纳米氧化锌在合成纤维中的应用

因此，虽然纳米技术的飞速发展成为制备特种功能纤维的重要手段之一，为特种功能纺织品的发展注入了新的活力，然而功能材料在高聚物基体中的纳米尺度分散仍是纳米功能纺织品研发的关键技术和瓶颈问题。所以虽然纳米氧化锌(ZnO)具有很多的优异性能，在许多方面都有较为广泛的应用，但由于其无机纳米材料本身的极性和颗粒细微化，因而具有极大的比表面积和较高的比表面能，使它们不易在非极性介质中分散。在极性介质中易凝聚，从而直接影响了其性能的发挥。

以至于最终使用时失去了纳米颗粒所具备的性能。且由于它们为无机物，与有机物类的物质亲和性较差，这导致了纳米氧化锌(ZnO)在高聚物纤维中的实际应用困难，因而在纳米氧化锌(ZnO)的开发过程中必须解决这一关键的瓶颈问题。

我公司与有关高校进行合作研究，利用自产的纳米氧化锌经过表面改性处理后与高聚物基体丙纶(pp)、涤纶(PET)以及尼龙6(PA)共混具有抗菌、抗紫外功能的高技术复合纤维。在整个研究过程中，我们通过探讨纳米氧化锌粉末的内部结构及其性能，研究纳米氧化锌粉末的抗菌机理(纳米氧化锌粉末在与细菌接触时，锌离子会缓慢释放出来，与细菌细胞膜及膜蛋白结合，破坏其结构，进入细胞后破坏电子传递系统的酶并与DNA反应，达到抗菌目的)和其抗紫外效应(一般来说紫外线的透过率在10%以下(或遮蔽率在90%以上)的可称之为防紫外线织物。)，以及不断调整控制其高聚物基体共混造粒纺丝的工艺参数，最终制得各含纳米氧化锌(ZnO)的抗菌、抗紫外功能纤维。通过采用抗菌性能试验方法，对各功能纤维进行抗菌性能测试，其结果表明：含纳米氧化锌(ZnO)粉末的三种共混高聚物功能纤维的抗菌率可以达到99.9%，通过使用双光束紫外可见分光光度计(积分球)对之进行测试，结果表明：含纳米氧化锌(ZnO)粉末的三种共混高聚纤维的紫外光平均透过率小于7%。

因此，在一定程度上可以说，我们研究开发出纳米氧化锌(ZnO)具有抗菌、抗紫外功能高技术纤维的自主知识产权。

当今国际上在抗菌纤维研制方面基本上都是采用含银沸石作为抗菌剂，而使用当前研究的热点纳米级半导体光催化抗菌剂纳米氧化锌作为抗菌粉体添加剂的报道并不多。但由于纳米氧化锌(ZnO)具有奇特的“表面效应”在阳光(尤其是在紫外线)照射下，能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电的空穴。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性能与多种有机化合物反应(包括细菌内的有机物)，从而把多数病菌和病毒杀死。)、光催化效应以及价格相对低廉的优点，使得对采用其作为新的抗菌粉体添加剂具有非常大的实际意义。

不仅如此，由于地球臭氧层遭到破坏，导致了紫外线对地球生物圈辐射量的不断增加，人们特别是年轻人在户外休闲的逐渐延长，射线对人类健康造成的危害正在日益加重。尽管近年来国际上开始限制使用引起臭氧层变薄的化学物质，但就目前臭氧层遭到破坏的程度而言，对人体最有害的UVB区(280～320nm)、UVA区(320～400nm)的短波紫外线仍能到达地面。由于这些短波段紫外光的照射会产生自由基，造成细胞及组织损伤，加速老化过程，从而导致皮肤晒黑及由紫外线吸收造成的皮肤疾患，甚至会皮肤癌，对人类的健康造成很大的伤害。因此，为了降低各种波长的紫外线对人类的危害，开发出一种防紫外线穿透的纤维以满足不断增长的生活需求也是影响深远。

要制造含抗紫外线添加剂的抗紫外线纤维，首先要选择合适的抗紫外线添加剂(又称紫外线吸收剂、紫外线稳定机剂)。这是一类能选择吸收波长为290～400nm的紫外线，有效的防止和抑制光、氧化作用而自身结构不起变化的助剂。这类紫外线吸收助剂还应具有无毒、低挥发性、良好的热稳定性、化学稳定性、耐水解性、耐水中萃取性、与成纤高聚物的相容性等特点，其中由于纳米氧化锌(ZnO)具有紫外线透射率较低的特性，因而可以考虑用于抗紫外线纤维的制备。

根据氧化锌的一些本身特性，我们发现纳米氧化锌是一种绝佳的抗菌、抗紫外无机粉体，具有适用面广、效率高、有效期长的特点，可用于制备同时兼备抗菌和抗紫外两种功能的高技术纤维。它区别于以往常用的有机抗菌剂(易产生微生物耐(抗)药性，并存在易迁移、耐热性等缺点，在塑料加工温度下还易分解失效，且分解产物可能会造成二次污染。)，而采用物理吸附离子交换方法，将锌金属附载于多孔材料表面，利用金属离子的抗菌能力，通过缓释作用达到长效抑菌的目的。由于它不产生耐药性且安全无毒，特别是其突出的耐热性(>600℃)，使得纳米氧化锌在抗菌材料应用中有着明显的产业优势。它的纳米微粒优异的光吸收特性还区别于以往的抗紫外线添加剂(大多数是有机物，有一定毒性，随着涂层日晒时间的延长，其紫外线屏蔽性能会逐渐降低，最终失效。)，具有有效作用时间长，紫外线屏蔽波段长，以及化学稳定性和热稳定性好、无毒、无刺激性等优点，因而使用很安全，具有实际应用的优势。

事实上，运用纳米功能无机材料作为抗菌剂和抗紫外添加剂的抗菌、抗紫外纤维正渐渐成为市场上继保健功能远红纤维、负离子纤维之后的又一种新颖的新型功能纤维。因而，我们所研制开发出的纳米氧化锌(ZnO)抗菌、抗紫外功能纤维是一种极具有开发前景的防护功能性纤维。我们预计设想的纳米氧化锌(ZnO)抗菌、抗紫外功能纤维的实际应用领域主要的有以下几方面：

A、生活日用品领域

纳米氧化锌(ZnO)在服饰方面的应用，例如：运动衫、罩衫、制服、套裤、职业服、泳衣和童装等，也用于帽子、面罩和太阳伞的原料。此外，它还被用于工业和装饰方面，例如：广告用布、户外装饰布等。纳米氧化锌(ZnO)的抗菌性能可用于生产涤纶长丝产品，它可以广泛用于针织的内衣裤、运动服装、袜子、地毯等。

B、专业卫生领域(医用及民用)

在医用方面，纳米氧化锌(ZnO)的抗菌涤纶短纤可以与棉混纺制成医院用的床单、手术服、医生工作服、病员服等。而在民用方面，纳米氧化锌(ZnO)的抗菌涤纶短纤可以用于食品行业专用服以及各种床上用品、家具布、装饰布等。紫外，纳米氧化锌(ZnO)还可以制备各种医用及民用无纺布产品，例如：无菌手术服、无菌口罩、卫生包覆材料、过滤材料以及妇女卫生用品、尿布等产品。

C、野外户外作业领域

随着经济的发展，旅游业在不断兴旺发展，各类相应野外产品因而也相继问世。纳米氧化锌(ZnO)的抗紫外性能使得其可用于生产各类遮阳伞、窗帘、运输蓬布和各类帐篷用布等。

在中国加入世界贸易组织后，中国纺织业迎来了巨大的发展机遇，同时也面临着严峻的挑战;在新形势下，中国化学纤维发展的重点已从“发展总量”转变到“发展先进生产力与结构调整并举”，其中推动技术升级和加快结构调整是重中之重。纳米技术的飞速发展为特种功能纺织品的发展注入了新的活力，已成为制备特种功能纤维的重要手段之一。纳米氧化锌(ZnO)是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，在纤维中能同时体现抗菌和抗紫外线的功能，是众多纳米无粉体中性价比具竞争力的一种，在人们日益追求健康、舒适、安全纺织品的今天，纳米氧化锌(ZnO)/高聚物复合功能纤维是一种应用前景十分广阔，经济效益十分可观的高新技术产品。