功能性纺织产品开发模式yd19205
蔡再生 丁娇娥
作者简介：蔡再生，男，1965年生，教授，主要研究方向为纺织品功能整理。
作者单位：东华大学化学化工与生物工程学院。
原载：纺织导师报2013-12；23-27
【摘要】本文主要通过分析服用纺织品和防护用纺织品的多功能整理技术的发展趋势，阐述了功能性纺织产品的开发思路和模式。
【关键词】纺织品；功能整理；创新技术；趋势
【中国分类号】TSl95.6 文献标志码：A
功能性纺织面料，是指面料除了自身的服用、装饰等属性外，通过运用新技术赋予其一种或几种特殊的性能，如防水透气、抗菌、消臭、防紫外等。
随着科技的发展和生活水平的提高，环保、安全，健康的消费理念逐渐深入人心，消费者对纺织品的功能要求有了本质的变化，更加注重面料的舒适性、功能性和保健性。纺织面料的发展趋势有舒适化、时尚化、环保化、多元化、多功能化。功能纺织品逐渐成为当今纺织品的主要发展趋势之一.而且单一功能的产品已经不能满足市场需求.吸湿速干、杀菌抑菌、阻燃、抗静电、防紫外线、防电磁辐射等多种功能的复合化、细特、超细特化及高仿真系列产品都将会受到消费者的青睐。
纺织面料的竞争将成为新型纤维、高科技加工装备和环保染化料的竞争，其中，结合新型纤维和高科技加工设备并达到一定环保效果的纺织品功能整理技术成为开发重点。
1 染整加工开发功能纺织品的思路
1.1 纺织面料舒适性整理思路
舒适性是纺织面料尤其是服用纺织品永恒的需求。对服用纺织面料进行舒适性整理，主要从4个方面人手：视觉、嗅觉、触觉和穿觉。视觉方面包括色、光、图和样式。嗅觉方面，如芳香整理和除臭整理等；触觉整理，如柔软、蓬松整理等。穿觉整理，指的是人体和服装之间环境的湿热平衡状态控制.如吸湿透气整理、易去污整理、表里异机能整理、舒适保湿机能整理等。
1.1.l 从视觉入手
面料流行趋势主要是通过色彩和图案来表达的，它们最能反映消费者的消费心理和文化诉求，满足消费者的个性化需求。比如牛仔面料的各种怀旧视觉效果，可以通过各种水洗整理工艺实现；朦胧感和奢华感的烂花织物，配合相应的不同原材料和后整理工艺也可以实现多种风格独特的效果；配合相应的织物组织结构，运用泡沫立体印花、多彩染色、泡沫整理等多种复合工艺，可以实现织物表面的多彩炫色、异质化效果，细腻多样的纹理。
比如时尚变幻花呢系列采用轧光整理技术，形成明暗相间的花型图案，随着光线照射的不同角度，会呈现出变幻莫测的花纹。
1.1.2 从嗅觉入手
人体的汗液、皮肤分泌物、护理品的残留、微生物的繁殖都会产生的异味，影响纺织品在穿着时的服用性能，这可通过芳香整理、防臭整理来消除异味。
微胶囊芳香整理是将天然芳香精油包覆在微胶囊内，通过特殊后整理工艺把微胶囊牢固、均匀地施加在面料上。目前应用较多的香料是薰衣草、薄荷等，研究者通过多元羧酸交联法，以聚丙烯酸作为交联剂将β-CD接枝到棉织物上，β- CD包合香精或药物。可赋予织物更多功能，如香料的释放等。
采用天然抗菌消臭植物的提取物整理织物，开发抗菌、消臭环保功能性纺织品有重要意义。比如从绿茶、芦荟、竹叶、杨梅树皮和柑橘皮等5种植物提取抗菌效果的提取物整理涤纶织物。研究发现绿茶提取物(茶多酚)、芦荟提取物整理织物具有较好的抗菌效果。
1.1.3 从触觉人手
手感整理技术可根据面料的自身特性以及未来的用，进行多种不同的、有针对性的整理设计，如孩童服饰的手感方面强调松软、丝滑、亲肤；职业装强调更多的是柔弹、有质感；宴会裙装则强调飘逸、蓬软；休闲装侧重的是滑糯、有张力感。液氨整理技术能提高面料的水洗外观、改善手感、增强面料稳定性、提升色织面料品质。磨毛面料多用于冬季衬衫面料，通过磨毛整理，高支高密色织面料会有类似桃皮绒效果，手感柔滑。
有机硅类柔软剂在染整后整理加工中将会有很大的发展空间。比如为了获得持久的回弹性和柔软的手感，欧美和日本正在竞相开发棉超柔软剂，重点研究改性有机硅类柔软剂。道康宁携手东麒纺织科技有限公司推出的天鹅绒整理、超弹手感、水晶手感、干爽手感等一系列产品都是利用了有机硅分子的特性并在其改性的基础上，根据纤维本身特性和消费者需求，有针对性地将其他化学品复配整理，从而产生不同手感和风格。
1.1.4 从穿觉入手
服装设计领域提出“人体-衣着-环境”系统理念，即纺织面料介于人体和环境之间，作为平衡身体与环境热交换的一种“媒介”，既要防护外界环境中的风、霜、雨、雪，又要使人体产生的热与湿气、汗水适当地转移出去，因此面料本身及其对于热、湿、空气的传递能力是影响穿着舒适性的重要因素；其次，皮肤与衣着之间的狭小空间称为“衣服内气候”，其温度、湿度、气流变化必须维持在很小的范围内，在这样的范围之内，穿着的舒适性就会体现出来。防水透气面料一般是通过涂层、复合等特殊技术将防水透气膜处理到一定密度的织物上。
未来防水透气织物研究开发的重点是降低成本，开发出更具舒适性和功能性的织物。防水透气整理已经不再是把化学助剂简单地涂抹在面料上，而是将添加方法、效果处理与服用者的舒适性相结合，理论和功能上都具有了创新性和实用性。
1.2 防护用纺织品多功能整理思路
防护用纺织品是指能保护穿着者免受各种环境因素造成的伤害的一类纺织品。关于纺织面料安全防护功能整理的研究热点，近阶段主要集中在三防整理，易去污整理、抗菌防霉整理、防辐射整理、阻燃整理、抗静电整理这几个方面。
1.2.1 三防整理(拒水、拒油、自清洁)的研究思路
(1)纺织面料表面改性
通过对纺织面料表面改性，使之同时兼具优异的拒水、拒油、易去污等性能，是目前相对成熟、易于产业化的加工方法。拒水拒油剂多以具有高表面活性、高化学稳定性，高热稳定性、憎水憎油的含氟整理剂为主，比如杜邦的Teflon面料，具备优异的防水防油性能，残留物可以轻松擦去或用清洁的棉布吸干。该技术适用于棉、合纤服装、家用纺织品及户外运动休闲服装等。
研究者庄伟等人在无醇溶胶-凝胶体系中，以甲基三甲氧基硅烷为前驱体，氨水为催化剂，十六烷基三甲氧基硅烷为添加剂，在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠作用下，制备了改性纳米SiO2水溶胶，并将其成功应用于棉织物的超疏水整理，构筑了无氟耐久性超疏水表面，之后用添力加2％正硅酸四乙酯(TEOS)制得改性SiO2水溶胶，整理后棉织物具有耐久的拒水效果，皂洗20次后，棉织物的接触角和滚动角分别可达141.5°和25.0°，沾水评级75分，工艺简便，成本低廉，方便应用，可适用于涤纶，棉、锦纶、羊毛等。
(2)纺织面料种植金属氧化物
通过在纺织面料表面附着TiO2、Zn0等具有光氧化催化能力的光催化剂，这类光催化剂在紫外线或阳光的照射下能释放出电子，与空气中的氧气发生反应，产生具有强氧化能力的氧自由基，能使沾附在纺织面料上的有机污垢氧化降解.最终形成CO2和H2O。
(3)改变纺织面料表面结构
通过仿生学原理改变纺织面料的表面结构，使之形成微乳状突出表面的“荷叶结构”赋予“荷叶效应”，从而赋予纺织面料优异的拒水拒油效果，是制造具有自清洁效能纺织面料有效途径。
Xue等研究者使用带有氨基的APTS修饰SiO2颗粒整理棉织物，再通过GPIMS环氧基功能化的Si02颗粒进行整理，从而在织物表面形成微纳米粗糙表面。疏水整理同时用了硬脂酸和全氟十二烷基三氯硅烷(PFTDS)作为疏水剂。
具有良好生物兼容性的绿色环保型织物整理剂将是未来的主导开发领域。由于低表面能物质是制备超疏水表面的必需原料，而目前主要使用的含氟化合物价格昂贵，很难短时间内生物降解。氟碳拒水整理剂单体全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酰基化合物(PFOS)是潜在的致癌物质，在整理过程中和整理后会释放有毒氟化物，危害人体和环境。
三防整理的热点是开发高效无氟防水整理剂及超疏水表面的构建，研究热点中的焦点是超疏水的持久耐用性以及防油性能的提高。
1.2.2 抗菌防霉整理的研究思路
抗菌防霉整理除应用于纺织面料抗菌处理外，还可用于农业生产中杀灭虫害、工业中的循环水处理、医疗卫生中的疾病预防、军事中的伤口抗感染处理以及日常用品中等。一些特殊的抗菌剂，如有机硅季铵和季鏻盐，用于织物抗菌处理的同时，还能够赋予织物良好的吸水性、吸汗性，柔软性、平滑性、回弹性、防静电性。
(1)常见抗菌剂
长期以来国内外开发抗菌整理功能纺织品一直选用3种典型的细菌(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌)进行抗菌试验。我国已在部分领域的抗菌服装上，通过检测这3种细菌来确定服装的抗菌效果，旨在提高和调整我国抗菌纺织品的适用性。
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表1 主要抗菌剂的抗菌机理、应用适应性能 |
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抗菌剂 |
抗菌机理 |
优点 |
缺点 |
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由表1可见，已被开发的抗菌整理剂有多种.主要有重金属离子(Ag+)、光催化性金属氧化物(Ti02)、聚铵盐、三氯新(Cl2H2Cl2O3)、壳聚糖等，这些抗菌剂通过不同的抗菌机理，都具有广谱抗菌性，但是也分别存在各自的一些缺点，比如Cu2+离子影响织物色泽，有机系列抗菌剂毒性大、耐热性差、易于迁移并且会使细菌产生耐药性，甚至可能会损伤纤维。
(2)可再生抗菌剂
卤胺结构和过酸结构杀菌而失去活性后，可通过简单的漂白或氧化过程，赋予纺织面料可再生的抗菌性(代表性的抗菌剂和再生机制)。可应用于涤纶、棉、尼龙等纤维制品。
王俊华等人将MCT-β-环糊精(MCT-β-CD)接枝干棉织物上，利用“锚固”在棉织物上的β- CD空腔充载抗菌剂硝酸咪康唑，制备得到一种新型的抗菌棉织物。经改性后的织物水洗10次后，其抗菌性能仍保持存65％以上。
目前市场上大多数采用溶出型载银无机抗菌剂及非溶出型天然抗菌剂壳聚糖。具有更全面优良性能的新型抗菌剂亟待开发。肝发新型可再生植物源抗菌剂将会是未来抗菌剂发展的方向之一。
1.2.3 抗静电整理研究思路
抗静电织物作为一类重要的智能材料已引起国内外材料界的广泛关注，其研究和开发方兴未艾，并在服装、传感器及产业等办面具有良好的应用前景。
抗静电整理作用机制主要基于两方面：(1)表面离子化。整理剂受纤维表面层含水的作用，发生电离，形成导电功能，从而降低静电的积聚；(2)定向排列。疏水基吸附于织物表面，而亲水基却向外排列成一层吸水层，从而提高导电性，具有抗静电效果。
纳米技术和纳米材料的发展为抗静电产品提供了新的途径和思路。纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌和纳米三氧化二铁等氧化物，具有抗静电功能，将其溶胶整理在织物上，可在涤纶纤维表面形成一层连续的导电薄膜，具有散逸电荷的功能，使织物具有良好的抗静电性能。
国内目前大量使用的主要是聚丙烯酸酯类和聚醚酯类，季嫒等人用聚醚酯物PEE和脂肪长链类化合物J进行复配生成一种新型的抗静电整理剂PEEJ。这种整理剂对整理后的抗静电性能会有所提高.而且在很大程度上改善了织物的手感和其他服用性能。
壳聚糖具有其他单一抗静电整理剂(如烷基磷酸酯、季胺盐型抗静电剂TM、SN等)所不具有的优异性能，常用于丙纶、涤纶、毛织物的抗静电整理，是一种天然碱性多糖，无毒、无害、可生物降解、生物相容性好，具有良好的抗菌性，是理想的环保型织物功能整理剂。
1.2.4 防辐射整理研究思路
目前对于防紫外线整理较广泛的是用紫外线屏蔽剂对织物进行浸轧或涂层，达到防护效果。理想的紫外吸收剂大多具有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转成热能、荧光和磷光。为提高整理效果的耐久性，通常可采用微胶囊技术，将吸收剂装入微胶囊中，再进行后整理。
将紫外吸收剂分子结构引入到染料分子结构中，是一种新的提高染料的光牢度和紫外整理的新方法。将二苯甲酮、苯基三嗪、苯并三唑、水杨酸酯等紫外吸收基团引入染料发色体中，便可得抗紫外功能染料。紫外吸收染料由于兼具着色与抗紫外整理双重功能，可实现染整的同步进行，并且看提高染料发包体的光牢度，因此紫外吸收染料的研究也得到了染料化学工作者的广泛关注。
1.2.5 无卤、无甲醛阻燃整理研究思路
近年来世界各国都对交通工具(飞机、动车、高铁、游艇、巴士等)、公共场所室内装饰、日用家俱用的纺织品的防火、阻燃性能做了严格的规定，出台了各种标准。由于含卤阻燃剂存在环境问题，无机阻燃剂添加量大，国内多家公司通过产学研合作研发出集碳源、气源、酸源于一体的新型三位一体膨胀型阻燃剂、无卤无甲醛的磷-氮系阻燃剂。
含磷阻燃剂和含氮阻燃剂都有可能替代含卤阻燃剂，但是阻燃效果有待提升。世界各国要求生产和进口的纺织品无毒、无污染，中国作为一个纺织品出口大国，应该朝着低烟、低毒、无卤、高效新型绿色环保阻燃剂的方向发展。
阚道远等人以自制P-N系膨胀型阻燃剂为原料，与结晶Ⅱ型聚磷酸铵、水性聚丙烯酸酯复合制成环保的阻燃涂层胶。并用于涤纶织物的阻燃涂层整理，该阻燃涂层胶对涤纶织物具有优良的阻燃效果，集炭源、酸源、气源于一体的自制阻燃剂具有较好的阻燃作用，且无传统聚磷酸铵复配体系吸湿或“白霜”等问题，是一种经济环保的阻燃助剂。
国外有研究者在聚酯聚合过程中或纺丝熔体中加入纳米层状硅酸盐材料来改性聚酯材料的燃烧性能。国内中科院化学研究所也展开了这方面的研究工作，并取得了一定的成就，聚合物纳水复合材料展现出了芙好的发展前景。
2 拓展思路，开发功能性纺织品
2.1 功能性纺织品分类
功能纺织品按照应用领域可分为服装功能纺织品、家居装饰功能和寝具功能纺织品、产业功能纺织品等。
2.1.1 服装用功能纺织品
服装用纺织品与产业用纺织品对产品性能的要求不同，更注重外观和穿丰舒适性，即更注意感官功能，包括触感功能(柔软、温暖、谅爽、干爽等)、视觉功能(色彩、款式、花色、悬垂、挺括、防皱等)、味觉功能(香味、消除异味等)以及基本使用功能(强度、尺寸稳定、防缩、防蛀等)。
2.1.2 家居装饰、寝具功能纺织品
随着居住环境的日益改善，人们对纺织品的需求从服装用纺织品已逐渐扩展剑人们生活的各个角落，对家居装饰、寝具纺织品的需求越来越大，对它们功能性的要求也越来越强烈.已从一般的单一视觉要求发展到更多的功能要求，如阻燃、消音、隔音、遮光、隔热、防蛀、防污、防尘、易洗、防水、保暖、保健、变色、香味、消除异味、绿色健康等功能。
2.1.3 产业用功能纺织品
产业用功能纺织品，包括运动、娱乐用纺织品。工业加工用纺织品；建筑及土工用纺织品；农业用纺织品；军事、国防用纺织品。航空航天用纺织品；医用纺织品，安全防护用纺织品等。纤维，也可以用功能纤维与其他纺织纤维混纺或交织的方式。采用功能纤维与其他纺织纤维混纺或交织时，要考虑织物的类型、织物的组织结构对纺织品性能的影响等等。
2.2.2 染整加工是功能性纺织品开发的关键
前面已述及，常规纺织品通过染整加工进行化学与物理的整理可赋予各种功能，开发功能纺织品。纺织面料功能整理新技术主要体现如下3个特征：
(1)单功能到多功能。如从简单防水、抗皱、阻燃等单功能整理，发展到目前同时具有防水、防油，防皱、易去污等多功能复合整理。
(2)小批量到即时化。传统意义上的小批量、多品种加工过程向即时化生产、一次准确化生产过程转变。
(3)传统技术到高新技术。从简单的整理技术发展到多重技术复合、高新技术融合，如低温等离子体处理技术、微波、超声波在发展加工中的应用等。
国内纺织品消费市场正处干稳步上升期，为了适应微利时代纺织品市场的竞争需要，在产品开发和技术创新过程中，染整企业应该在密切关注市场动态、科技发展趋势，结合公司具体发展情况，通过“政产学研用”结合进行技术攻关。清洁生产、绿色环保、舒适健康是纺织面料及后整理技术发展的大趋势。
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