隨著科技的進(jìn)步及人類需求的日益提高,功能紡織品的研究與開發(fā)日漸成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。其中,遠(yuǎn)紅外紡織品是一類兼具保溫、保健、抗菌等功能的紡織品,其通過纖維紡絲技術(shù)或織物后整理技術(shù)將具有遠(yuǎn)紅外高發(fā)射率的陶瓷粉等添加到紡織品內(nèi)部或表面,使紡織品不但可以吸收大自然中的光線或人體輻射出的遠(yuǎn)紅外線,致自身溫度升高,而且可以發(fā)射出波長(zhǎng)和功率與其溫度相應(yīng)的遠(yuǎn)紅外線,使人體獲得保暖升溫、改善人體微循環(huán)系統(tǒng)等功能。我國(guó)于20世紀(jì)90年代初開展了遠(yuǎn)紅外紡織品的研究,東華大學(xué)、清華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、珠海天年高科技國(guó)際企業(yè)公司、江蘇省紡織實(shí)業(yè)公司等都進(jìn)行了系統(tǒng)地開發(fā)研究,并成功推出了遠(yuǎn)紅外纖維及其制品。
1 遠(yuǎn)紅外紡織品的作用原理
紅外線又稱紅外光,指波長(zhǎng)為0.75~1 000.00 μm的電磁波。根據(jù)波的長(zhǎng)短,紅外線可分為5個(gè)波段,分別是近紅外(波長(zhǎng)0.75 ~1.40 μm)、短波紅外(波長(zhǎng)1.40~3.00 μm)、中波紅外(波長(zhǎng)3.00~8.00 μm)、長(zhǎng)波紅外(波長(zhǎng)8.00~15.00 μm)和遠(yuǎn)紅外(波長(zhǎng)15.00~1 000.00 μm)[9]。在實(shí)際應(yīng)用中,人們通常將波長(zhǎng)在2.50 μm以上的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外[10],且波長(zhǎng)在4.00~14.00 μm的遠(yuǎn)紅外線關(guān)注較多,因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線與所有生物的生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān),它可以振動(dòng)并激活所有生物內(nèi)部的水分子,與生物產(chǎn)生共鳴,促進(jìn)代謝、吸收、排泄和增長(zhǎng),對(duì)人體最為有益,因此該波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線又被稱為生命之光。此外,宇宙中的物體也需利用不斷的遠(yuǎn)紅外熱輻射保持恒定的溫度。
基爾霍夫定律表明,一個(gè)良好的輻射體必然是一個(gè)良好的吸收體,即物體的熱輻射能力越強(qiáng),其吸收能力也越強(qiáng)。人體既能輻射遠(yuǎn)紅外線,又能吸收遠(yuǎn)紅外線。人體表面的熱輻射波長(zhǎng)介于2.50~15.00 μm,且46%的輻射波長(zhǎng)范圍在8.00~14.00 μm,因此,人體定能吸收波長(zhǎng)范圍在2.50~15.00 μm的遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外紡織品在吸收外界熱量后會(huì)輻射出波長(zhǎng)范圍在3.00~25.00 μm的遠(yuǎn)紅外線,與人體能夠吸收的紅外線相符,當(dāng)紅外輻射的波長(zhǎng)和被輻照的物體吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)時(shí),物體分子共振吸收,加劇人體內(nèi)分子運(yùn)動(dòng),從而增強(qiáng)其血液循環(huán),起到保溫保健作用。并且遠(yuǎn)紅外紡織品還具有較好的抗菌性能,可能源于兩個(gè)方面的原因:其一,遠(yuǎn)紅外織物能不斷地發(fā)射出對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有抑制作用的遠(yuǎn)紅外線;其二,遠(yuǎn)紅外織物中金屬微粒子的加入,使纖維表面出現(xiàn)多孔性,比表面積增加,表面活性及表面狀態(tài)的吸附、擴(kuò)散等特性明顯提高,加上金屬化合物本身的抑菌作用,因而產(chǎn)品表現(xiàn)出一定的吸汗、除臭、殺菌等功能。
2 遠(yuǎn)紅外紡織品的生產(chǎn)制備
紡織品自身就是輻射源,只是在同種條件下,遠(yuǎn)紅外紡織品比普通紡織品的輻射功率更高、更強(qiáng)。表征遠(yuǎn)紅外線發(fā)射能力強(qiáng)弱的指標(biāo)有法向發(fā)射率、遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)及遠(yuǎn)紅外發(fā)射率等。其中,法向發(fā)射率與遠(yuǎn)紅外發(fā)射率雖概念略有不同,但原理相同。發(fā)射率是指在一個(gè)微小波長(zhǎng)間隔內(nèi),真實(shí)物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比。
制備具有遠(yuǎn)紅外功能的紡織品,主要是提高其遠(yuǎn)紅外發(fā)射率,目前主要有兩種方式:
(1)紡絲過程中加入具有遠(yuǎn)紅外高發(fā)射率功能的納米級(jí)粉末,制備遠(yuǎn)紅外纖維,再通過紡織或非織造技術(shù)生產(chǎn)遠(yuǎn)紅外紡織品;
(2)采用整理劑(如陶瓷粉末等)對(duì)紡織品進(jìn)行后整理,制備遠(yuǎn)紅外紡織品。
2.1 遠(yuǎn)紅外纖維的制備
遠(yuǎn)紅外纖維指在纖維加工過程中,將一些具有遠(yuǎn)紅外線發(fā)射功能的納米級(jí)粉體與纖維有效地融合,生產(chǎn)出具有遠(yuǎn)紅外纖維。粉體主要有,具有良好的光反射性氧化物,如Al2O3、ZnO、ZrO等;具有高熱容的碳化物,如ZrC或SiC;具有光催化功能的材料,如TiO2等。除此之外,一些天然礦石如電氣石粉、瑩青石粉、莫來石粉等也是優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外線輻射粉體。東華大學(xué)王華平等曾在國(guó)內(nèi)率先使用TiO2、ZnO、ZrO等金屬氧化物的納米粒子,制備出高效納米遠(yuǎn)紅外細(xì)旦纖維。
遠(yuǎn)紅外纖維的制備分紡絲法和纖維表面涂層法兩大類,其中,紡絲法又可分為熔融紡絲法、共混紡絲法、溶液紡絲法。表1就遠(yuǎn)紅外纖維的制備方法及性能特點(diǎn)進(jìn)行了羅列。
表1 遠(yuǎn)紅外纖維的制備方法及性能特點(diǎn)
2.2后整理制備遠(yuǎn)紅外織物
后整理一般有兩種方式:
(1)先將遠(yuǎn)紅外輻射劑、黏合劑和助劑按一定比例配置成后整理劑,再通過浸軋、涂層、噴霧等方法,將配置好的后整理劑均勻地涂覆在織物表面,再對(duì)織物進(jìn)行干燥、熱處理等,制成遠(yuǎn)紅外織物;
(2)將遠(yuǎn)紅外后整理劑分散于染液或印花糊料中,制備出具有遠(yuǎn)紅外功能的染色或印花織物。
3遠(yuǎn)紅外紡織品的功能
根據(jù)GB/T 30127-2013《紡織品遠(yuǎn)紅外性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于一般的紡織品,遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不低于0.88且遠(yuǎn)紅外輻射溫升不低于1.4 ℃的,才可被稱為遠(yuǎn)紅外紡織品;對(duì)于絮片類、非織造類、起毛絨類等疏松產(chǎn)品,遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不低于0.83且遠(yuǎn)紅外輻射溫升不低于1.7℃的,才可被認(rèn)為該產(chǎn)品具有遠(yuǎn)紅外性能。遠(yuǎn)紅外紡織品按其功能可分為三類:保溫用紡織品、保健用紡織品和衛(wèi)生用紡織品。
3.1保溫用紡織品
相比普通同類紡織品,遠(yuǎn)紅外紡織品的溫升效果可提高3.0~5.0 ℃。目前,已通過傳統(tǒng)針織或機(jī)織技術(shù)制備出了具有遠(yuǎn)紅外功能的滑雪衫、運(yùn)動(dòng)服、風(fēng)衣等紡織品,也已通過非織造技術(shù)制備出了具有遠(yuǎn)紅外功能的保暖絮片,用作床單、睡袋、被子、防寒服等的填充料。如高冰等[22]基于母粒法,利用納米遠(yuǎn)紅外材料ZrC和Al2O3生產(chǎn)出了遠(yuǎn)紅外滌綸絲,并就遠(yuǎn)紅外滌綸織物與普通滌綸織物進(jìn)行了相關(guān)性能對(duì)比,結(jié)果表明:遠(yuǎn)紅外滌綸織物的輻射溫升和溫升速率都有明顯的提高;遠(yuǎn)紅外滌綸織物的接觸冷感弱、導(dǎo)熱系數(shù)較小,保暖率較普通滌綸織物有一定的提高;遠(yuǎn)紅外滌綸織物總體舒適性更好,能滿足服用織物的要求。浙江森創(chuàng)服裝有限公司發(fā)明了慕賽爾纖維/遠(yuǎn)紅外纖維高檔針織面料,面料混紡比例為慕賽爾纖維70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、遠(yuǎn)紅外黏膠纖維30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),面料具有良好的保暖、保健、抗紫外、抗菌等性能。KUBILIENE等[24]通過不同的處理方式增加織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積,以提高織物的保暖效率,結(jié)果表明:連續(xù)涂層篩網(wǎng)印刷織物中生物陶瓷添加劑的活性表面積最大,織物熱積累最高,且織物所含生物陶瓷添加劑量最低。
3.2保健用紡織品
根據(jù)遠(yuǎn)紅外紡織品能促進(jìn)人體微循環(huán)、消炎鎮(zhèn)痛、活化機(jī)體、消除疲勞等的特性,開發(fā)出了各類具有遠(yuǎn)紅外功能的保健用紡織品,如遠(yuǎn)紅外內(nèi)衣、內(nèi)褲、保健襪、保健文胸等產(chǎn)品,它們不但能夠改善人體肩部、背部、腹部、腿部的血液微循環(huán),還可預(yù)防和輔助治療肩部、背部、腹部及腿部的肌肉酸痛、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)痛及婦科疼痛。近年來,關(guān)于遠(yuǎn)紅外紡織品保健功能的研究有很多,如LOTURCO等調(diào)查了遠(yuǎn)紅外衣物對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員因運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的肌肉損傷和體力恢復(fù)的影響,21名男運(yùn)動(dòng)員跳100下,比賽結(jié)束6 h后運(yùn)動(dòng)員穿上遠(yuǎn)紅外衣物,分別評(píng)估比賽前、比賽結(jié)束時(shí)及比賽結(jié)束24、48、72 h時(shí)大腿周圍的肌酸激酶(CK)和遲發(fā)性肌肉酸痛(DOMS),結(jié)果表明,遠(yuǎn)紅外衣物可減少足球運(yùn)動(dòng)員對(duì)劇烈運(yùn)動(dòng)后遲發(fā)性肌肉酸痛(DOMS)的感知。
3.3衛(wèi)生用紡織品
根據(jù)遠(yuǎn)紅外紡織品的抗菌防臭功能,現(xiàn)已開發(fā)出諸如一次性或限次使用的紗布、防護(hù)服、手術(shù)衣、口罩、手術(shù)洞巾、病房床單、病室帷幕等衛(wèi)生用紡織品。它們具有阻隔、屏蔽細(xì)菌及病毒的作用,能防止病人之間及病人與醫(yī)護(hù)人員之間的交叉感染。此外,其保健功能還有助于病人的身體恢復(fù)。
4遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)展前景
遠(yuǎn)紅外紡織品符合當(dāng)前人們對(duì)健康舒適的普遍要求,具有非常好的開發(fā)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景,這也是其逐漸成為各國(guó)研究重點(diǎn)的客觀原因所在。目前,國(guó)內(nèi)外開發(fā)的遠(yuǎn)紅外產(chǎn)品已投入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)品性能基本上滿足人們的需求,但總體上基礎(chǔ)性研究仍不夠深入,還有很大的技術(shù)進(jìn)步空間:
(1)材料。雖然遠(yuǎn)紅外陶瓷粉顆粒的粒徑能達(dá)到納米級(jí)別,但加工成本較高,價(jià)格昂貴(粒徑越小,價(jià)格越貴),這導(dǎo)致了遠(yuǎn)紅外紡織品成本增高,遏制了遠(yuǎn)紅外紡織品的發(fā)展。因此,遠(yuǎn)紅外紡織品發(fā)展的關(guān)鍵是研發(fā)尋找新的遠(yuǎn)紅外材料。
(2)后整理。目前,國(guó)內(nèi)通過后整理制備的遠(yuǎn)紅外紡織品存在遠(yuǎn)紅外整理劑不耐洗滌,紡織品透氣透濕性能易受影響等缺點(diǎn),因此需開發(fā)新的后整理技術(shù),使之既能保持持久性又不影響紡織品的透氣透濕性。
(3)功能復(fù)合化。單一纖維原料或單一結(jié)構(gòu)往往存在一定的缺陷,很難滿足不同消費(fèi)群體日益提高的需求,因此,多功能復(fù)合紡織品成為了各國(guó)研發(fā)的主流。
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