纳米整理剂的作用原理及应用工艺研究qq32
夏冬 常州纺织服装职业技术学院 江苏 常州 213164
原载：第七届全国印染后整理论文集(2008.12);190-195
【摘要】介绍了纳米材料的特性及在纺织品上的应用方法，叙述了德科（Texcote）纳米整理剂的整理原理和工艺，对该产品在不同织物上的应用效果进行了比较分析，得出了该产品的拒水、拒油、拒污、抗菌、防皱、透气、透湿等方面效果均较好且绿色环保的结论。
【关键词】纳米； 拒水； 拒油；抗菌； 防皱；拒污；透气；透湿；毒性；芳香胺
1
引言
纳米材料一般是指其粒径的几何尺寸在１nm~100nm(10-9m~10-7m)之间特殊材料[1]，它具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应使得纳米材料的不同粒子不同于常规材料的特点[2、3]。它可以广泛应用于各行各业，在纺织领域，主要用于功能性产品的开发上。它可用于生产抗紫外、抗菌防臭[4]、远红外、拒水、拒油、拒污、抗静电、阻燃、抗皱、导电化纤、电磁波屏蔽织物等多种性能优异的纺织品[3]，同时也对印染生产加工，优化染整工艺，提高产品质量和开发高附加值产品起到推动作用。事实上，纳米材料在纺织品上的应用仅仅开始，还有待进一步开发应用[5]。
目前纳米材料应用于纺织品主要有以下几种方法[2、3]：第一种是在纤维的制造过程中，将纳米粒子采用溶液共混或熔体共混的方法制得功能性纤维而织成织物，此法得到的织物功能持久，耐洗性强，但无机纳米粒子由于比表面积大而易团聚，与高聚物的共混困难，使纺丝不易进行，且易造成丝中应力集中，影响使用功能，此外还不适用于天然纤维；第二种方法为采用物理或化学方法直接对织物进行表面改性，在纤维表面形成纳米级的凹凸结构，进而使织物微观结构发生变化，同时使纤维表面化学基团产生变化，获得纤维表面物理及化学结构不同于原纤维的纳米界面材料；第三种方法为后整理法，可通过把纳米材料分散于整理液中，或用涂层整理，或用纳米微乳液等方法处理织物，此法比较简单易行，可用于多种纤维。德科纳米(Texcote)即是将纳米微乳液与其它整理剂一起浸轧织物而获得多种性能的。此纳米剂是一个瑞典科学家小组经过十几年的潜心研究开发出来的。
2
纳米整理原理
一般的“三防”整理会使纺织品的表面张力明显下降，低于6*10-5N/cm，从而小于水的表面张力72*10-5
N/cm和油的20~40*10-5 N/cm[6]，这样液体在织物表面形成不连续的液滴，产生拒水、拒油效果。
德科纳米(Texcote)整理技术是通过化学手段将尺寸在100纳米左右的物质微粒植入到纤维和面料表层及可及区间，利用三维网状立体结构将双疏纳米原料固定于纤维可及区间（有如鱼网的原理）,由于双疏纳米原料是具有拒水、拒油及拒污的物质颗粒，可以在纤维形成一个均匀、间隙极其微小的（100纳米尺度）保护结构，这种保护结构非常类似于自然界荷叶表面的特有结构。
由于这种保护结构的存在，大幅度地提高了织物表面与外来物质接触时的比表面积，使得常温、常压下的水滴、尘埃、细菌、污渍和油滴难以透过间隙进入到纤维和面料内部，从而使纤维和面料表现出了特殊的表面作用效果---即纳米处理效果的特性。由于形成保护结构的物质颗粒极其微小，所以几乎不改变面料原有的特性（如外形、颜色、舒适度等）。纳米应用效果的简单原理见示意图1：
正如瑞典Ragnander教授（瑞典纳米发明者之一）所说,“它不同于一般衣物外表的防水、防污技术处理，纳米化学分子将会散播在衣物表面，继而渗入纤维的内层，形成一个无型的交叉保护网。它可以阻止水、油分子的进入，空气分子可以自由进出。”[7]
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图1 纳米处理的简单原理示意图 |
3 实验部分
3.1
实验材料、药品、仪器
棉织物、毛织物、T/C织物、涤纶织物、德科纳米（Texcote）整理液（瑞典）、NI药剂（辅助药剂）、配套柔软剂、肺炎克雷伯氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酱油、无醛免烫整理剂DKEC、DKEC催化剂、烘箱、轧车、喷淋法测试仪、折皱回复仪、培养皿、保温箱、洗衣机、色谱仪、质谱仪
3.2
工艺流程和工艺条件
3.2.1
浸渍法 浸渍---- 去水---- 烘干--- 焙烘
浸渍用量：德科纳米药剂20-30g/L, 添加剂NI 5-8 g/L
浸渍时间：10-20min(30-400C)
去水： 带液80%
烘干：80-900C
焙烘温度和时间：140-1500C，8-10min
3.2.2
浸轧法 浸轧（二浸二轧）--- 烘干--- 焙烘
带液率：80%（化纤60-70%）。
烘干温度和时间：1300C*3 min。
焙烘温度和时间： 150-1600C*2-3 min (化纤1-1.5 min) 。
工作液PH=6-7.5，不需附加催化剂，不需外加酸碱调节工作液的PH值。
工作液配置药剂浓度：
棉（麻及棉混纺）：德科纳米药剂
50 g/L
添加剂NI
10-15 g/L
蚕丝、羊毛： 德科纳米药剂
40-50 g/L
涤纶和尼龙： 德科纳米药剂 20-40 g/L
3.2.3 防皱工艺及处方比较
浸轧(0.2MPA)→烘干(130℃×3min)→焙烘(160℃×2min)
处方:
1号: 纳米剂:60g/l 辅助剂NI:10g/l 无醛免烫剂DKEC:100g/l DKEC催化剂：20g/l
2号：纳米剂:60g/l 辅助剂NI:10g/l
3号:
纳米剂:60g/l 辅助剂NI:10g/l 无醛免烫剂DKEC:100g/l
3.3
性能测试
3.3.1 拒水性 拒水性按AATCC-22-2001标准，在AATCC 喷淋法测试仪上测定。评定标准：100分（ISO
5）~0（ISO 0）分。
3.3.2 拒油性 拒油性按AATCC-118-1966标准测试，8级最好，0级最差。
3.3.3 耐洗性 耐洗性按AATCC-135家用洗涤方法标准测试。
3.3.4 抗菌性 抗菌性按AATCC-25922（大肠杆菌），AATCC-4352（肺炎克雷伯氏菌），AATCC-25923（金黄色葡萄球菌）标准测试。由香港标准及检定中心(STC)测定。
3.3.5 防污性 由香港通用公证行有限公司(SGS)测试。
3.3.6
防皱性 防皱性按AATCC-128-1994标准测试。
3.3.7
透气性、透湿性 透湿量测定按JISL-1099-1993蒸发法，由香港通用公证行有限公司(SGS)测定。
3.3.8
急性毒性、皮肤刺激实验，眼睛刺激实验，由广州进出口食品检验研究中心(FIC)检测
3.3.9
可溶重金属、芳香胺染料，由广州出入境检验检疫局工业品检测技术中心检测。
4 结果与讨论
4.1
不同纤维的大货生产样的拒水、拒油及耐洗性测试结果（见表1）
表1 大货样品测试结果表
|
产品类型 |
初始效果 （拒水） |
初始效果 （拒油） |
水洗后效果 （拒水） |
水洗后效果 （拒油） |
|
全涤纶 |
100分 |
7级 |
40次后80分 |
40次后3级 |
|
精纺毛面料 |
100分 |
6级 |
26次后70分 |
26次后2级 |
|
纯毛精纺呢 |
100分 |
6级 |
23次后70分 |
23次后2级 |
|
全棉针织提花丝光布 |
100分 |
6级 |
35次后70分 |
35次后2级 |
由表1可知，涤、毛、棉等面料初始拒水效果为100分，初始拒油效果为6-7级，耐水洗性均较好。事实上德科纳米(Texcote)对所有纤维织物（棉、蔴、丝、毛纤维及化学纤维）均能取得很好的耐洗效果（一般棉、蔴、丝、毛耐洗20次及以上、涤50次、尼龙40次）。
4.2
抗菌性测试结果
生产样由香港标准及检定中心(STC)测定。结果如表2。
表2 抗菌结果测试表
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|
存留在样品的细菌数目（每样布菌落单位） |
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|
大肠杆菌（AATCC-25922） |
肺炎克雷伯氏菌（AATCC-4352） |
金黄色葡萄球菌（AATCC-25923） |
|
|
样品A： 德科处理涤纶纤维布（试样一） |
140,000 |
100,000 |
56,000 |
|
样品A： 德科处理涤纶纤维布（试样二） |
160,000 |
110,000 |
72,000 |
|
总平均 |
150,000 |
110,000 |
64,000 |
|
样品B： 未用纳米处理涤纶纤维布（试样一） |
5,200,000 |
17,000,000 |
1,800,000 |
|
样品B： 未用纳米处理涤纶纤维布（试样二） |
7,200,000 |
29,000,000 |
2,000,000 |
|
总平均 |
6,200,000 |
23,000,000 |
1,900,000 |
|
清除细菌百分比在德高处理涤纶纤维布与没有处理涤纶纤维布相比下（可清除细菌的效率为） |
97.6% |
99.5% |
96.5% |
由表2可知,经德科纳米(Texcote)处理的织物清除细菌率很高，可用于内衣、医用等纺织品。
4.3
防污性测试结果（见表3）
表3 防污测试结果表
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测试样布(成分) |
测试方法 (特别设计) |
测试结果 |
结论 |
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未经德高处理 |
经德高处理 |
当染上污渍后,经德高处理的布料较未经德高处理的布料容易清洗 |
||
|
涤棉 （75%涤，25%棉) |
1.清洗时间 |
污渍冲水喉水一分钟后才去掉 |
污渍冲水喉水便立即去掉 |
|
|
2.清洁剂用量 |
以浓度20%的家居清洁剂才将污渍清除 |
以浓度1%的家居清洁剂才将污渍清除 |
||
|
地毯（毛锦） |
1.清洗时间 |
污渍冲水喉水三十秒后才去掉 |
污渍冲水喉水便立即去掉 |
|
|
2.清洁剂用量 |
以浓度50%的家居清洁剂才将污渍清除 |
以浓度1%的家居清洁剂才将污渍清除 |
||
|
窗帘布 (75% 棉，25%涤) |
1.清洗时间 |
污渍冲水喉水三十秒后才去掉 |
污渍冲水喉水便立即去掉 |
|
|
2.清洁剂用量 |
以浓度20%的家居清洁剂才将污渍清除 |
以浓度1%的家居清洁剂才将污渍清除 |
||
4.4 防皱性测试结果（见表4）
表4 防皱性测试结果表
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未处理 |
1号 |
2号 |
3号 |
|
|
15sec |
经向(度) |
41 |
104 |
49.5 |
94 |
|
纬向(度) |
37.5 |
90 |
42.5 |
86 |
|
|
提升率（％） |
0 |
147 |
17 |
130 |
|
|
5min |
经向(度) |
45 |
115 |
60 |
106 |
|
纬向(度) |
47.5 |
106 |
57.5 |
101 |
|
|
提升率（％） |
0 |
139 |
27 |
138 |
|
防皱性测试结果表明：未加防皱剂的2号纳米剂处方自身的缓弹回复角比未处理织物提升27%，说明其有一定的防皱效果，但是防皱效果不及用防皱整理剂整理织物的效果，可以将它与防皱整理剂一起处理织物而获得较高的效果。这方面我们做了很多实验并使用于生产，限于篇幅，不再展开。
4.5透气性、透湿性测试结果
透汽透湿测试：以40度的水蒸汽透气量测试，RH90%，测试方法：一边正朝着氧化钙每小时每平方米透过量，结果64（JISL1099-1993，方法A-1）。空气透过量结果为0.053/立方米/平方厘米/秒。说明经过处理后的织物透气性、透湿性很好。
4.6 急性毒性、皮肤刺激实验,眼睛刺激试验结果（见表5）
表5 急性毒性、皮肤刺激试验,眼睛刺激试验结果
|
项目 |
结果 |
检测方法 |
|
急性毒性试验 |
>15000mg/kg体重(近乎无毒) |
GB 15193.3-2003 |
|
急性皮肤刺激试验 |
无刺激性 |
GB 7919.5.3-1987 |
|
眼睛刺激试验 |
无刺激性 |
GB 7919.5.3-1987 |
结果表明纳米药剂原液本身近乎无毒性、刺激性。
4.7 可溶重金属、禁用芳胺测试结果（见表6、表7）
表6 可溶重金属检验报告
|
检验项目 |
检验结果 |
标准或允差 |
检验方法 |
|
可溶锑Sb(mg/kg) |
<1 |
--- |
ICP-AES |
|
可溶砷As(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶铅Pb(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶镉Cd(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶铬Cr(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶钴Co(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶铜Cu(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶镍Ni(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
可溶汞Hg(mg/kg) |
<1 |
--- |
|
|
禁止使用的芳香胺(mg/kg) |
未检出 |
30 |
§35LMBG82.02 |
表7 禁用芳胺检验报告
|
CASNO. |
名称 |
结果(mg/kg) |
|
92-67-1 |
4-氨基联苯 |
未检出 |
|
92-87-5 |
联苯胺 |
未检出 |
|
95-69-2 |
4-氯邻甲苯胺 |
未检出 |
|
91-59-8 |
2-萘胺 |
未检出 |
|
97-56-3 |
邻氨基偶氮甲苯 |
未检出 |
|
99-55-8 |
2-氨基-4-硝基甲苯 |
未检出 |
|
106-47-8 |
对氯苯胺 |
未检出 |
|
615-05-4 |
2,4-二氨基苯甲醚 |
未检出 |
|
101-77-9 |
4,4’-二氨基二苯甲烷 |
未检出 |
|
91-94-1 |
3,3’-二氯联苯胺 |
未检出 |
|
119-90-4 |
3,3’-二甲氧基联苯胺 |
未检出 |
|
119-93-7 |
3,3’-二甲基联苯胺 |
未检出 |
|
838-88-0 |
3,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷 |
未检出 |
|
120-71-8 |
3-氨基对甲苯甲醚 |
未检出 |
|
101-14-4 |
4,4’-次甲基-双-(2-氯苯胺) |
未检出 |
|
101-80-4 |
4,4’-二氨基二苯醚 |
未检出 |
|
139-65-1 |
4,4’-二氨基二苯硫醚 |
未检出 |
|
95-53-4 |
邻甲苯胺 |
未检出 |
|
95-80-7 |
2,4-二氨基甲苯 |
未检出 |
|
137-17-7 |
2,4,5-三甲基苯胺 |
未检出 |
|
90-04-0 |
邻甲氧基苯胺 |
未检出 |
|
60-09-3 |
对氨基偶氮苯 |
未检出 |
备注：未检出表示检测结果低于仪器检测限(10mg/kg)。
由表6、表7德科纳米剂中难于检出可溶重金属和22类禁用芳胺类物质。
5
结论
5.1 德科纳米对所有纤维织物（棉、蔴、丝、毛纤维及化学纤维）均能取得很好的拒水、拒油、耐洗效果（一般棉、蔴、丝、毛耐洗20次及以上、涤50次、尼龙40次）。
5.2经德科纳米(Texcote)处理的织物清除细菌率很高，可用于内衣、医用等纺织品。
5.3
经德科纳米(Texcote)处理的织物防污性很好。
5.4经德科纳米(Texcote)处理的织物防皱性提高约30%。
5.5处理后的织物透气性、透湿性很好。
5.6德科纳米(Texcote)整理剂急性毒性，对皮肤、眼睛刺激性，可溶重金属和22类禁用芳胺类物质的含量均可达到环保要求。
6 德科纳米(Texcote)整理剂在实际生产中应用情况
德科纳米(Texcote)整理剂在实际生产中, 由于不需调节工作液的PH值,
无须使用外加的催化剂, 工作液配置方便, 质量易于控制。
参考文献
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[2]刘瑞华，董永春．纳米复合染整助剂[J].针织工业，2004（3）：109-107
[3]陶国平．纳米材料在功能性纺织品上的应用与展望[J]．棉纺织技术，2001（10）：581-584
[4] Y.Li等著，陈怡摘译，陈明校．防治纳米技术[J]．国外纺织技术，2004（8）：33-34
[5]方锡江，文永奋．功能性纺织品及纳米技术的开发与应用[J].纺织科学研究，2002（3）：1-8
[6] 罗巨涛．染整助剂及应用[M].北京：中国纺织出版社,
2000, 144-147
[7]瑞典德科（Texcote）纳米有关资料[C]