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纳米与无纺结合:创新应用如虎添翼

2018-09-25冀敏

中国纤检 2018年9期
关键词:变相纳米技术纳米

文/冀敏

纳米技术通过在多种纺织产品上的广泛应用已展现出创新纤维和高效能纺织产品的前景,而纳米技术在无纺织业上的应用为工业带来了更多更广的应用。可以期待,纳米技术在无纺织布上的运用可在未来10年内带来更大的经济效益。

纳米技术所用的材料其长度大多都在1~100纳米之间。纳米技术倡导者将纳米技术定义为“对拥有所提及的长度的物质的理解、操作和控制,如材料物理化学和生物性能(原子个体,分子和质体)可通过设计、合成和改变开发出下一代材料,结构和系统”。

最近一项由美国行业咨询公司RNCOS所做的研究表明,全球纳米技术市场在2017年突破489亿美元。在无纺织布领域纳米科技主要运用于纤维和成品两方面。纳米纤维,也就是通过类似拥有纳米直径的电纺丝技术所制造且发展出来的。从而得以在医疗保健、工业领域和过滤领域研发出新产品。例如,纳米应用于聚酰胺和聚氟乙烯纳米纤维,包括静电纺丝或离心纺丝,所形成的聚合物熔融过程包括了熔融纺丝和熔喷,为获取聚丙烯和聚酯纳米纤维,业界也采用了熔融加工过程,而经纳米处理的这个过程,其产品得到更广泛的运用。

纳米技术与上述材料的结合,具体体现在需要增加体积或减轻重量方面时,纳米技术则能大显身手。纳米纤维在无纺织布领域的应用主要在过滤,如室内和工业加热领域的空气净化、通风和空调系统上具有独特的作用。在过去,超细纳米纤维无纺产品仅限制在汽油和石油的过滤、电池、电容器和燃料电池等储存等领域,其分离器和阳极都有纳米无纺品应用的踪迹。

医疗终端也不乏使用纳米无纺品。例如,纳米技术应用于无纺,即在纤维链外壳上的应用,使其拆散后不残留任何物质。这个概念是模仿壁虎牢牢抓住物体表面的功能。生物相容性的纳米无纺织布主要用来设计此类的产品。另外的应用则是,使抗菌纺织具有抑制细菌繁殖的功能,其中的运用如银或铜化合物使细菌分子断裂。纳米无纺纤维和生物聚合物上的应用推动着再生医学的发展,以此又研发出人体支架的材料,植入人体后可尽快形成人造组织细胞,为再生做准备。并且,这类无纺纳米纤维在给药治疗、伤口敷药和骨支架领域也具有潜在的应用。

纳米技术也为服装产业提供多种功能,如纺织紫外线防护。这是一种新型功能,而含有钛氧化物和氧化锌的纳米无纺材料则能达到另一种效果。因为纳米服装具有吸收紫外线的功能,因此受到诸多服装领域的重视。经进一步试验,科学家确信,用纳米无纺品制成的服装可更大程度上降低皮肤癌的发生。而且,纳米颗粒可提高无纺织品的耐磨性和尺寸的稳定性。因此这就意味着,作为用纳米无纺品制造的产品如今具有高强度且能避免因长时间暴露于阳光下而发生脱色等不利影响。

纳米技术在应用于无纺品前,聚酯在纤维材料的亲水性方面很难发生改变。但涤纶纤维在拥有纳米级的多胺涂层后可吸收水分逾40%,大大超出了过去的自然吸水功能。由此可见,纳米无纺品增添的新功能,即高强度的吸水性得以应用于更多领域。无论是服装制造或是汽车零部件生产,原来的无纺品添加了纳米功能后,其作用更加明显,使无纺品能因此获得多种功能,制造商和消费者大大受益。在防护型无纺品方面,纳米除了多种功能,在改善电气、机械和屏蔽性能方面也扮演着重要角色。如碳纳米管已用于生产无纺布防静电服装面料。

纳米滤膜技术则是另一应用,它可用于纺织工业的染色清理和废水处理等。在封闭的应用无纺和有机分子和离子化合物的加工过程中,纳米滤膜可保留染色分子且能过滤污水,这样就为重复使用水资源提供了可能性。这听起来不可思议,但无纺与纳米技术相结合,在不久的将来肯定可以解决如水资源短缺和气候变化等问题。总之,无纺与纳米技术相结合,两者能齐头并进,不可避免地获得更深更广的应用,还能在保护环境方面大有可为。

由于吸收太阳辐射而提高了大气温度的缘故,炭黑素的排放成为导致气候变化和冰川融化的罪魁祸首。而具有纳米颗粒的无纺品却能在空中将炭黑素加以拦截和过滤。此项技术尽管还处于萌芽阶段,但它让人们看到了未来的希望。在纳米颗粒运用于无纺时代,研发这样的产品对现实和未来都具有更大的意义。

在用无纺品制作的防护服,如户外装、滑雪服和登山服等方面,大量使用变相材料后,这些产品已得到长足的发展。变相材料涂在穿戴者的无纺制品层上能产生意想不到的好处。在体温过低时,变相材料会结晶核释放热来保持体温,而在体温过高时,变相材料则会吸收热量以达到降温效果。纳米技术正是采用与变相材料相类似的方法,使无纺品的效能大大提高,甚至超越了变相功能所带来的变化。如设计的太空服抗辐射增强,温控更好,应用到野外运动服、军装甚至床上用品等领域时,纳米却能强化原有的功能。

毫无疑问,纳米无纺将给未来的商业领域带来令人振奋的科技产品。无纺和纳米技术的结合不仅使新应用如虎添翼,更可以给空气动力学、环保、建筑纺织、医疗保健和人体防护等多个领域提供很多机遇并产生更多的创新应用。

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