纤维新材料及应用-5功能纤维

功能纤维一般是指通过添加某些物质而使纤维具有某些特殊性能的纤维。功能纤维的一般制造方法：1.接枝改性：通过化学反应在纤维上接上特定的离子基团，具有较高的安全性；还可以通过交联剂来实现接枝改性。2.共混纺丝：将功能材料加入到纺丝聚合物中，用传统设备进行纺丝。功能纤维可以是中空纤维，也可以是皮芯结构、并列的复合纤维。功能纤维的一般制造方法：3.纺丝后加工：在纺丝油剂或凝固浴中加入功能材料，纤维经过浸泡牵伸将功能材料附着在其上。4.后整理：在纤维、纱线、织物甚至服装上采用浸渍、喷雾、涂层、浸轧、缝缀等方式将功能材料添加进去。功能纤维的一般制造方法：5.微胶囊的形式：常见的功能纤维如下：一、芳香纤维是指带有芳香气味的纤维。将芳香物质添加到纤维中使其具有香味。价值：炫耀个人身分和环境气氛具有心理上、生理上的医疗保健功能。历程：古代祭祀——达官贵人——医疗功效世界上的有味物质40万种，芳香气味的物质仅有5000种，常用芳香物质1500种。目前香型分类尚无定论，大致分为柑桔香、青草香、花香、林木香、东洋香及各种混合香。1、植物香料各类具有芳香气味的植物，涉及花、叶、茎、果实、根各个部分。提取方法：水溶解水蒸汽蒸馏溶剂萃取可以提取植物精油的植物，品种繁多，但需要大量资源才能提取少量香料。如用3吨玫瑰花才能制成1kg香料。2、动物香料数量极少，世界上仅有麝香、龙诞香等4种。麝香最为著名，我国西南－尼泊尔一带，约20－40克，每千克10万美元。1939年，鲁奇因分析出麝香的化学成分而获得诺贝尔奖。香气浓郁。3、合成香料19世纪末期，合成香料问世，开始广泛应用，打开了市场的大门。各种芳香气味的心理医疗效果:醒神——薄荷、桉树、柠檬、马鞭草、香茅、麝香草、玫瑰、迷失香催眠——檀香、橙花油、熏衣草抑制食欲——艾蒿精油、迷失香精油、桉树精油、松藻精油促进食欲——麝香草、月桂叶、柠檬、肉豆蔻、香精花、洋葱、大蒜各种芳香气味的心理医疗效果:抗偏头痛——橙香、柠檬、佛手柑、熏衣草、迷失香、欧薄厌烟——橙香、柠檬、佛手柑、肉桂、肉豆蔻、香姜花催淫——檀香木精油、土香根精油、劳丹胶精油、琥珀、麝香清心镇静——熏衣草、佛手柑、柠檬、迷失香、欧薄荷、玫瑰、肉桂、肉豆蔻(二)芳香纤维的技术类型芳香与纺织品的结合由来已久，最初的办法很简单：喷洒或缝缀——熏香——活性炭吸附——涂香和浸香（水溶液中浸渍、粘合剂涂层、微胶囊整理）1、共混型纤维基材（常规聚酯和聚酰胺类）＋分散剂（分子量2000－4000的聚酯多元醇）＋增粘剂＋香料。缺点：芳香物质的沸点在250℃以上，否则挥发。2、包芯型直接借用芯鞘复合纤维技术。鞘层：聚酯、聚酰胺。芯层：熔点特别低的聚合物如聚乙烯共聚物或均聚物。芳香物质加入到芯层。香味只能沿纤维纵向从端面逸出。改进：中空包芯型3、吸入型解决低沸点问题。乙烯－醋酸乙烯共聚物以共混方式纺入，浸入油性芳香剂中——加压或常压下保持一定时间，吸收足够的芳香剂。优点：对芳香物质的沸点没有限制挥发缓慢、不溶于水改善作业环境，提高纺丝工艺性能（三）芳香纤维举例1、“花之精”芳香纤维采用微胶囊技术，以聚氨酯为微胶囊壁材，用硅系特殊粘合剂进行涂敷加工。有15种香型。2、森林浴纤维复合包芯纤维，鞘部：聚酯，芯部：刺柏天然精油的复合聚合物。有一种漫步在森林中的感觉，使人神清气爽，忘记疲劳。3、共混型芳香纤维沸点250℃以上的芳香物质＋平均分子量2000－4000的脂肪族聚酯多元醇＋平均粒子直径0.1－0.5微米的TrO2微粒。混合后，掺入聚酯纺丝液中，获得内部物质均匀分散的聚酯短纤维。其他各种类型：4、微胶囊共混型芳香纤维5、包芯中空型芳香纤维6、中空型多芯芯鞘芳香纤维7、吸入型共混芳香纤维8、吸入型非完全包芯芳香纤维二、抗菌纤维是指在织物形成之前就赋予抗菌性的纤维。（一）抗菌的价值微生物广泛存在，包括细菌、霉菌、放线菌、酵母等菌类达数千种，人类处于细菌的包围之中。纤维上也附着很多微生物，一般在103－108个/cm2之间，条件适宜就会迅速繁殖，产生危害。1、医护用品的主要性能要求医院的服装、被单、窗帘、地毯等纺织品。2、食品卫生的主要措施工作服、围裙、抹布、食品包装布等必须要考虑抗菌功能。3、舒适生活环境的有效途径服装内气候构成微生物滋生繁殖的条件。如金色葡萄球菌、假白喉杆菌、大肠杆菌、黑曲霉菌等。也会产生一定的病理刺激。即使这些细菌是非致病性细菌。此外，人体分泌产生的汗液、皮脂受到细菌的分解作用，产生氨气等恶臭气体，不仅使服装沾带体臭，还会使人穿着不舒适。4、对纤维本身性能的保护高温高湿气候，造成微生物大量繁殖，使衣料变色、材料变脆，甚至会危及皮肤。抗菌纤维的发展过程：第一次世界大战，丹麦科学家发现毒气受害者的伤口不会化脓。第二次世界大战部分德军的军服进行抗菌整理1955－1965第一阶段，酝酿时期，Sanitary整理，引起了人们的兴趣。1965－1975第二阶段，前半期追求抗菌效果（有机汞、有机锡、有机铜、有机锌、酯系列化合物及含硫有机物）；后半期安全性引起了争议。1973年（日本）停止使用有机汞。美国道康宁公司开发了DC－5700抗菌剂，1975年开始商品化生产。80年代末，出现了抗菌纤维。（二）抗菌剂的种类要求：安全性耐水洗、干洗无色、无味不损伤纤维与助剂相溶成本低1、金属化合物机理：细菌体内的一些酶因硫氢基的存在得以保持活性，金属离子能与这些水解酶中的硫氢基结合使之钝化，使硫氢基失去活性并导致硫氢基团的消失，细菌失去这种重要的代谢物质则不能繁殖。有机金属化合物：有机汞、锡、锌、银、钛无机金属化合物：硝酸银、硫酸铜、氯化锌。具有很高的抗菌性，与硫氢基结合性强。对金黄色葡萄球菌、白癣菌、大肠杆菌显示很好的杀灭作用。很多不受温度、湿度条件的影响，而且不易溶出，提高了安全性。2、苯酚类抗菌剂机理：能进入细菌细胞的内部，破坏细胞壁，影响其脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA，抑止与合成核酸和蛋白质相关的酶的功能。最重要的是二苯基醚类抗菌剂。GG－1型抗菌剂（我国开发）有优异的抗菌性，毒性低。3、有机硅季胺盐类抗菌剂机理：细菌一般带有负电荷，而季胺盐中的N＋带正电荷，造成相互吸引。这将导致细菌细胞中酶的代谢功能障碍，使其丧失呼吸功能而失去活性。这种抗菌机理称为“接触杀死”一般季胺盐处理织物易于从织物上溶出，不仅杀死有害细菌，也使耐洗性能降低，为此采用与有机硅共用的办法。DC－5700抗菌剂有效成分：是3－（三甲氧基硅烷基）丙基二甲基十八烷基氯化铵。SAQ－1（上海）和STU－AM10与之类似。4、其它抗菌剂脲类、胍类、含氮杂环类以及硫和含硫化合物等许多抗菌剂。此外一些医用抗菌和抗菌剂如庆大霉素、卡那霉素、四环素以及洗比泰、碘化物等。三、消臭纤维消臭是指消除已经产生的臭气，这类臭气不止是由于细菌繁殖所造成的。而往往是一些物质，如人粪尿、化学产品等物质所固有的气味。三、消臭纤维消臭是指消除已经产生的臭气，这类臭气不止是由于细菌繁殖所造成的。而往往是一些物质，如人粪尿、化学产品等物质所固有的气味。（一）恶臭物质种类与危害地球上约有200万种化合物，估计1万种化合物是属于恶臭物质包括的种类有：醛R-CH=O酮R-CR=O酸－COOH氨RNH2硫化氢R-SH甲基、乙基硫化物R-S-R’醇R-OH酚天然恶臭物质是蛋白质、多糖等生物分子经需氧菌和厌氧菌分解而成。典型的是粪尿，其组成物质已经分析出27种。恶臭物质的危害：即使数量极少，也会使人感到臭气难闻，产生不快感觉，而一旦溶入血液还会引起神经中毒。其他生理作用如血压升高、呼吸急促、恶心眩晕、刺激粘膜等。（二）消臭途径和消臭剂消臭剂不断问世，已经达到数百种，作为消臭剂有效成分的物质重要有：活性炭、硅酸、氯化物、氧化物、碘化物、氨络物、有机酸、苯酸类金属硬脂酸盐、芳香物质、植物精油和酶类物质。其形态有：溶液型凝胶型固体型粉末型1、感觉消臭从嗅觉上感到臭气消失，其机理包括：掩盖作用中和作用2、物理消臭以不改变恶臭物质的分子结构为特点吸附作用：活性炭、泡沸石、硅胶等表面多微孔物质对恶臭分子进行吸附或极性吸附。吸收作用：通过表面活性剂等物质将臭气分子融解吸入其内部。实际中多以此方法着眼。3、化学消臭是使恶臭分子与消臭剂发生化学反应生成没有恶臭气味的物质。脱硫反应：硫酸亚铁等铁盐—生成硫化物氧化－还原反应：用氧化剂或还原剂离子交换反应：用金属离子——络合反应加聚反应：有机酸类物质——与氨臭4、生物消臭通过各种生物作用消除恶臭的方法所用生物包括细菌、酵母、多种生体酶。细菌对恶臭物质分解；生体酶对恶臭物质的氧化起到催化作用。（三）消臭纤维举例1、活性炭纤维聚丙烯腈纤维——予氧化丝——碳纤维——活化炉中进行高温水蒸气处理制成活性炭纤维。2、消臭人造丝是专供病卧不起的患者应用。用特殊方法把活性炭微粒均匀掺入粘胶纺丝液中，添加量可达到1：1以上，纤维化之后再进行复合。3、消臭聚丙烯腈纤维利用配位吸附而实现消臭功能，具有持续的消臭功能，没有臭气再释放的问题和生成有害物质的问题。消臭机理尚不清楚。4、消臭絮棉使用天然消臭剂，从茶、山茶、椿树、杨桐等山茶科植物的叶子中提取分离的液态蒸馏产物，这种消臭剂最大的特点是能将花香及香水等好闻的气味保留下来，只除去令人不快的恶臭。主要成分是黄烷醇、黄酮醇、丹宁酸等有机高分子物质。该消臭剂能溶于水，也能溶于亲水性有机溶剂。5、消臭羊毛氧化剂进行树脂防缩加工处理——使纤维改性，表面带负电荷——将含有消臭剂的环化糊精掺入阳离子性聚酯胺氯甲代氧环丙树脂中，并使之附着再羊毛纤维表面。四、防辐射纤维各种高能射线、X射线广泛应用。称为无形杀手。中子辐射、紫外线辐射也有一定危害。电磁波辐射，会造成脱发。1、抗紫外线纤维有机紫外线吸收剂：水杨酸系（有效吸收波长：290~330nm）二甲苯酮系（有效吸收波长：270~380nm）苯并三唑系（有效吸收波长：270~380nm）氰基丙烯酸酯系（有效吸收波长：270~350nm）无机紫外线散射剂：氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、石墨、高岭土。防紫外线纤维的织物对紫外线的反射率可以达到97%以上。制作方法：将紫外线吸收剂或屏蔽剂以共聚、共混、复合和后整理的方式加入到纤维中。用途：防紫外线伞、帐篷、T恤衫、遮阳帽、交警及野外作业工作服、高山及紫外线辐射强度较大地区的防护服。2、防中子辐射纤维含硼陶瓷纤维；防中子添加剂+普通高聚物。中子吸收剂主要含硼、锂等化合物，如碳化硼、氮化硼、氟化硼、氟化锂等。纤维基体一般是聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。制造方法：（1）离子交换纤维吸附法：普通阴离子交换纤维置于硼元素的化合物（硼砂、硼酸）中浸泡。或阳离子交换纤维在锂的化合物（氢氧化锂、卤化锂、碳酸锂）浸泡一定时间。水洗-脱水-干燥。制造方法：（2）纺丝法：聚酯、聚烯烃等作基体。添加锂-6、硼-10或其他化合物作吸收中子的微粒（1微米以下），进行共混或复合纺丝。复合纺丝制取防中子纤维芯材：70%聚丙烯+30%B4C。芯皮质量比：10:90制造方法：（3）熔喷纺丝法：将中子吸收剂与聚合物、溶剂混合液在熔喷纺丝机经高压喷出散纤维，直接制成非织造布。制造方法：（4）含硼陶瓷纤维直接成形法：用转化法可制成碳化硼、氮化硼、氧化硼纤维。织物的热中子屏蔽率：织物层数14610厚度/mm1.305.207.8013.00屏蔽率/%368595.298.6用途：医疗、宇航、核能工业、军事航空领域等辐射场合的防护用品3、防X射线辐射纤维将重金属化合物加入普通纤维中。获得较高的抗X射线辐射功能。制造方法：（1）离子交换纤维吸附法：将常规制成的阳离子交换纤维，浸泡在铅盐或其他重金属离子的溶液中，调整溶液的浓度和pH值，使纤维充分吸附，冲洗干燥。制造方法：（2）共混纺丝法：将氧化铅或硫酸钡微粉与聚合物共混，通过熔融纺丝或溶液纺丝。重金属化合物含量可达30~60%。制造方法：（3）复合纺丝法：芯层中加入重金属微粉，外包不含重金属的高聚物，可避免重金属直接接触人体。用途：核电站消防服、医院放射科防护服、工业射线防护用品。其他功