纳米银在纺织业中的应用

摘要：本文介绍了纳米银在天然纤维、合成纤维及其织物以及非织造布、层压复合织物、复合材料等产业用纺织品中的应用。将纳米银以单一形态或复配物应用于纺织品中，不仅可赋予织物持久、高效、广谱的抗菌功能，同时还赋予某些织物抗静电、抗电磁辐射能、导电以及吸收部分紫外线的功能，也可提高某些复合材料的热稳定性。

关键词：纳米银；抗菌织物；功能性纺织品

中图分类号：TS195.1

文献标志码：A

纳米材料由于其独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等，而呈现出许多奇异的物理、化学性质，已在化工、纺织、轻工、电子、生命科学、医学等研究领域呈现出极其重要的应用价值。将纳米材料应用到纺织品功能整理领域，开发多功能、高附加值的织物，将会在未来的纺织行业创造巨大的经济、社会效益。纳米银作为一种正在深入研究并迅速发展的新型纳米材料，以其广谱持久的抗菌性能/抗电磁辐射性能/导电性能及吸收部分紫外线等功能，在纺织业中拥有广阔的应用前景。

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在天然纤维纱线和织物的应用

天然纤维制成的织物本身具有良好的吸湿性，且多为多孔性纤维，能为细菌生长提供足够的水分，同时周围环境也可为细菌生长提供氧气，促进细菌的繁殖。人体在穿着过程中容易出汗，更加剧了细菌的滋生，使得织物的实用性下降。纳米银具有广谱持久的抗菌性能，因此，许多研究者对应用纳米技术开发抗菌织物进行了研究。目前，关于纳米银在天然纤维中的抗菌应用主要是针对纱线和织物，抗菌功能主要是通过后整理获得。

纱线的纳米银抗菌整理一般是针对棉纱或羊毛，如局静霞在采用氢氧化钠对棉纱进行膨化预处理的基础上，采用鞣酸还原银氨溶液在纤维的微隙间载入纳米级银颗粒，使纳米银颗粒与纤维间通过配位键作用负载于纱线上，从而赋予载银棉纱以良好的抗菌性和耐洗性。Panthea Sepahi Rad在酸性条件下使用纳米银溶胶和酸性染料，对羊毛纱线同时进行染色及抗菌整理，不仅可以提高羊毛纱线的上染率、色牢度以及柔韧性，并使羊毛纱线具有良好的抗菌性。

对棉织物进行纳米银抗菌整理的研究较为广泛。邵明以纳米银系无机抗菌剂对棉织物进行浸渍处理，整理后织物的抑菌率可达99.9%。Vesna Ilic等采用纳米银溶胶对棉织物进行抗菌处理，整理后织物的抗菌性得到提高，且经染色后也不影响其已有的抗菌性能。刘艳利用多胺基化合物还原硝酸银制备纳米银溶胶，并采用汽蒸法在位还原得到纳米银抗菌真丝织物，经整理的织物不仅具有良好的抗菌耐洗性，并且对真丝的白度影响较小。

据报道，现在也有学者利用织物本身所具有的还原性及稳定性，在织物上原位还原纳米银粒子，从而使织物获得良好的抗菌耐洗性。如Xinwang Cao等利用2，2，6，6—四甲基哌啶氧化物选择性氧化黄麻纤维，在超声波加热的条件下还原硝酸银溶液，使纳米银粒子在织物表面原位合成，处理后织物具有良好的抗菌效果。马廷方利用纤维素大分子自身的还原性和分散性原位还原硝酸银溶液，制得纳米银抗菌棉织物，具有优良的抗菌效果及耐洗涤性能，经20次循环洗涤后，抗菌织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍分别高达98.5%和94.3%。Majid Montazer等也成功地利用纤维素的还原性及稳定性还原托伦斯试剂（银氨溶液）合成纳米银，经纳米银处理后的织物循环水洗30次后，抗菌性能几乎不变。

此外，还有学者将纳米银与其他物质复配，利用无机有机复配方式或无机无机复配方式，制备得到如纳米银/聚糖季铵盐（HACC）、纳米银/二氧化钛等复配物，再对织物进行浸轧整理，获得具有多重功效的功能性纺织品。来水利以无机有机复配方式制备了新型纳米Ag/HACC复合抗菌整理剂，使用浸轧法处理棉织物，处理后织物经30次洗涤仍能保持80%以上的抑菌率，且织物的吸水性、柔软性和平滑性也得到了提高。王海云以无机无机复配方式制备了载银纳米TiO2抗菌剂，并将其用于棉织物的整理，使棉织物获得了银离子溶出抗菌和TiO2光催化抗菌的双重杀菌功能，且两种抗菌作用相互促进，使得抗菌效果远优于含量相同的单一抗菌剂。

2 在合成纤维及其织物中的应用

锦纶、腈纶、涤纶等3类合成纤维应用广泛，目前，纳米银在合成纤维中的应用研究主要也是针对这3类纤维和织物。合成纤维功能性面料的制造主要有纺制功能性纤维和后整理两种方法，具体包括共混纺丝法、浸渍（轧）法和磁控溅射法。直接纺制的功能性纤维效果持久，但技术复杂，成本较高；使用整理剂简单方便，适用于大多数纤维纺织品，成本较低，但耐洗性等相对较低。

2.1共混纺丝法

共混纺丝法是在纤维制造过程中添加纳米银粒子共混纺丝制成纤维，从而使最终的织物具有相应功能，共混纺丝加工过程对环境无污染，应用广泛。张华采用超细汉麻杆芯粉体制备纳米银颗粒，纺制成抗菌型多功能锦纶，当粉体添加比例为2%时，锦纶纤维不仅具有优异抗菌性、强度高、弹性好的特点，还具有远红外发射、负氧离子释放的能力，可纺性亦满足要求。王鸿博将纳米银溶胶加入到锦纶6（PA6）/甲酸溶液中通过静电纺丝制备含银PA6纳米纤维，制成的含银纳米纤维膜具有良好的抗静电效果。赵妍采用T氨丙基三乙氧基硅烷处理过的载银纳米氧化锌抗菌剂与涤纶共混制得抗菌涤纶母粒，将其加入到涤纶皮层中，纺丝制得皮芯型抗菌涤纶，这种纤维具有优良的抗菌性能，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率均为99%以上，但处理后纤维的强度略有下降。

2.2浸渍（轧）法

共混纺丝法虽然环保，但调制可纺性纺丝液具有一定难度。相比之下，浸渍（轧）法工艺比较简单。俞巧珍通过浸渍法将纳米银粒子处理到涤纶织物上，研究了其对织物抗静电性能的影响，发现纳米银处理能有效提高涤纶织物的抗静电能力；且不同的处理方式对织物的影响不尽相同，如纳米银粒子处理和染色同时进行的一浴法效果明显优于染色后再整理的二步法。Majid Montazer等以丁烷四羧酸（BTCA）作为交联剂，次磷酸钠作为催化剂，采用浸轧法整理锦纶织物使其负载纳米银粒子，整理所得的织物水洗20次后，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑制率仍大干96%，且织物的尺寸稳定性得到提高，对白度无明显影响。更有研究者探讨了一种新型整理方法，使纳米银颗粒通过化学键合力结合在纤维表面，这样纳米银与纤维的结合更为牢固。如，吴之传将腈纶部分偕胺肟化，使纤维表面带有螯合基团，可络合上银离子，再用甲醛溶液还原银离子，即得到纳米银复合腈纶，这种纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的杀灭率超过99.99%，抗菌性能良好，并且纤维原有的物理性能无明显变化。

2.3磁控溅射法

为避免浸渍（轧）法存在的废液处理问题，有研究者采用射频磁控溅射法在织物表面溅射纳米银膜。磁控溅射法是在高真空充入适量的氩气，在阴极（柱状靶或平面靶）和阳极（镀膜室壁）之间施加直流电压，使氩气电离，氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。此法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密均匀等优点。孟灵灵等人对涤纶平纹布溅射纳米银膜后发现，沉积纳米银膜的样品具有良好的导电功能，并对紫外光有较强的吸收能力。

3 在产业用纺织品中的应用

纳米银在产业用纺织品中的应用对象主要为非织造布、层压复合织物和复合材料。

3.1在非织造布中应用

使用纳米银对非织造布进行整理，可使其获得抗菌性能及抗电磁辐射性能，从而可以广泛应用于医疗、卫生、汽车内饰、电磁屏蔽材料等领域。与合成纤维类似，非织造布的纳米银整理方法也包括共混纺丝法、浸渍（轧）法和磁控溅射法，其原理同上所述。

洪剑寒在室温下采用磁控溅射法，在涤纶纺粘非织造布表面沉积纳米银薄膜，使织物获得抗电磁辐射性能，且随着纳米银膜厚度的增加，对电磁波的屏蔽作用增强。该方法扩大了非织造布的应用领域，可用于开发抗静电材料、导电材料、电磁屏蔽材料和纤维传感器。王鸿博将不同基体的（丙纶基、粘胶基、棉基）非织造布浸轧纳米银粉体抗菌剂中，通过选择合适的粘合剂使纳米银附着在织物表面以获得抗菌性能，整理后产品手感柔软，一次性牢度好，可用于一次性医用护理衣服。

安信纳米生物科技有限公司以非织造布为承载纳米银的载体，将纳米银抗菌剂高度均匀地分散植入纺丝液中共混纺丝，使织物获得较高的稳定性以及抗菌性能和耐洗涤性能，进而开发了纳米银抗菌水刺非织造布卷材及纳米银抗菌针刺非织造布卷材。前者最广泛的应用领域是制作医疗卫生用品，如纳米银抗菌口罩、抗菌湿巾、医用床单、医用抹布等；而后者的市场应用也十分广阔，例如汽车车厢/室内空调抗菌过滤介质、服装衬布、抗菌鞋垫、鞋材等。

3.2在层压复合织物中应用

层压复合织物是民用运动服、防寒服、野外工作服、军用作战服、劳动防护服等产品的理想材料。对这类织物要求具有良好的防水、透湿、透气及保暖性能，而人在运动时汗液、皮脂会大量分泌，在适宜的温湿度条件下，微生物容易大量繁殖，所以有必要对衣物进行抗菌整理。

复合层压织物的纳米银整理主要是通过浸渍法或者共混纺丝实现。徐佳使用DF纳米银抗菌剂以浸渍法对层压复合的TPU膜复合织物（即以锦纶、涤纶及棉为基布贴合高透湿909TPU薄膜）进行处理后，织物不仅具有良好、持久的抗菌性能，且整理加工对织物服用舒适性影响很小。浙江理工大学的研究者采用含有纳米银粒子为抗菌改性剂的十字异形截面聚酯纤维材料作为织物的外层，吸湿性较好的精梳棉纱作为织物的内层，利用织物组织结构的变化，结合先进的后整理工艺，使面料具有吸湿、排汗、抗菌等多项功能。

3.3在复合材料中应用

银/聚合物纳米复合材料在具有纳米银和聚合物的优良特性的同时，还赋予材料一些新的功能，从而使其在纺织、电子学、生物医学等诸多领域具有广阔的应用前景。银/聚合物纳米复合材料的制备方法主要是原位法，具体又分为原位聚合法和原位生成法。

原位聚合法是首先合成出纳米银粒子，再将其与聚合物单体混合均匀，引发聚合。Paula A Zapata等通过原位聚合的方法，首先使用化学还原法制备纳米银粒子并加入改性剂（油酸）使得纳米银与聚乙烯（PE）的附着力增强，采用茂金属作为催化剂，引发纳米银聚乙烯复合物的合成。制得的PE/Ag-NPs抗菌性能明显提高，使其在家电、日用品、以及建材和室内装饰材料中得到广泛应用。

原位合成法是在聚合物中原位生成纳米银粒子，再形成复合微粒，以此制备复合材料。Narendra Singh等在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）存在下，用过氧苯甲酰引发甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合，在体系中加入硝酸银并使之还原，得到纳米银粒子均匀分散在聚合物中的复合微粒，并制得PMMA/Ag-NPs复合膜，膜的稳定性得到了提高。同样，也有学者使用纳米银复配物整理复合材料，不仅提高了复合材料本身的热稳定性，其抗菌性能较单一纳米银抗菌剂整理也有所提高，同时还具有一定的光催化效果。

4 结束语

纳米银作为一种新型材料，被应用于诸多领域，其中尤以纺织业与人们生活息息相关，引起了诸多研究者的兴趣。目前，纺织业应用纳米银主要是为了获得抗菌、抗静电、抗电磁辐射等功能。随着人们对纺织产品的要求提高，纳米银将会越来越多地被应用于功能性面料，其在纺织业中的应用前景将会愈来愈广阔。