纳米功能纤维及纺织品的研究与展望

　　ナノファイバ及び織物は、繊維及び織物の分野におけるナノ粒子及びナノ技術の使用の略称である。機能繊維及び織物一般的な繊維及び織物が持つ物理的機械的性能のほか、衛生保健繊維及び織物、防護機能繊維及び織物、快適機能繊維及び織物などの特殊な機能を持つ新しい繊維及び織物を指し、ナノ技術とナノ材料の応用は機能繊維及び織物の開発に新たな道を開くだろう。

ナノ繊維は主に2つの概念を含む：1つは厳密な意味でのナノ繊維であり、それは径方向にナノスケール、長手方向にマクロサイズのナノ繊維であり、ポリエステル、ナイロン超微細繊維を主体とする「新合成繊維」は、化学繊維の品質を大幅に向上させた。このような直径ナノスケールのナノ繊維は、静電紡糸、多成分複合紡糸法及び分子技術により製造することができる。另一概念是将纳米粒子填充到纤维中，对纤维进行改性，或是将纳米粒子采用一定的方法处理到纤维上，赋予纤维某种功能，也就是我们通常意义上的纳米功能纤维，这类纤维的直径不一定是纳米级。性能の異なるナノ粒子を用いて、難燃性、抗菌性、帯電防止、紫外線防止、電磁遮蔽防止などの機能性繊維及び織物を開発することができる。本文はこのような一般的な意味でのナノ機能繊維及び織物に重点を置いて討論する。

　　ナノ機能繊維及びナノ機能繊維の製造方法

特殊な機能を持つナノ材料が繊維ポリマー及び織物と複合すると、ナノ粒子は繊維及び織物中にナノサイズで分散してポリマーナノ複合材料を形成する。各種ナノ機能繊維及びナノ機能織物を製造することができる。一般的には製品の最終用途に応じて機能性ナノ粒子を選択することができ、これは新しい研究プラットフォームとなっている。

1.ナノ機能繊維の製造

ナノ粒子の粒径が小さいため、伝統的な添加法による紡糸時に粒子を添加することによる紡糸液圧力の上昇を軽減することができ、断頭率が高く、紡績性が悪く、紡績設備に摩耗する欠点がある。ナノ粒子の量子サイズ効果と表面効果は繊維内部の生産による亀裂、気泡などの欠陥を著しく減少させ、高分子側鎖間、フィブリル間の結合を促進することができる。いくらか纳米粒子繊維表面にナノサイズの幾何構造を形成することができ、繊維の機能向上に役立つ。

ブレンド紡糸法は現在のナノ機能繊維の製造方法であり、すなわち繊維重合、溶融段階または紡糸段階にナノスケールを有する機能性材料を添加し、製造された化学繊維にある種の特殊な性能を持たせる。

2.ナノ機能織物の製造

ナノ機能織物は、ナノ機能繊維を用いて製造されるほか、ナノ粒子が有する特性を用いて織物を機能的に整理することもできる。

ナノ粒子を用いて織物を機能的に整理する方法は主に3種類ある：1つは吸収法であり、即ちナノ粒子を固体物質として直接織物後整理剤に添加し、織物を配合された整理液に入れ、所定の温度で一定時間浸漬し、ナノ粒子を後処理織物に均一に分散させ、それから織物を取り出して乾燥または熱処理を行う、2つ目は浸漬圧延法であり、ナノ粒子のマイクロエマルジョンと織物後整理剤を均一に混合した後、織物を整理液に浸漬し、その後ローラーを通じて余液を圧延し、1回浸漬1回圧延と称し、1回繰り返してもよく、2浸漬2圧延と称し、整理液を機械力作用によって繊維に押し出し、その後乾燥または熱処理すること、3つ目はコーティング法であり、ナノ粒子を含む仕上げ剤を一定の接着剤の存在下で一定の粘度のコーティング液を作製し、それから織物表面に均一に塗布し、さらに一定の熱処理を経て、織物表面に機能性コーティングを形成させることを指す。しかし、機能性整理によるナノ機能織物の耐洗浄堅牢度は相対的に悪く、機能は長続きしない。{page_break}

　ナノ機能繊維及び織物の研究及び現状

　　近十几年来，纳米粒子作为纤维及纺织助剂得到广泛应用，而且向多种纳米粒子复配、多种纤维添加、多种功能复合的方向迅速发展。ナノ粒子を利用して開発された機能繊維や織物は種類が多く、市場でますます重要な地位を占めている。

1.抗菌機能

抗菌の目的は、繊維織物に病原菌を殺すか抑制する機能を持たせ、微生物が織物を通じて伝播するのを防ぎ、使用者を微生物から保護することである。殺菌機構の違いによって、抗菌剤は以下の3種類に分けることができる：1つは無機抗菌剤、例えば：Ag、Cu、Zn、S、As、Ag+、Cu 2+など、第二に、光触媒抗菌剤、例えば、ナノTiO 2、ナノZnO、ナノシリコン系酸化物など、第三に、光触媒抗菌剤を担体とし、銀、銅プラズマを吸着する。ナノ抗菌技術は紡績業界の応用分野で極めて広く、各種タイプの抗菌機能織物を開発することができる。下着、タオル、シーツ、キッチン用品などは、ホテル、病院、軍隊、工場などの各業界に応用され、人々の健康に対する要求を満たしている。

中国石化株式会社安慶支社（以下、安慶石化と略称する）、東華大学及び中国紡績科学研究院の科学研究者たちは小試験、中試験と工業化試験を完成した後、安慶石化で「高活性ナノ抗菌アクリル繊維」の試作に成功し、そして中石化本部専門家委員会の鑑定を通過した。在不改变纺丝工艺和纺丝条件的前提下，生产出的腈纶纤维抗菌性能良好，基本物性(力学机械性能、色泽等)符合有关腈纶纤维和纺织品的产品质量标准。上海市工業微生物研究所の検査によると、この繊維の織物は50回の洗浄後24 hの抗菌率は91.6%で、抗菌性が強く、染色性が良いという利点があり、国際的にリードしている。

2.紫外線防止機能

ナノ粒子の量子サイズ効果はある波長の光吸収に対して「青方偏移現象」と「広化現象」を持つことができ、それによって紫外光の吸収を強化し、繊維と織物の紫外線遮蔽効果を保証した。研究によると、TiO 2、Fe 2 O 3、Al 2 O 3、SiO 2などのナノ粒子は300 ~ 400 nm帯で紫外線吸収能力が高く、タルク、カオリン、炭酸カルシウムなどのナノ粒子は良好な反射紫外線能力を持っている。通常、紫外線防止繊維にはいくつかの成分の複合ナノ粒子が含まれており、透明度が要求される紫外線防止衣料生地には、通常、ナノZnOとTiO 2粒子が添加される。紫外線防止生地は紫外線を遮ると同時に可視光と遠赤外線にも一定の遮蔽作用を果たすことができる。紫外線防止製品はスポーツウェア、カジュアルウェア、シャツ、長ズボンなどのアパレル製品だけでなく、カーテン、タープ、屋外で作業を行う作業服などにも適している。

天津工業大学は処理後のナノTiO 2紫外線防止整理剤を用いてUVAとUVB帯域の紫外線に対して良好な遮蔽作用を持ち、整理後の織物のUPF値の等級は「比較的良好な防護」から「非常に優れた防護」に言及し、紫外線透過率は明らかに低下し、織物の紫外線防止性能は顕著に向上した。東華大学及び上海工程技術大学はナノTiO 2とZnO複合粉体を用いて繊維又は織物と結合し、織物表面の紫外線吸収、反射及び散乱作用を増加させ、その紫外線抵抗性能を改善した。

　　3.　远红外吸收、反射功能

人体は刻々と赤外線を放射し、同時に赤外線を吸収している。Al 2 O 3、TiO 2、SiO 2、Fe 2 O 3などのナノ粒子は、中赤外線に対して強い吸収性能を持っています。服装生地にこれらの粒子が含まれている場合、外部から放出された中赤外線を効果的に吸収することができ、感度の高い中赤外線検出器に発見されず、それで作られた隠れ服装で、着用者が夜間に隠れ身を実現できるようにすることができる。ZrOのようなナノ粒子の中には、外部エネルギーを効果的に吸収し、人体の生物波と同じ遠赤外線を放射することができ、人体皮下組織の血流量を増加させ、血液循環を促進することができるものもある。