專利名稱：一種納米功能紡織品整理加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紡織品整理技術(shù)，具體地說是一種納米功能紡織品的整理加工方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外納米功能紡織品的加工方法主要有填充法和后整理法兩種。
1、填充法填充法是將納米抗菌復合材料加入到化纖中從而獲得各種含納米功能化纖的方法，然后再將這些化纖制成功能紡織品。主要方法有接枝法、離子交換法、濕紡方法、熔融共混紡絲法、復合紡絲法。
2、后整理法后整理法是指用納米材料的分散液和樹脂對紡織品進行浸漬或涂覆處理，從而賦予紡織品特定功能的方法。常用的方法有表面涂層法、樹脂整理法、微膠囊法等。
后整理法具有適用范圍寬、加工方便、適用于小批量多品種的優(yōu)點，而且不受纖維種類的限制。因此，得到列廣泛的應用。但是，目前常用的后整理法也有其不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面1)由于納米材料的分散液穩(wěn)定性較差，尤其是對溫度、pH值等較為敏感，實際生產(chǎn)中由于溫度、pH值等工藝參數(shù)的波動，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。
2)納米材料附著在紡織品表面的牢度，主要依賴粘合劑的粘結(jié)作用，往往難以持久和穩(wěn)定。在織物經(jīng)過多次洗滌和摩擦以后，其功能性降低或消失。
3)由于粘合劑的存在，織物服用性能，如織物的手感、懸垂性往往受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述后整理法中存在的諸多問題，本發(fā)明目的是提出了一種新的納米功能紡織品整理加工方法。這種加工方法不僅工藝流程短，加工簡單、納米材料的附著牢度好，而且還能解決納米材料在后整理過程中的團聚問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是先將織物經(jīng)或不經(jīng)預濕機濕預，為下一步加工做好準備，對于純合成纖維織物也可以不預濕。然后利用一定頻率(20～60kH)和功率(0.1～2W/平方厘米織物)的超聲波所產(chǎn)生的超聲空化效應，超聲空化引起的湍動效應、微擾效應、界面效應，聚能效應和其他物理機械作用，將納米材料充分分散到水中，時間約15～25分鐘。然后將織物喂入整理機(浴)，在超聲波的作用下，使納米功能材料迅速地嵌入到纖維及織物的細小縫隙和孔洞里，實現(xiàn)了納米材料的分散和嵌入同步進行，時間一般控制在10～60分鐘。
織物上添加納米材料完畢后，再將織物置于水洗機(浴)中，并在超聲波作用下進行清洗，將附著在纖維表面，未能進入空洞和縫隙的納米材料清洗掉。清洗之后再將織物置于封堵浴中進行處理，以封堵納米材料，使其不易掉出，從而在一定程度上減少了納米材料的脫落量，提高了嵌入牢度。
最后再將織物置于柔軟機中，用柔軟劑進行柔軟處理，以滿足其柔軟度要求。對于足夠柔軟的織物可以不經(jīng)此工序處理。
上述整理機、水洗機和封堵工序所用設(shè)備，可各采用圖1所示設(shè)備(或圖2所示設(shè)備)，也可用一臺設(shè)備先后進行處理。
上述預濕機和柔軟機可各采用圖2所示設(shè)備(或圖1所示設(shè)備)，也可用一臺設(shè)備先后進行處理。
用此種方法加工的納米紡織品，納米材料嵌入牢度好，不需要事先將納米材料制成分散液，加工方便。
本發(fā)明適用于多種納米功能材料，不受納米材料種類、結(jié)構(gòu)、成分和粒徑的影響。其適用粒徑范圍可以從3納米到500納米?？捎糜谥苽浼{米抗菌紡織品、納米抗紫外紡織品、納米抗靜電紡織品、納米遠紅外紡織品。
本發(fā)明適用于多種紡織品，如梭織物、針織物和非織造布。不受織物、紗線和纖維的規(guī)格、結(jié)構(gòu)和種類的影響。尤其適用于含有細小縫隙和孔洞纖維所形成的織物。
本發(fā)明中所采用的設(shè)備主要由4～20根導棍、帶有或不帶有進、出口的浸漬池和浸沒于液體中或固定于容器外側(cè)的1～15個超聲波換能器組成。導棍數(shù)目，除了牽引導棍以外，還決定于處理時間長短，處理時間長，導棍可以增加。
本發(fā)明中，用于添加納米材料和水洗的超聲波換能器可以在織物的一側(cè)(如圖2所示)，也可以在織物的兩側(cè)同時配置(如圖1所示)。通常采用1～15只超聲波換能器，可以用一只(如圖2所示)，也可以如圖1所示用多只。超聲波換能器可以如圖1所示垂直安裝，也可以如圖2所示水平安裝。


圖1是本發(fā)明的工藝采用的整理機、水洗機和封堵工序所用設(shè)備圖2是本發(fā)明的工藝采用的預濕機和柔軟機的設(shè)備圖3是本發(fā)明的工藝流程4是在50℃和28kH條件下，時間對納米材料分散效果的影響圖5是經(jīng)整理機處理的苧麻布樣在不同時間下的增重情況
具體實施例方式通過以下實施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實施的一般步驟。
1、預濕 先將紡織品在圖2所示預濕機里預濕，使紡織品充分浸透水分，為下一步均勻嵌入納米材料做好準備。預濕的浴比為1∶5～10；時間5～20分鐘。
2、納米材料分散 按1～10克/升向水中向圖1所示整理機中加入納米功能材料，然后開啟超聲波換能器，利用一定頻率(20～60kH)和功率(0.1～2W/平方厘米織物)的超聲波所產(chǎn)生的超聲空化效應，超聲空化引起的湍動效應、微擾效應、界面效應，聚能效應和其他物理機械作用，將整理液中的納米材料充分分散，時間約10～20分鐘。
3、嵌入納米材料 將織物喂入圖1所示整理機中，在超聲波的作用下，使納米功能材料迅速地嵌入到纖維及織物的細小縫隙和孔洞里，時間控制在10～40分鐘，浴比一般可控制在1∶10～20，溫度一般控制在25～85℃。由于超聲波的作用，不加分散劑，納米功能材料也不會團聚，實現(xiàn)了納米材料的分散和嵌入同步進行。
上述的2和3的納米功能材料分散和嵌入可以同時進行，即經(jīng)過預濕機預濕紡織品喂入含有納米功能材料的整理機中處理10～60分。
4、清洗 因為并不是所有的納米功能材料都能進入到纖維及織物的細小縫隙和孔洞里，通常有部分會附著在纖維或織物的外表面。為了將這部分納米功能材料洗掉，需將織物在經(jīng)水洗機(如圖1所示)清洗。水洗時，如果利用超聲波的物理作用進行清洗有更好的清洗效果?？汕逑匆槐?，也可以清洗多遍，一般需水洗兩遍，浴比一般可控制在1∶10～20，時間在10～40分鐘。
5、封堵及柔軟處理 為了將納米功能材料封堵在纖維的細小縫隙和孔洞之中，需用封堵劑進行封堵。封堵劑可以用對皮膚無刺激的水分散性粘合劑，如聚丙烯酸酯類粘合劑、聚氨酯類粘合劑。為減少粘合劑對手感的影響，選用的粘合劑的玻璃化溫度最好在-10℃以下。步驟是先將封堵劑均勻分散在水中，然后將織物喂入封堵浴中進行處理1～5分鐘。封堵工序應以不影響織物手感為宜。為改善織物的手感，可同時對織物進行柔軟處理。柔軟處理可以與封堵工序一浴進行。柔軟劑可選用有機硅類或含氟柔軟劑，用量一般控制在織物重在0.3～4％，此工序用圖2所示設(shè)備即可。
6、烘干及焙烘 對經(jīng)過上述加工的織物進行烘干定型處理，一是為了去除水分，二是為了使封堵劑和柔軟劑固化，溫度一般控制在90～160℃，推薦導棍105～135℃，時間0.5～5分鐘。
為更清晰地說明工藝過程，用附圖3的流程圖加以說明。
實施例1納米抗菌紡織品的制備1、紡織品規(guī)格黑色100％純苧麻平布；克重140g/m2；紗線特數(shù)21×21；經(jīng)緯密236×236；幅寬140cm。
2、納米抗菌劑選用可用于抗菌紡織品的納米材料有多種，常用有納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化硅、納米氧化鋯等。為提高這些納米材料的抗菌性，經(jīng)常將這些納米抗菌劑與銀或稀土進行復合，制成復合型抗菌劑，如稀土激活納米氧化鋅抗菌劑和納米氧化鈦復合銀抗菌劑等。
從性價比考慮，本實施例選用市售的稀土激活納米氧化鋅抗菌劑，其主要成分為納米ZnO顆粒，平均粒徑100nm。
3、預濕按前面所述工藝進行即可。
4、納米材料分散納米材料的種類、粒徑和分散時的溫度、時間及超聲波的頻率對分散效果有一定的影響。分散效果可用分光光度計測納米材料分散液的吸光度，吸光度越大表明納米材料分散液的分散效果越好。經(jīng)測定，所選用的稀土激活納米氧化鋅抗菌劑最大吸收波長為360nm，故可在360nm波長下進行測定。
實驗表明，適宜的分散溫度為40～55℃，溫度太高或太低都會影響分散效果，本實施例選擇50℃。
在一定時間范圍內(nèi)，隨分散時間的延長分散效果提高，分散時間在10分鐘以后基本達到穩(wěn)定水平。時間對納米材料分散效果的影響規(guī)律，如圖4所示。本實施例選擇分散時間為15分鐘。
隨著超聲波頻率的提高，分散效果逐漸變差，適宜的分散頻率為20～40kH，本實施例選擇28kH。
納米材料在水中分散的濃度對分散液的穩(wěn)定性有一定的影響，濃度太高，納米材料易團聚沉淀；濃度太低，達不到抗菌要求。稀土激活納米氧化鋅抗菌劑適宜的濃度為0.1～2％，本實施例選擇分散濃度為0.8％。
5、納米材料的嵌入待納米材料分散好以后，將苧麻布喂入圖1所示整理機，控制水溫為50℃。超聲波的頻率和納米材料的粒徑大小影響其嵌入量，在20kH時，粒徑為500nm的嵌入量大于粒徑為100nm的嵌入量，在大于28k以后，粒徑為100nm的嵌入量明顯大于粒徑為500nm的嵌入量。因此，本實施例選擇超聲波頻率為28kH。處理時間可根據(jù)需要靈活掌握，需要嵌入納米材料的量大，可以時間長一些，否則時間可短一些。納米材料的嵌入量可通過測量布樣增重情況來表征。圖5為苧麻布樣(直徑為10厘米)處理10分鐘、20分鐘和30分鐘時的增重情況。根據(jù)抗菌性的需要，本實施例選擇處理時間為20分鐘。
6、水洗研究表明，納米材料不僅進入到纖維溝槽內(nèi)，還有相當一部分附在纖維表面。為了將附著在織物和纖維表面的納米材料盡可能洗掉，需對其進行清洗。經(jīng)反復試驗證明，清洗二次，每次20分鐘，水溫40～50℃，浴比1∶15～20，可將附著在纖維外表的大部分納米材料清洗掉。
7、封堵及柔軟處理通過封堵及柔軟處理可提高嵌入苧麻纖維空洞和溝槽中的納米抗菌劑的牢度，并改善苧麻織物的手感。粘合劑是封堵的關(guān)鍵材料，它不僅要對納米材料和苧麻有良好的粘結(jié)力，而且粘合劑本身的成膜強度也要高。此外，根據(jù)產(chǎn)品要求，粘合劑還應具有一些特殊性能。比如，要求手感柔軟，透氣性強，耐干洗、濕洗性好。粘合劑可以分為乳液型和溶劑型兩類。乳液型粘合劑由于操作方便，污染小，是使用較多的一類粘合劑。在乳液型粘合劑中，聚丙烯酸酯類對許多纖維都能產(chǎn)生很好的粘結(jié)力，耐老化和耐氣候性優(yōu)良，應用廣泛。本實施例選擇具有手感柔軟和牢度優(yōu)良的自交聯(lián)粘合劑RN。其主要質(zhì)量指標和性能外觀為淡藍色乳狀液；玻璃化溫度為-15℃；含固量額為(39±1)％；pH值為4～5；粘度為260mPa.S；離心穩(wěn)定性為3000r/min，30min不分層；用量為織物重的0.5％。柔軟劑選用的是可以與上述粘合劑同浴混合使用的親水型有機硅類柔軟劑QD-1，用量為織物重的0.5％，浴比為1∶10～15。
8、烘干烘干機選用平幅烘干機。烘干溫度要高于粘合劑和柔軟劑的成膜溫度。根據(jù)本實施例所用的粘合劑和柔軟劑的性能，確定烘干溫度為130℃，布速10米/分。
9、抗菌性檢驗所制備的納米抗菌苧麻布的抗菌性可按照國家消毒技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的浸漬法進行檢驗。我們進行多次試驗，抑菌率均在95％以上。
10、抗菌穩(wěn)定性檢驗抗菌穩(wěn)定性檢驗是指所制備的納米抗菌苧麻布經(jīng)一定次數(shù)的洗滌后是否仍然具有很好的抗菌性。按照國家行業(yè)標準的標準洗滌程序模擬洗滌50次后，其抗菌性仍達到90％以上。如果不進行封堵處理，經(jīng)過模擬洗滌50次后，其抗菌性可達50％以上，作為抑菌產(chǎn)品也是可行的，但是略低了一些。
實施例2其它納米功能紡織品的制備1、材料選用納米抗紫外和抗靜電紡織品原材料選用情況見表一。
表一 納米抗紫外和抗靜電紡織品原材料選用情況 2、加工工藝預濕和水洗同實施例1。其它工藝參數(shù)見表二。
表二 納米抗紫外和抗靜電紡織品主要制備工藝

3、產(chǎn)品性能檢驗

權(quán)利要求
1.種納米功能功能紡織品的加工方法，其特征是依次通過下述(1)-(3)、(5)-(8)或者(1)、(4)-(8)二種步驟(1)先將紡織品經(jīng)或不經(jīng)預濕機預濕；(2)整理機中將納米功能材料分散在水中并在超聲波場的作用下處理10～20分鐘形成含有1～10克納米功能材料/升的水處理浴，浴比為1∶5～20；(3)將(1)所述的紡織品喂入(2)所述的整理機中，在25～85℃經(jīng)過10～40處理分鐘，浴比為1∶10～20；(4)或?qū)?1)所述的紡織品喂入加入1～10克納米功能材料/升的水處理浴的整理機中，并在超聲波場的作用下在25～85℃處理10～60分鐘，浴比為1∶10～20；(5)在超聲波條件下，浴比1∶10～20，用水洗機清水(3)或(4)的紡織品進行漂洗10～40分；(6)紡織品置入粘合劑分散液中處理1～5分進行納米功能材料密封和固定，浴比為1∶5～20，粘合劑含量織物重的0.1～2％；(7)采用或不采用相對于織物重量的0.5～4％有機硅類或含氟柔軟劑處理1～10分，浴比為1∶10～15；(8)烘干及焙烘。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的紡織品原料是由纖維或紗線構(gòu)成的片狀纖維結(jié)構(gòu)物、針織品、梭織品或非織造布。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的纖維是棉、麻、帶有溝槽或孔洞的化學纖維或再生纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的納米功能材料是粒徑在5nm～500nm、可制成水分散液的粉末材料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的粘合劑是聚丙烯酸酯類粘合劑或聚氨酯類粘合劑。
6.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是所述的粘合劑是自交聯(lián)粘合劑RN、封端型水系聚氨酯粘合劑QD-4或丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯粘合劑FY-1。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的有機硅類或含氟柔軟劑是親水型有機硅類柔軟劑QD-1或Rhodorsil HALS或有機硅與有機氟的共聚改性柔軟劑SH100。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的納米材料是納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化硅、納米氧化鋯或者上述納米抗菌劑與銀或稀土進行復合成復合型抗菌劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的納米功能功能紡織品是納米抗菌紡織品、納米抗紫外紡織品、納米抗靜電紡織品、納米遠紅外紡織品。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所采用的設(shè)備上由4～20根導棍、帶有或不帶有進出口的浸漬池和浸沒于液體中或固定于容器外側(cè)的1～15個超聲波換能器組成。
11.如權(quán)利要求1或10所述的方法，其特征是所述超聲波的能量應控制在浸于液體中的每平方厘米紡織品0.1～2W。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是所述的超聲波換能器的頻率在20～60kH之間。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是所述的超聲波換能器布置應正對著紡織品，距離控制在5～150mm之間。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的設(shè)備具有使紡織品平整并能連續(xù)運動的4～20個導輥。
全文摘要
一種納米功能功能紡織品的加工方法，主要是利用超聲波技術(shù)在織物上添加納米功能材料，制備納米功能紡織品。其先將紡織品經(jīng)或不經(jīng)預濕機預濕，然后將其于喂入整理機中，在超聲波場的作用下進行處理，由于在整理機中已事先將納米功能材料分散在水中形成的處理浴，因此超聲波在液體中產(chǎn)生的空化效應以及其他物理機械效可推動納米功能材料迅速地嵌入到織物和纖維的細小縫隙、溝槽和孔洞內(nèi)，再經(jīng)水洗、封固及柔軟和烘干處理，最終制備出牢度好、手感柔軟的納米功能紡織品。
文檔編號D06M11/00GK1730803SQ200510028479
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者馬建偉, 陳韶娟, 王廣闊, 王善元 申請人:東華大學, 青島大學