用的后整理法也有其不足，主要表现在以下几方面：

1)由于纳米材料的分散液稳定性较差，尤其是对温度、pH值等较为敏感，实际生产中由于温度、pH值等工艺参数的波动，产品质量难以控制。

2)纳米材料附着在纺织品表面的牢度，主要依赖粘合剂的粘结作用，往往难以持久和稳定。在织物经过多次洗涤和摩擦以后，其功能性降低或消失。

3)由于粘合剂的存在，织物服用性能，如织物的手感、悬垂性往往受到影响。

为了提高纳米材料的分散性，可对纳米材料进行表面包覆处理，并借助于分散剂和超声波的物理作用对纳米材料进行分散，先制备成较为稳定的纳米材料分散液，然后将纳米分散液加到整理浴中，对织物进行后整理。如中国专利CN1473987A公开了一种纳米功能纤维的制备方法，先将经表面处理的纳米粒子按一定比例加入到湿法纺丝或干法纺丝的凝固浴中，进行高速搅拌分散及超声搅拌分散一定时间制备纳米粒子均匀分散的浴液，以代替纺丝凝固浴，借助扩散作用使纳米粒子扩散进入纤维出溶剂后形成的微孔内。从而可制备具有抗菌、抗紫外等功能的纳米功能纤维。

但是纳米材料分散液的稳定性是非常脆弱的，无论是pH值、温度等工艺的变化，还是被处理材料的入浴浸渍都有可能导致纳米材料的沉淀。另外，纳米材料仅依靠扩散很难进入到纤维微孔中。再者，该方法所提供的步骤和工艺与织物后整理的要求相差甚远，无法满足纺织品后整理的牢度等要求。

发明内容

为了克服上述后整理法中存在的诸多问题，本发明目的是提出了一种新的纳米功能纺织品整理加工方法。这种加工方法不仅工艺流程短，加工简单、纳米材料的附着牢度好，而且还能解决纳米材料在后整理过程中的团聚问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

先将织物经或不经预湿机湿预，为下一步加工做好准备，对于纯合成纤维织物也可以不预湿。然后利用一定频率(20～60kH)和功率(0.1～2W/平方厘米织物)的超声波所产生的超声空化效应，超声空化引起的湍动效应、微扰效应、界面效应，聚能效应和其他物理机械作用，将纳米材料充分分散到水中，时间约15～25分钟。然后将织物喂入整理机(浴)，在超声波的作用下，使纳米功能材料迅速地嵌入到纤维及织物的细小缝隙和孔洞里，实现了纳米材料的分散和嵌入同步进行，时间一般控制在10～60分钟，超声波换能器布置应正对着纺织品，织物与换能器的距离设定在5～150mm之间。。

织物上添加纳米材料完毕后，再将织物置于水洗机(浴)中，并在超声波作用下进行清洗，将附着在纤维表面，未能进入空洞和缝隙的纳米材料清洗掉。清洗之后再将织物置于封堵浴中进行处理，以封堵纳米材料，使其不易掉出，从而在一定程度上减少了纳米材料的脱落量，提高了嵌入牢度。

最后再将织物置于柔软机中，用柔软剂进行柔软处理，以满足其柔软度要求。对于足够柔软的织物可以不经此工序处理。

上述整理机、水洗机和封堵工序所用设备，可各采用图1所示设备(或图2所示设备)，也可用一台设备先后进行处理。

上述预湿机和柔软机可各采用图2所示设备(或图1所示设备)，也可用一台设备先后进行处理。

用此种方法加工的纳米纺织品，纳米材料嵌入牢度好，不需要事先将纳米材料制成分散液，加工方便。

本发明适用于多种纳米功能材料，不受纳米材料种类、结构、成分和粒径的影响。其适用粒径范围可以从3纳米到500纳米。可用于制备纳米抗菌纺织品、纳米抗紫外纺织品、纳米抗静电纺织品、纳米远红外纺织品。

本发明适用于多种纺织品，如梭织物、针织物和非织造布。不受织物、纱线和纤维的规格、结构和种类的影响。尤其适用于含有细小缝隙和孔洞纤维所形成的织物。

本发明中所采用的设备主要由4～20根导棍、带有或不带有进、出口的浸渍池和浸没于液体中或固定于容器外侧的1～15个超声波换能器组成。导棍数目，除了牵引导棍以外，还决定于处理时间长短，处理时间长，导棍可以增加。

本发明中，用于添加纳米材料和水洗的超声波换能器可以在织物的一侧(如图2所示)，也可以在织物的两侧同时配置(如图1所示)。通常采用1～15只超声波换能器，可以用一只(如图2所示)，也可以如图1所示用多只。超声波换能器可以如图1所示垂直安装，也可以如图2所示水平安装。

附图说明

图1是本发明的工艺采用的整理机、水洗机和封堵工序所用设备

图2是本发明的工艺采用的预湿机和柔软机的设备

图3是本发明的工艺流程图

图4是在50℃和28kH条件下，时间对纳米材料分散效果的影响

图5是经整理机处理的苎麻布样在不同时间下的增重情况

具体实施方式：

通过以下实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实施的一般步骤。

1、预湿  先将纺织品在图2所示预湿机里预湿，使纺织品充分浸透水分，为下一步均匀嵌入纳米材料做好准备。预湿的浴比为1∶5～10；时间5～20分钟。

2、纳米材料分散  按1～10克/升向水中向图1所示整理机中加入纳米功能材料，然后开启超声波换能器，利用一定频率(20～60kH)和功率(0.1～2W/平方厘米织物)的超声波所产生的超声空化效应，超声空化引起的湍动效应、微扰效应、界面效应，聚能效应和其他物理机械作用，将整理液中的纳米材料充分分散，时间约10～20分钟。

3、嵌入纳米材料  将织物喂入图1所示整理机中，在超声波的作用下，使纳米功能材料迅速地嵌入到纤维及织物的细小缝隙和孔洞里，时间控制在10～40分钟，浴比一般可控制在1∶10～20，温度一般控制在25～85℃。由于超声波的作用，不加分散剂，纳米功能材料也不会团聚，实现了纳米材料的分散和嵌入同步进行。

上述的2和3的纳米功能材料分散和嵌入可以同时进行，即经过预湿机预湿纺织品喂入含有纳米功能材料的整理机中处理10～60分。

4、清洗  因为并不是所有的纳米功能材料都能进入到纤维及织物的细小缝隙和孔洞里，通常有部分会附着在纤维或织物的外表面。为了将这部分纳米功能材料洗掉，需将织物在经水洗机(如图1所示)清洗。水洗时，如果利用超声波的物理作用进行清洗有更好的清洗效果。可清洗一遍，也可以清洗多遍，一般需水洗两遍，浴比一般可控制在1∶10～20，时间在10～40分钟。

5、封堵及柔软处理  为了将纳米功能材料封堵在纤维的细小缝隙和孔洞之中，需用封堵剂进行封堵。封堵剂可以用对皮肤无刺激的水分散性粘合剂，如聚丙烯酸酯类粘合剂、聚氨酯类粘合剂。为减少粘合剂对手感的影响，选用的粘合剂的玻璃化温度最好在-10℃以下。步骤是先将封堵剂均匀分散在水中，然后将织物喂入封堵浴中进行处理1～5分钟。封堵工序应以不影响织物手感为宜。为改善织物的手感，可同时对织物进行柔软处理。柔软处理可以与封堵工序一浴进行。柔软剂可选用有机硅类或含氟柔软剂，用量一般控制在织物重在0.3～4％，此工序用图2所示设备即可。

6、烘干及焙烘  对经过上述加工的织物进行烘干定型处理，一是为了去除水分，二是为了使封堵剂和柔软剂固化，温度一般控制在90～160℃，推荐导棍105～135℃，时间0.5～5分钟。

为更清晰地说明工艺过程，用附图3的流程图加以说明。

实施例1纳米抗菌纺织品的制备

1、纺织品规格

黑色100％纯苎麻平布；克重：140g/m²；纱线特数：21×21；经纬密：236×236；幅宽：140cm。

2、纳米抗菌剂选用

可用于抗菌纺织品的纳米材料有多种，常用有纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米氧化锆等。为提高这些纳米材料的抗菌性，经常将这些纳米抗菌剂与银或稀土进行复合，制成复合型抗菌剂，如稀土激活纳米氧化锌抗菌剂和纳米氧化钛复合银抗菌剂等。

从性价比考虑，本实施例选用市售的稀土激活纳米氧化锌抗菌剂，其主要成分为纳米ZnO颗粒，平均粒径100nm。

3、预湿

按前面所述工艺进行即可。

4、纳米材料分散

纳米材料的种类、粒径和分散时的温度、时间及超声波的频率对分散效果有一定的影响。分散效果可用分光光度计测纳米材料分散液的吸光度，吸光度越大表明纳米材料分散液的分散效果越好。经测定，所选用的稀土激活纳米氧化锌抗菌剂最大吸收波长为360nm，故可在360nm波长下进行测定。

实验表明，适宜的分散温度为40～55℃，温度太高或太低都会影响分散效果，本实施例选择50℃。

在一定时间范围内，随分散时间的延长分散效果提高，分散时间在10分钟以后基本达到稳定水平。时间对纳米材料分散效果的影响规律，如图4所示。本实施例选择分散时间为15分钟。

随着超声波频率的提高，分散效果逐渐变差，适宜的分散频率为20～40kH，本实施例选择28kH。

纳米材料在水中分散的浓度对分散液的稳定性有一定的影响，浓度太高，纳米材料易团聚沉淀；浓度太低，达不到抗菌要求。稀土激活纳米氧化锌抗菌剂适宜的浓度为0.1～2％，本实施例选择分散浓度为0.8％。

5、纳米材料的嵌入

待纳米材料分散好以后，将苎麻布喂入图1所示整理机，控制水温为50℃。超声波的频率和纳米材料的粒径大小影响其嵌入量，在20kH时，粒径为500nm的嵌入量大于粒径为100nm的嵌入量，在大于28k以后，粒径为100nm的嵌入量明显大于粒径为500nm的嵌入量。因此，本实施例选择超声波频率为28kH。处理时间可根据需要灵活掌握，需要嵌入纳米材料的量大，可以时间长一些，否则时间可短一些。纳米材料的嵌入量可通过测量布样增重情况来表征。图5为苎麻布样(直径为10厘米)处理10分钟、20分钟和30分钟时的增重情况。根据抗菌性的需要，本实施例选择处理时间为20分钟。

6、水洗

研究表明，纳米材料不仅进入到纤维沟槽内，还有相当一部分附在纤维表面。为了将附着在织物和纤维表面的纳米材料尽可能洗掉，需对其进行清洗。经反复试验证明，清洗二次，每次20分钟，水温40～50℃，浴比1∶15～20，可将附着在纤维外表的大部分纳米材料清洗掉。

7、封堵及柔软处理

通过封堵及柔软处理可提高嵌入苎麻纤维空洞和沟槽中的纳米抗菌剂的牢度，并改善苎麻织物的手感。粘合剂是封堵的关键材料，它不仅要对纳米材料和苎麻有良好的粘结力，而且粘合剂本身的成膜强度也要高。此外，根据产品要求，粘合剂还应具有一些特殊性能。比如，要求手感柔软，透气性强，耐干洗、湿洗性好。粘合剂可以分为乳液型和溶剂型两类。乳液型粘合剂由于操作方便，污染小，是使用较多的一类粘合剂。在乳液型粘合剂中，聚丙烯酸酯类对许多纤维都能产生很好的粘结力，耐老化和耐气候性优良，应用广泛。本实施例选择具有手感柔软和牢度优良的自交联粘合剂RN。其主要质量指标和性能：外观为淡蓝色乳状液；玻璃化温度为-15℃；含固量额为(39±1)％；pH值为4～5；粘度为260mPa.S；离心稳定性为3000r/min，30min不分层；用量为织物重的0.5％。柔软剂选用的是可以与上述粘合剂同浴混合使用的亲水型有机硅类柔软剂QD-1，用量为织物重的0.5％，浴比为1∶10～15。

8、烘干

烘干机选用平幅烘干机。烘干温度要高于粘合剂和柔软剂的成膜温度。根据本实施例所用的粘合剂和柔软剂的性能，确定烘干温度为130℃，布速10米/分。

9、抗菌性检验

所制备的纳米抗菌苎麻布的抗菌性可按照国家消毒技术规范中所规定的浸渍法进行检验。我们进行多次试验，抑菌率均在95％以上。

10、抗菌稳定性检验

抗菌稳定性检验是指所制备的纳米抗菌苎麻布经一定次数的洗涤后是否仍然具有很好的抗菌性。按照国家行业标准的标准洗涤程序模拟洗涤50次后，其抗菌性仍达到90％以上。如果不进行封堵处理，经过模拟洗涤50次后，其抗菌性可达50％以上，作为抑菌产品也是可行的，但是略低了一些。

实施例2其它纳米功能纺织品的制备

1、材料选用

纳米抗紫外和抗静电纺织品原材料选用情况见表一。

表一纳米抗紫外和抗静电纺织品原材料选用情况

2、加工工艺

预湿和水洗同实施例1。其它工艺参数见表二。

表二纳米抗紫外和抗静电纺织品主要制备工艺

3、产品性能检验

Claims (12)

1.一种纳米功能纺织品的加工方法，其特征是依次通过下述(1)-(3)、(5)-(8)或者(1)、(4)-(8)纳米材料在超声波场作用下分散纳米材料嵌入纺织品、清洗、然后封堵及柔软处理、干燥的二种步骤：

(1)先将纺织品经或不经预湿机预湿；

(2)整理机中将纳米功能材料分散在水中并在超声波场的作用下处理10～20分钟形成含有1～10克纳米功能材料/升的水处理浴，浴比为1∶5～20；

(3)将(1)所述的纺织品喂入(2)所述的整理机中，在25～85℃经过10～40处理分钟，浴比为1∶10～20；

(4)或将(1)所述的纺织品喂入加入1～10克纳米功能材料/升的水处理浴的整理机中，并在超声波场的作用下在25～85℃处理10～60分钟，浴比为1∶10～20；

(5)在超声波条件下，浴比1∶10～20，用水洗机清水(3)或(4)的纺织品进行漂洗10～40分；

(6)纺织品置入粘合剂分散液中处理1～5分进行纳米功能材料密封和固定，浴比为1∶5～20，粘合剂含量织物重的0.1～2％；

(7)采用或不采用相对于织物重量的0.5～4％有机硅类或含氟柔软剂处理1～10分，浴比为1∶10～15 ；

(8)烘干及焙烘；

所述的超声波换能器的频率在20～60kH之间；超声波换能器布置应正对着纺织品，距离控制在5～150mm之间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的纺织品原料是由纤维或纱线构成的片状纤维结构物、针织品、梭织品或非织造布。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的纤维是棉、麻、带有沟槽或孔洞的化学纤维或再生纤维。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的纳米功能材料是粒径在5nm～500nm、可制成水分散液的粉末材料。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的粘合剂是聚丙烯酸酯类粘合剂或聚氨酯类粘合剂。

6.如权利要求10所述的方法，其特征是所述的粘合剂是自交联粘合剂RN、封端型水系聚氨酯粘合剂QD-4或丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯粘合剂FY-1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的有机硅类或含氟柔软剂是亲水型有机硅类柔软剂QD-1或Rhodorsil HALS或有机硅与有机氟的共聚改性柔软剂SH100。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的纳米材料是纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米氧化锆或者上述纳米抗菌剂与银或稀土进行复合成复合型抗菌剂。

9.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的纳米功能功能纺织品是纳米抗菌纺织品、纳米抗紫外纺织品、纳米抗静电纺织品、纳米远红外纺织品。

10.如权利要求1所述的方法，其特征是所采用的设备上由4～20根导棍、带有或不带有进出口的浸渍池和浸没于液体中或固定于容器外侧的1～15个超声波换能器组成。

11.如权利要求1或10所述的方法，其特征是所述超声波的能量应控制在浸于液体中的每平方厘米纺织品0.1～2W。

12.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的设备具有使纺织品平整并能连续运动的4～20个导辊。

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