功能性纺织品研究进展.pdf
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1、2023 年第 3 期 纺织标准与质量 5 综 述 功能性纺织品研究进展任鹤宁 马林玉(中纺标检验认证股份有限公司,100025)【摘要】为了探讨功能性纺织品的研究进展,综述了功能性纺织品的定义及分类、不同功效的纺织品、在功能织物上的实现方式和功能性纺织品的检测标准等相关研究,归纳了功能性纺织品的类别;介绍了舒适美观类纺织品中防水拒油纺织品、吸湿速干纺织品和凉感纺织品,安全防护类纺织品中防静电纺织品、阻燃纺织品和抗紫外线纺织品,卫生保健类纺织品中抗菌纺织品、远红外纺织品和防螨纺织品等不同功效纺织品的功能、原理、实现方式以及检测标准;提出了制订能有效管控功能性纺织品对人体健康和环境安全风险的技术
2、规范和方法标准以及从应用的角度制订功能性纺织品性能评价标准的建议。【关键词】功能性纺织品;安全性;防水拒油;防静电;抗菌;标准【中图分类号】TS941.79 【文献标志码】B【文章编号】1003-0611(2023)03-0005-071 引言纺织品一直作为日常生活中不可缺少的产品,随着生活水平的提高,对纺织品的要求也出现了巨大变化。传统型纺织品的御寒保暖、遮体等基本功能已经难以满足当前消费者多元化的使用需求。在某些特定环境下,具有特殊功能的功能性纺织品越来越受到消费者的青睐。功能性纺织品是指超出一般纺织产品保暖、遮盖和美化等基本特性之外,具有其他特殊功能的纺织品,如常见的抗静电、防缩、防蛀、
3、防刺、防水、防污、抗皱、抗起球、凉感、防辐射、吸热和导热等纺织品。功能性纺织品不仅更能满足消费者个性化、多场景的需求,还能显著提高纺织品自身附加值,深受市场青睐。据统计,功能性纺织品的需求量每年超过 500 亿米,目前已第一作者简介:任鹤宁(1984),男,高级工程师,研究方向:纺织品检测。收稿日期:2023 年 4 月 12 日。广泛应用于家居家纺、运动和休闲服装、医疗保健、汽车内饰、国防建设和尖端科学等领域1。纺织品的功能化既是纺织产品开发的发展方向,也是提高产品档次和附加值的重要途径。近年来,新材料和新技术不断涌现,不少研发单位与企业将其应用到纺织品领域,并获得功能性纺织品。为了深入了解
4、功能性纺织品的研究进展现状,本文归纳总结了功能性纺织品的定义及分类、不同功效的纺织品、在功能织物上的实现方式和功能性纺织品的检测标准,并指出了当前功能性纺织品在实际应用中存在的问题,为功能性纺织品的研究提供参考。2 现状2.1 功能性纺织品的定义及分类功能性纺织品通常是指纺织品和服装除了满足基本的穿着和使用性能(例如耐磨、洗涤性能、色牢度及强力等)外,还具有比普通产品更多的和特殊的功能或优化了的基本性能2。功能性纺织品按6 纺织标准与质量 2023 年第 3 期照不同的角度有不同的分类。按照应用领域,功能性纺织品可分为三大类:一是,服用功能性纺织品。该类功能性纺织品对创新、款式、色彩、性能有更
5、高的要求,更注重外观和穿着舒适性,如触感功能(柔软、温暖、凉爽和干爽等),视觉功能(色彩、款式、花色、悬垂、挺括和防皱等),味觉功能(香味、消除异味等)。二是,家用和装饰用功能性纺织品。该类功能性纺织品包括室内外装饰、床上用品、挂帷类和餐厨类等纺织品,要求系列化、配套化、艺术化和功能化,如阻燃、遮光、隔热、防蛀、防污、防水、保暖和保健等功能。三是,产业用功能性纺织品。该类功能性纺织品包括汽车工业用纺织品、建筑及土工用纺织品、农业用纺织品、医疗卫生保健材料和防护服该军用服等,应具有高性能、特殊性等。3按照功能性,功能性纺织品可分为三类:一是,舒适美观类纺织品,如具有吸湿速干、凉感、防水拒油和防污
6、等功能的纺织品;二是,安全防护类纺织品,如具有抗紫外线、阻燃和防静电等功能的纺织品;三是,卫生保健类纺织品,如具有抗菌、防霉、防螨、远红外、负离子和除臭等功能。2.2 舒适美观类纺织品2.2.1 防水拒油纺织品防水拒油纺织品是指用一种或几种整理剂改变织物的表面性能所得到的不易被水和油污润湿或沾污的织物。具有拒水拒油功能的纺织品具有很大的实用价值,如防护服、雨衣和餐桌布等。不但如此,防水拒油纺织品也可用作产业用和装饰用纺织品,小到汽车防护罩等特殊领域专用纺织品,大到建筑用产业纺织品。纺织品的防水拒油处理就是在纺织品的表面用具有特殊分子结构的整理剂进行喷淋或浸乳处理,以改变纤维表面层的组成,使其能
7、牢固地附着在纤维表面或与纤维化学结合,使织物的表面张力低于水或油的张力,从而使织物不再被水或油类物质所润湿4。其整理方法是在织物上通过浸渍或喷涂的方法施加防水拒油剂并通过一定的处理来达到防水防油的目的。目前生产和使用的防水拒油剂种类很多,主要有石蜡-铝皂类、烷基乙烯脲类、有机硅类和含氟聚合物5。但其中前三类中有些整理剂耐洗性能差,或者只拒水不拒油,或者不防污。所以现常用的防水拒油剂为含氟聚合物。含氟防水拒油剂具有高稳定性、低浓度和高效果的特点,同时经含氟整理剂整理后的纺织品具有透湿性、透气性优异及手感良好的特点。与其他整理剂相比,含氟防水拒油整理剂在各个方面都有很大的优势,尤其是其整理效果更耐
8、久,甚至耐干洗。但目前含氟防水拒油整理剂中主流的含全氟长碳链的有机氟化合物,尤其含全氟辛基磺酰化合物(PFOS)和全氟辛酸化合物(PFOA)被广泛地应用于织物染整行业6。但研究发现,PFOS 在环境中的自然降解能力低、生物累积性高、有远距离迁移性。欧盟议会已通过决议,全面禁止 PFOS 在商品中的使用。常用防水拒油纺织品的相关标准见表 1:表 1 防水拒油纺织品标准标准号名称GB/T4744-2013纺织品 防水性能的检测和评价 静水压法GB/T4745-2012纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法GB/T23321-2009纺织品 防水性 水平喷射淋雨试验GB/T19977-2014纺织品
9、拒油性 抗碳氢化合物试验综上,经过防水拒油整理的织物在服装用纺织品、产业用和装饰用纺织品具有巨大的实用价值,不仅可防水拒油,而且能减少洗涤次数,从而减少水资源的浪费及污染,对环境保护也有积极意义。但目前常用的防水拒油剂中含氟聚合物 PFOS和 PFOA 存在自然降解能力低、生物累积性高等弊端,因此开发新的、环境友好型的织物整理剂来替代 PFOS 刻不容缓。2.2.2 吸湿速干纺织品吸湿速干纺织品是近年来发展较快的一类功能性纺织产品,即在穿着或使用过程中不会因为人体的排汗而让皮肤有湿、粘、冷的不适感,同时还能快速干燥,始终保持干爽的触感。目前,吸湿速干纺织产品已经成为市场的热点,特别是在运动、休
10、闲、户外和旅行服饰类产品中成为引导市场和消费的亮点。吸湿速干的机理是汗液在皮肤、织物与外界经过润湿、吸湿、扩散和蒸发而完成吸湿、排汗、速干的过程。要获得良好的吸湿速干性能,纺织材料本身应具有吸湿性好、保湿性低、水分传导快、透湿性好和水分蒸发快等特点。吸湿速干纺织品可以由化学改性和物理改性两类途径实现。其中化学改2023 年第 3 期 纺织标准与质量 7性有两种方法:一是,在纺丝过程中引入亲水性基团进行接枝共聚,制成具有吸湿排汗功能的纤维;二是,采用特殊的表面活性剂处理,让纤维表面形成一层具有较好亲水性的高分子物质7。物理改性是指改造纤维的物理结构,例如改变喷丝板上喷丝孔的形状,纺制出横截面为异
11、形、表面具有沟槽、孔隙的纤维,增强纤维的芯吸作用,使得纤维能快速吸收、传递和蒸发水分8;也可以采用混纤复合或多异纤维技术(异截面、异材质、异收缩及异线密度等)生产特殊的纱线和组织结构的织物,使之具有良好的吸湿导湿性能。目前市场上绝大部分的吸湿速干纺织品采用多边形截面结构的合成纤维为原料9。单纯采用多边形截面的纤维对改善合成纤维的吸湿和导湿性能的作用并不明显,其中性价比可能是最主要的考虑因素,也是目前市场上吸湿速干纺织产品的性能整体上不尽如人意的原因之一。常用吸湿速干纺织品的相关标准见表 2:表 2 吸湿速干纺织品相关标准标准号名称GB/T21655.1-2008纺织品 吸湿速干性的评定 第 1
12、 部分:单项组合试验法GB/T21655.2-2008纺织品 吸湿速干性的评定 第 2 部分:动态水分传递法GB/T23321-2009纺织品 防水性 水平喷射淋雨试验GB/T19977-2014纺织品 拒油性 抗碳氢化合物试验综上,吸湿速干纺织品在运动、休闲、户外和旅行服饰类产品上得到了广泛应用。目前市场上绝大部分吸湿速干纺织品都采用多边形截面结构的合成纤维作为原料。从绿色、环保和节能的角度考虑,吸湿速干纤维的开发应从合成纤维转向天然纤维。目前特殊的纱线/组织结构生产工艺复杂,吸湿速干效果与生产应用具有局限性。2.2.3 凉感纺织品凉感纺织品一般是采用对纤维原材料进行改性或者对面料织物组织结
13、构进行设计、后整理加工等方式,使面料具有迅速扩散体热,加速排汗和降温作用,持久保持织物面料凉感与舒适的功能10,可广泛应用于服装、医疗及军事等领域。凉感面料的功能主要通过3种途径实现:一是,使用本身具有凉感效果的天然纤维及再生纤维素纤维(包括麻、蚕丝、竹浆纤维、莱赛尔和薄荷纤维等)制备可实现凉感功能的纤维,再利用纤维制备凉感面料;二是,通过织物组织和结构的设计实现面料的凉感效果,组织疏松、交织点较少、纱线间空隙较多的织物导湿能力、透气性良好,凉爽性能较好11;三是,通过织物的后整理赋予面料凉感功能。2021 年鲁道夫集团研发了一种薄荷醇凉感调节整理剂,利用薄荷醇天然冷却剂以及亲水改性,实现了凉
14、感功能。目前绝大多数具有凉感功能的织物只能在与人体接触的瞬间产生凉感效果,凉感往往只能保持极短的时间,而实现纺织品的持续凉感,给人体提供长久有效的凉爽舒适性,才具有更高的研究价值和现实意义。常用凉感纺织品的标准见表 3:表 3 凉感纺织品相关标准标准号名称GB/T35263-2017纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价综上,凉感纺织品具有较好导热和吸湿排汗能力,可以起到调节人体皮肤表面微气候的作用,可广泛应用于服装、医疗和军事等领域。但目前绝大多数具有凉感功能的织物只是有瞬间的接触凉感效果,而凉感纺织品应向着持续凉感、环保的方向迈进。2.3 安全防护类纺织品2.3.1 防静电纺织品大部分纺织品
15、是电的绝缘材料,比电阻高,特别是化纤类产品在加工和使用过程中,受到摩擦力作用时,极易产生静电。静电会导致织物易吸附灰尘、绒毛和碎屑等细小颗粒,降低服装、家纺等产品的舒适感;较高的静电压甚至会产生电火花,导致火灾和意外爆炸,而且由静电产生的电磁辐射也会对人体带来伤害。因此,防静电纺织品广泛用于石油、电子、航天、火药、地矿和食品等行业。制备防静电纺织品主要有 4 种方法:一是,用表面活性剂处理,增强织物表面亲水性,进而提高防静电性能。该方法受环境温湿度影响较大、耐久性差,但操作简单,成本低廉。二是,织物的化学改性,通过轧烘焙工艺将永久性抗静电剂、金属粉末及其氧化物、高分子导电材料、碳系导电材料和复
16、配导电材料等分散在液体中进行浸轧,而后烘干、焙烘得到防静电织物。该方法简单易操作,但是成本较高,而且耐久性效果不及第三种和第四种。三是,对织物表面进行涂层整理,用复合导电8 纺织标准与质量 2023 年第 3 期材料进行涂层整理可赋予纺织品优良的防静电功能。该方法成本较低,操作简单,且产品的防静电耐久性仅次于嵌入导电纤维式整理,但织物的透气性和手感较差。四是,在织物中嵌入导电纤维,在纺纱时混纺导电纤维或在织造时混织导电纱可实现织物的防静电功能,并具有最耐久的防静电效果。但导电纤维质量不稳定且可纺性不高,只适用于少量有特殊要求的服装,如防静电服、防辐射服和电磁屏蔽服等12。常用防静电纺织品标准见
17、表 4:表 4 防静电纺织品标准标准号名称GB/T12703.1-2008纺织品 静电性能的评定 第 1 部分:静电压半衰期GB/T12703.2-2009纺织品 静电性能的评定 第 2 部分:电荷面密度GB/T12703.3-2009纺织品 静电性能的评定 第 3 部分:电荷量GB/T12703.4-2010纺织品 静电性能的评定 第 4 部分:电阻率GB/T12703.5-2010纺织品 静电性能的评定 第 5 部分:摩擦带电电压综上,防静电纺织品在民用及特种领域具有较高应用价值。采用织物表面改性和表面涂层的方法存在环保性不足、防静电效果不持久等瓶颈。嵌入导电纤维的整理方式具有最耐久的防静
18、电效果,但存在导电性能较低的短板,因此亟待解决的问题是提高防静电纺织品的导电性能。2.3.2 阻燃纺织品阻燃纺织品是指采用化学键合、化学黏合、吸附沉积以及非极性范德华力结合将阻燃剂固着在纤维或织物上制成具有阻燃性能的织物或通过提高成纤高聚物的热稳定性或纤维阻燃改性制成阻燃纤维进而织成阻燃织物13。阻燃纺织品在医疗卫生、保健、装饰用布及消防等领域具有广泛的应用。阻燃纺织品的阻燃功能是运用吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等机理14共同作用实现的。阻燃纺织品的制备主要有两种途径:一是,制备阻燃纤维。高性能阻燃纤维主要有芳纶 1313、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维、聚苯硫醚纤维、芳砜纶纤
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