超疏水硝基纤维素
抗菌-超疏水性载银纳米二氧化钛-聚氨酯复合纤维素纸膜制备及油水乳化液分离的应用
抗菌-超疏水性载银纳米二氧化钛-聚氨酯复合纤维素纸膜制备
及油水乳化液分离的应用
石燕花;杜西领;曲湲;张明
【期刊名称】《东北林业大学学报》
【年(卷),期】2022(50)1
【摘要】以纤维素纸为基材,采用简单的高压喷涂技术在基材表面涂覆单组分聚氨酯胶黏剂(PU)、载银纳米二氧化钛(Ag@TiO_(2)NPs)分散液,室温静置24 h后,得到抗菌-超疏水性载银纳米二氧化钛-聚氨酯(Ag@TiO_(2)NPs-PU)复合纤维素纸膜;检测样品的微观形貌、结构组成、元素分布,分析样品对于油水乳化液的分离性能及样品的耐摩擦、抗菌性能。
结果表明:复合纤维素纸膜具有突出的超疏水-超亲油性能(与水的接触角为153°,与油的接触角为0°),针对油水乳化液具备优异的分离效果;在175 g负重下摩擦7次,仍具有疏水性,拥有较强的耐摩擦性能;对金黄色葡萄球菌的抑菌圈厚度最大(平均值可达13.96 mm),对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌效率分别可达97.7%、98.6%,具备优异的抗菌性能。
【总页数】7页(P116-122)
【作者】石燕花;杜西领;曲湲;张明
【作者单位】北华大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ352.4;TS761.2
【相关文献】
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硝化纤维素 工业标准
硝化纤维素工业标准硝化纤维素是一种重要的化工原料，广泛应用于军工、民用、医药及建筑等领域。
目前，硝化纤维素的工业标准已基本完善。
以下将介绍硝化纤维素的工业标准，包括定义、规格、性能、检验等内容。
一、定义硝化纤维素是将纤维素用硝酸、硫酸等混合酸处理，使其发生硝化反应得到的产物。
其化学式为（C6H7O2（ONO2）3）n。
二、规格硝化纤维素的规格由成品含硝量、筛分、水分、杂质等指标组成。
通常规格如下：1.含硝量：≥12.5%，≥13.5%，≥14.5%，≥15.5%，≥16.5%；2.筛分：通过40目筛的质量分数≥98%，通过60目筛的质量分数≥95%；3.水分：≤1.0%；4.杂质：≤0.2%。
三、性能硝化纤维素是一种黄色至深棕色的不规则形状的颗粒。
其物理化学性质如下：1.相对密度：1.65；2.燃点：（230~240）℃；3.自燃温度：＞320℃；4.爆炸下限：6.0%；5.爆炸上限：29.0%。
四、检验硝化纤维素的检验应符合相应的标准。
常用的检验项目及方法如下：1.含硝量：采用硫酸法或氧气燃烧法测定；2.筛分：采用筛分法测定；3.水分：采用干燥法或卡尔费伊法测定；4.杂质：采用荧光法或卡尔费伊法测定。
五、安全措施硝化纤维素在运输、储存、使用等过程中需要注意安全。
以下为一些常见的安全措施：1.避免受潮：硝化纤维素易吸潮，应储存在干燥通风的仓库中；2.避免受热：硝化纤维素易自燃，应远离高温、火源等；3.防止振动：硝化纤维素易受撞击、振动等影响而发生爆炸，应轻拿轻放，避免剧烈摩擦；4.禁止混储：硝化纤维素与易燃、易爆等物质不应混储；5.个人防护：在处理硝化纤维素时应戴手套、口罩、护目镜等个人防护装备。
六、总结硝化纤维素的工业标准是确保其质量安全的重要保障。
只有规范的生产和检验流程，才能保证硝化纤维素的品质优良，满足各领域的需要。
因此，生产厂家和相关从业人员应加强学习和操作，切实遵守相关标准和安全措施，确保生产安全。
硝化纤维素用途
硝化纤维素用途硝化纤维素是一种常用的高能材料，广泛应用于军事、民用、医药等领域。
在军事领域中，硝化纤维素主要用于制造炸药、火箭推进剂、导弹燃料等高性能爆炸物；在民用领域中，则主要应用于制造粘合剂、涂料、塑料等工业原料；在医药领域中，则被广泛应用于制备缓释药物和生物医学材料。
一、硝化纤维素的基本概念1. 硝化纤维素的定义硝化纤维素是指将天然或人造的纤维素经过硝酸和硫酸等混合酸处理后，使其发生硝化反应，生成含有大量亚硝基和硝基的新型聚合物材料。
2. 硝化纤维素的分类根据不同的硝酸浓度和反应条件，可以得到不同含量的硝基纤维素。
其中，按照硝基含量可分为低棉（含量小于10%）、中棉（含量10%-12%）、高棉（含量12%-15%）和超高棉（含量大于15%）等四种类型。
二、硝化纤维素的制备方法1. 硝化纤维素的制备原理硝化纤维素的制备是通过将天然或人造的纤维素溶解在混合酸中，加入适量的硫酸和硝酸等混合酸，进行硝化反应，最后经过水洗、醋酸乙酯抽提、干燥等工艺处理而得到。
2. 硝化纤维素的制备工艺流程（1）原料准备：将天然或人造的纤维素切碎成一定大小的颗粒状物料。
（2）浸泡处理：将切碎后的物料放入混合酸中进行浸泡处理，使其充分吸收混合酸。
（3）硝化反应：在一定温度下，加入适量的硫酸和硝酸等混合酸，进行硝化反应。
（4）水洗处理：将反应后得到的产物经过水洗处理，去除多余的混合酸和盐类杂质。
（5）抽提干燥：用乙醚等有机溶剂进行抽提，去除水分和杂质，最后进行干燥，得到硝化纤维素。
三、硝化纤维素的应用领域1. 军事领域（1）制造炸药：硝化纤维素是一种高能材料，具有很高的爆炸能力，可以用于制造各种类型的炸药，如TNT、RDX、HMX等。
（2）火箭推进剂：硝化纤维素可以作为固体火箭发动机推进剂的主要原料之一，在航天领域中有着广泛的应用。
（3）导弹燃料：硝化纤维素还可以作为导弹发动机燃料的主要原料之一，在军事领域中有着重要的地位。
硝基纤维素——精选推荐
硝化纤维（Nitrocellulose），学名纤维素硝酸酯，也称硝化棉、火棉、硝基纖維素，通常由棉絨纖維和木漿等纤维材料浸入浓硝酸浓硫酸混合液中制得，多數用于制作發射藥。
与硝化甘油相比，比較稳定，安全，便于运输。
▪1838年，T·J·佩卢兹首先发现棉花在硝酸中浸过之后可以爆炸。
▪1845年，德国化学家C·F·舍恩拜将棉花浸于硝酸和硫酸混合液中，然后洗掉多余的酸液，从而发明出硝化纤维。
▪1860年，普鲁士军队的少校E·郐尔茨用硝化纤维制成枪、炮弹的裝藥。
目前世界上生产硝化纤维的厂家主要有：法国BNC公司和台湾台硝集团，这两家公司最近在南京化工园合资兴建南京中硝化工有限公司，工厂建成后每年可生产1.5万吨涂料用硝化纤维素。
[制法
用浓硫酸做催化剂，将纤维素（棉花）和硝酸混合可制得。
反应如下：3n HNO3+ [C6H7O2(OH)3]n→ [C6H7O2(ONO2)3]n + 3n H2O
將硝酸與硫酸以一比二的方式小心混合，溫度要低於20度。
將纖維(棉花)浸入，20分鐘後取出、晾乾。
用途
▪塗料（木器或紙類印刷物……等）
▪賽璐珞（celluloid），歐盟於2006年10月26日公告，禁用於製造玩具。
探索硝化纤维素的多种应用领域
探索硝化纤维素的多种应用领域标题：探索硝化纤维素的多种应用领域引言：硝化纤维素是一种具有广泛应用前景的化学物质，其特殊的性质使其在许多领域中发挥重要作用。
本文将深入探讨硝化纤维素的多种应用领域，并提供对这一关键词的个人观点和理解。
一、军事领域的应用硝化纤维素由于其高能量密度和可调控的爆炸特性，在军事领域中被广泛应用。
例如，硝化纤维素作为主要成分的炸药在炮弹、手雷和炸弹等武器系统中发挥着重要作用。
此外，硝化纤维素还被用于制造火箭推进剂和火药，为军事装备提供动力。
二、民用爆破应用硝化纤维素不仅在军事领域中有应用，还在一些民用领域中发挥作用。
爆破工程是一个典型的应用领域，硝化纤维素在建筑拆除、岩石破碎和地下挖掘等方面发挥着重要作用。
通过控制硝化纤维素的含量和结构，可以实现不同程度的爆炸效果，从而满足不同爆破需求。
三、能源领域的应用硝化纤维素在能源领域中也有广泛应用。
例如，硝化纤维素可用作火箭发动机的燃料，在航天领域中发挥重要作用。
此外，硝化纤维素还可用作动力电池的正极材料，具有高比能量和良好的循环稳定性，使其成为下一代高性能电池的潜在候选材料。
四、医药领域的应用硝化纤维素在医药领域中也有一定的应用潜力。
例如，硝化纤维素作为药物的载体，可以提高药物的稳定性和生物利用度，并实现缓释效果。
此外，硝化纤维素还可用于制备结构独特的生物医用材料，如人工血管和修复组织工程等。
结论：硝化纤维素作为一种多功能化学物质，在军事、民用爆破、能源和医药等领域具有广泛的应用前景。
通过对其性质和应用领域的深入研究，我们可以充分利用硝化纤维素的特殊特性，为相关领域的发展提供支持和推动。
在未来的研究和应用中，还需要进一步探索硝化纤维素的性质和潜力，以实现更广泛的应用和创新。
个人观点和理解：硝化纤维素作为一种有机化合物，其多种应用领域令人印象深刻。
从军事到民用，再到能源和医药领域，硝化纤维素都展现出其独特的特性和潜力。
作为一个文章写手，通过研究和创作这篇文章，我对硝化纤维素的多种应用有了更全面、深刻和灵活的理解。
硝化纤维素
影响
健康危害
环境影响
侵入途径：吸入。 健康危害：硝化纤维素本身对健康基本无害。
危险特性：暴露在空气中能自燃。遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂和大多数有机胺接触能发生强烈反 应，引起燃烧或爆炸。通常加乙醇、丙酮或水作润湿剂，润湿剂干燥后，容易发生火灾。
燃烧（分解）产物：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物。
性质
硝酸纤维素是一种白色或微黄色纤维状聚合物，无臭、无味，耐水、耐稀酸、耐弱碱和各种油类。不溶于水， 溶于酯、丙酮等有机溶剂。
其机械性能取决于分子的大小，较高分子质量的NC制成的膜有较大的弹性，降低分子质量，膜会变脆，它们 的抗拉强度会下降。因为它们的微晶结构，硝酸纤维素膜是光学各向异性的，在偏振光中的颜色变化与NC的氮含 量有关。含11.4%N的NC呈暗红色，含12.0% -12.6%的NC为蓝色到绿色，含11.5% -11. 8%的NC呈黄色。NC的折 射率为1.51，最大光投射达到313nm。暴露在太阳光，尤其是紫外光下，对硝纤膜有不利影响，会使它发黄变脆。 溶剂、软化剂和树脂可加速或阻止发黄。
皮肤接触：用流动清水冲洗。 眼睛接触：用流动清水冲洗。 吸入：脱离现场。 灭火方法：雾状水、二氧化碳、泡沫、砂土。
主要用途
1、含氮量高的俗称火棉，用以制造无烟火药；含氮量低的俗称胶棉，用以制造喷漆、人造革、胶片、塑料等。 2、用于制文教用品、日常生活用品、仪表标牌等。 3、用于油墨、皮革、各种硝基漆、胶帽、打字蜡纸等。 4、用于制药工业、摄影底片、照像底片及皮革的制造。
泄漏应急处理
防护措施
泄漏应急处理
急救措施
隔离泄漏污染区，周围设警告标志，切断火源。建议应急处理人员戴好防毒面具，穿相应的工作服。使用无 火花工具收集于密闭容器中作好标记，等待处理或在保证安全情况下，就地焚烧。如大量泄漏，收集回收或无害 处理后废弃。
硝化纤维素的用途
硝化纤维素的用途硝化纤维素（nitrocellulose）是一种纯天然纤维素衍生物，通过将纤维素与硝酸和硫酸等强酸反应得到。
硝化纤维素在工业、军事和日常生活中有着广泛的应用。
以下是关于硝化纤维素的用途的详细说明。
首先，硝化纤维素在火药制造中是一种重要的原料。
硝化纤维素是火药的主要成分之一，它具有高度的可燃性和爆炸性，是制造炸药的必要原料。
硝化纤维素作为固体状或颗粒状的形式被广泛用于制造各种军用和民用炸药，如炮弹、火箭弹、手榴弹、信号弹和烟雾弹等。
硝化纤维素还被用于制造火工品，如鞭炮、焰火和烟花。
其次，硝化纤维素在摄影行业有广泛应用。
硝化纤维素薄膜（或称“胶片”）是拍摄照片的基本材料之一。
在数码相机出现之前，摄影爱好者使用胶片相机进行拍摄。
硝化纤维素胶片具有良好的感光性能和色彩还原能力，可以记录高质量的图像。
虽然现在数字技术已经取代了传统胶片摄影，但硝化纤维素在摄影技术的发展中起到了重要的作用。
此外，硝化纤维素也被广泛应用于涂料、胶粘剂和油墨等领域。
硝化纤维素具有良好的可溶性，可以与各种有机和无机颜料、树脂和溶剂相容。
它可以应用于木材、塑料、玻璃、皮革和金属等各种基材上，形成坚韧、耐候、抗磨损的涂膜。
硝化纤维素胶粘剂具有良好的粘接性能，可用于纸张和纺织品等材料的胶合。
此外，硝化纤维素还可用于制造印刷油墨，具有良好的印刷性能和耐光性。
同时，硝化纤维素也在医疗领域有一些应用。
硝化纤维素被用作可溶性缝合线的原材料，用于手术缝合。
硝化纤维素缝线具有可吸收和良好的生物相容性，避免了手术后取出线的不便。
此外，硝化纤维素还可以制备成含药膏材料，用于治疗皮肤疾病和创伤。
硝化纤维素材料在治疗烧伤、糖尿病溃疡和创面感染等方面有一定的临床疗效。
最后，硝化纤维素还被用于制造各种塑料制品。
硝化纤维素塑料是一种具有很高机械强度、耐磨蚀性和耐化学性的塑料。
它可以加工成各种形状的制品，如手柄、把手、按钮、键盘等。
硝化纤维素塑料还具有良好的绝缘性能，可用于制造绝缘子、电子器件和电气设备的零部件。
纳米材料在纺织领域的应用
综述与专论合成纤维工业,2024,47(2):58CHINA㊀SYNTHETIC㊀FIBER㊀INDUSTRY㊀㊀收稿日期:2023-06-08;修改稿收到日期:2024-02-28㊂作者简介:陈海通(1999 ),男,硕士研究生,主要从事纳米纤维材料及功能性纺织品的研究㊂E-mail:chtloik@㊂基金项目:陕西省重点研发计划项目(2023-YBGY-487)㊂㊀∗通信联系人㊂E-mail:1141101240@㊂纳米材料在纺织领域的应用陈海通,王进美∗,王㊀丞,魏玲玲,何志宽(西安工程大学纺织科学与工程学院,陕西西安710048)摘㊀要:综述了纳米材料在纺织领域的应用现状及存在的问题,对今后的发展方向进行了展望㊂目前,纳米材料在纺织领域的应用非常广泛,将具有特殊功能的纳米材料与纺织原料进行复合,可以制备具有各种功能的织物,如抗菌㊁拒水拒油㊁抗紫外线㊁抗静电等㊂但在应用中也存在一些问题,如安全性㊁稳定性㊁可持续性和环境友好性㊁可操作性和成本,以及纺织品的可回收性等㊂今后,纳米材料在纺织品中的应用发展趋势和研究方向主要包括新材料和新技术的应用㊁环保型纳米材料及应用技术的开发㊁提高应用技术的可操作性和降低成本㊂关键词:纳米材料㊀纳米技术㊀功能纺织品㊀应用中图分类号:TQ342+.8㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001-0041(2024)02-0058-06㊀㊀随着纳米技术的不断进步,纳米材料得到不断开发,将纳米材料整合到纺织品基材中,为纺织品带来了许多新功能,如抗菌㊁防污㊁抗紫外线㊁自清洁㊁抗静电㊁导电等,这些功能纺织品可应用于包括医疗保健㊁体育㊁军事和时尚等多方面领域㊂近年来,智能纺织品越来越多地受到人们关注,许多纺织材料如棉㊁丝㊁合成纤维被用于集成智能性纳米材料的基材,利用纳米材料开发了通过电㊁颜色或生理信号感知和响应外部刺激的智能纺织品[1]㊂传统的功能化方法难以使纺织品产生永久性的功能效果,如纺织品经洗涤后功能会降低,这是纺织行业目前面临的技术难题,而纳米材料以其高强度和韧性可以无缝融入纺织品中,并响应机械㊁化学㊁电㊁热㊁光或磁刺激㊂将具有特殊功能的纳米材料应用到纺织品中,不仅可以提高纺织品的性能,还可拓展纺织品在不同领域的应用潜力㊂1㊀纳米材料在纺织领域的应用纳米材料是一种全新的超微固体材料,由纳米粒子构成,其纳米粒子尺寸为1~100nm,具有表面效应㊁小尺寸效应和宏观量子隧道效应㊂纳米技术是在100nm 以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理,即用单个原子㊁分子制造物质的科学技术㊂纳米材料在纺织领域的应用非常广泛,将具有特殊功能的纳米材料与纺织原料进行复合,可以制备具有各种功能的织物,如抗菌㊁拒水拒油㊁抗紫外线㊁抗静电等[2]㊂1.1㊀抗菌纳米材料用于纺织品的抗菌纳米材料很多,如二氧化钛(TiO 2)[3]㊁壳聚糖[4]㊁银(Ag )[5]㊁氧化亚铜(Cu 2O)[6]和大麻纤维[7]等㊂将这些活性纳米材料以化学或物理方式掺入织物中,如通过静电纺丝㊁纳米沉淀或自组装方法可开发各种各样的抗菌纺织品㊂无机抗菌纳米材料是一类长效㊁广谱㊁高效㊁安全的新型抗菌剂,且其耐高温特性是其他类型的抗菌剂所不能达到的,目前以纳米Ag㊁纳米TiO 2为主㊂1.1.1㊀纳米Ag 无机抗菌剂纳米Ag 是最早应用于纺织品的抗菌纳米材料之一,其作为抗菌剂掺入到织物中可在不改变织物机械性能的情况下表现出高效的抗菌活性[8]㊂纳米Ag 颗粒的尺寸非常小,这有助于Ag 颗粒通过细胞壁和细胞膜扩散到细胞质中,并与细胞膜上的含硫蛋白质结合,从而在结构上改变细胞壁的形态[9],由于渗透压的变化,细胞膜将细胞质释放到细胞外液中,从而起到抗菌作用㊂此外,Ag +可与含磷酸盐的蛋白质结合,与硫醇基蛋白质发生反应导致细胞死亡[10]㊂A.H.PATIL 等[11]采用化学合成和沉积方法获得Ag 纳米粒子涂层棉织物,发现Ag纳米粒子稳定㊁单分散㊁均匀沉积在棉织物上并表现出最高的抗菌活性㊂MENG M等[12]通过在蚕丝表面引入聚丙烯酸(PAA)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)多层膜作为基质,在此基础上原位还原合成高密度纳米银(AgNPs),所制备的蚕丝可以在长达120h 内持续释放Ag+,具有一定的抗菌持久性㊂孔祥宇[13]采用超声溶胀-原位还原法将纳米Ag中的Ag+吸附在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维内部制备纳米Ag抗菌PPTA纤维,纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率在99%以上㊂纳米Ag抗菌剂具有优异的抗菌效果和更高的操作安全性,因此含Ag纳米材料的应用广泛㊂1.1.2㊀纳米TiO2TiO2属于光催化型无机抗菌剂,同样可以赋予纺织品抗菌性㊂TiO2可以产生活性氧(ROS),如超氧化物或羟基自由基[14],这些ROS可以与细菌的细胞壁和细胞膜相互作用破坏细菌的细胞膜,同时降解细胞产生的毒素,最终导致细胞死亡㊂ROS还可以分解有机物或油性污垢,赋予纺织品自清洁性能㊂在TiO2中掺杂一些其他活性物质,如Ag㊁二氧化硅(SiO2)㊁氧化锌(ZnO)等,可以进一步增强这种自清洁性能[15]㊂S.RIAZ 等[16]将TiO2纳米颗粒经含环氧基团的硅烷偶联剂(GPTS)和长链疏水剂(QASC)功能化处理后应用于棉织物的处理,发现经过处理的棉织物表现出持久的超疏水性㊁自清洁性和抗菌性㊂孙正琪等[17]采用快速溶胶-凝胶法制备硫㊁氮共掺杂TiO2溶胶,通过浸渍和热处理将掺杂TiO2负载于棉织物上制得抗菌织物,经抗菌测试,所得抗菌织物对大肠杆菌的抑菌率达99.5%,经20次洗涤后,其抑菌率仍达93.3%㊂S.MIRUNA等[18]用水热法制备的氮铁共掺杂TiO2纳米粒子修饰氧化还原石墨烯,抗菌测试发现其对金黄色葡萄球菌和粪肠球菌菌株的生长有较强的抑制作用,可用于开发创新的自清洁抗菌纺织品㊂TiO2纳米粒子虽然无毒且具备高效的杀菌性能,但仅在紫外光下表现出光催化活性,这限制了其在光催化领域的潜在应用㊂目前,抗菌纺织品的生产主要有两种方法:一种是纺丝法,即在纺丝过程中加入纳米抗菌剂制备抗菌纤维,由纤维制成相应的抗菌纱线和织物,利用此方法生产的抗菌织物耐洗㊁抗菌持久;另外一种方法是后整理法,即将纳米抗菌整理剂通过印花㊁浸渍㊁浸轧等方法化学接枝或物理附着到织物上,此方法生产的抗菌织物通常耐洗性较差,且织物原有的物化性能容易被改变㊂1.2㊀拒水拒油纳米材料织物的拒水性是指织物不易被水润湿的特性[19]㊂拒油性与拒水性相似,是指织物不易被油浸湿,防止油及油污沾污纺织品㊂纳米材料技术应用于拒水拒油整理基于 荷叶效应 原理,荷叶效应主要源于其微观结构和纳米结构㊂采用纳米技术可以直接对织物进行表面处理,使纤维表面形成特殊的几何形状互补的界面结构(如凸与凹相间),由于纳米尺寸的低凹表面可以吸附气体分子,并且使气体分子稳定附着存在,所以在织物表面上形成了一层稳定的气体薄膜,使得油或水无法与织物的表面直接接触,从而使材料的表面呈现出超常规的双疏性,这时水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值,实现纤维织物的超疏水㊁超疏油功能㊂目前应用最广泛的拒水拒油整理剂主要有脂肪烃类[20](金属皂㊁蜡和蜡状物质㊁金属络合物㊁吡啶衍生物㊁羟甲基化合物等)㊁有机硅类和含氟化合物类㊂脂肪烃类和有机硅类只有拒水性,含氟化合物兼具拒水性和拒油性㊂1.2.1㊀拒水纳米材料目前市场上常用的拒水纳米材料包括有机氟和有机硅两大类㊂有机氟整理剂可以使被整理织物表面具有非常低的表面张力,且碳-氟键不被极化,因此,其除可使被整理织物获得优异的防水㊁防油㊁防污等特性外,还具有良好的化学稳定性和热稳定性㊂传统含氟整理剂大多为长氟碳链的(甲基)丙烯酸酯类聚合物㊂将该类聚合物整理到织物上,织物具有良好的拒水㊁拒油和防污效果,而且可以保持自身原有的优良性质[21]㊂侯再坚等[22]合成季戊四醇三(全氟己基丙基)酸,并以此为含氟单元制备含氟聚丙稀酸酯乳液,经该乳液整理的棉布水接触角为134ʎ,具有一定疏水性,但含氟整理剂的氧化降解产物会导致全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)的产生,这两种物质有很强的化学毒性㊁生物累积性㊁远距离迁移性,且生物半衰期长,会对人类健康和生态环境造成严重的威胁㊂相比于有机氟整理剂,有机硅整理剂不易在生物体内沉积㊁易降解㊁对人体无害,是更加安全环保的产品㊂有机硅是20世纪50年代发展起来95第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用的以线型含氢聚甲基硅氧烷为基础的耐洗拒水整理剂,反应性能比较活泼㊂有机硅整理通常是将有机硅拒水整理剂和辛酸锌或钛的有机化合物等催化剂配制成乳浊液浸轧织物,烘干后在150ħ焙烘数分钟,再进行水洗;在焙烘过程中,含氢聚甲基硅氧烷在纤维上形成网状聚合物;甲基在纤维表面作垂直的密集定向排列,使织物具有良好而且较耐洗的拒水性能㊂卢业炜等[23]以异佛尔酮二异氰酸酯㊁聚氧化丙烯二醇㊁双端羟乙基封端有机硅为主要原料,合成了有机硅改性水性聚氨酯拒水整理剂,并将其用于涤棉织物的防水整理,经整理后织物的水接触角为167.99ʎ,证明其具有疏水性㊂WANG Y C等[24]在工业废气中的煤灰(FA)上涂覆TiO2壳层,通过电荷吸附形成核(FA)-壳(TiO2)结构;然后将FA-TiO2接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子,形成FA-TiO2-PDMS超疏水颗粒;将超疏水FA-TiO2-PDMS颗粒与PDMS 混合形成均匀的涂层溶液,再将其涂覆到织物上获得超疏水表面织物㊂有机硅类拒水剂在分子结构中含有一定的反应性基团,整理过程中在催化剂的作用下,通过氧化㊁水解或交联成膜,或与纤维素上的羟基进行化学结合,使之达到耐久性拒水效果㊂有机硅类拒水剂在合成纤维织物上的拒水效果及耐久性均较好,而在棉和黏胶织物上稍差㊂1.2.2㊀拒油纳米材料要使织物具有不易被油性污垢沾污的性能,需提高纤维或织物表面的拒油性㊂由于油类物质的表面张力极低,因此硅烷类㊁氟化物类㊁丙烯酸类等常用于纺织品拒油整理[25],这些化学物质能够与材料表面相互作用,形成一层保护膜,从而实现拒水㊁拒油的效果[26]㊂一般采用含氟有机化合物作为拒油整理剂㊂XIONG D等[27]制备了3-(三异丙基氧基硅)甲基丙烯酸丙酯和全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯段共聚物,然后利用共聚物链段中的硅烷链段的可水解特性,将其与棉织物表面的羟基发生缩合反应,从而得到了化学接枝的超双疏涂层,织物涂层上的水和油以164ʎ和156ʎ的接触角在涂层棉织物上形成珠状,疏水性和疏油性优异㊂LI Y C等[28]通过对SiO2纳米微球进行表面改性处理,然后将其与疏油的含氟基团交联,在织物表面成功构建了具有疏油功能的光子晶体涂层,织物具有出色的疏水性及疏油性㊂经含氟均聚物乳液整理的织物的拒水拒油性虽然较好,但存在抗静电性差㊁耐久性低下等不足㊂近年来,人们通过选择共聚单体,加入添加剂和交联剂,利用架桥反应等途径,对含氟聚合物进行了多方面的改性,加入第二单体和第三单体于含氟单体中形成的三元共聚物基本上可以克服上述不足㊂1.3㊀抗紫外线纳米材料传统的抗紫外纺织品主要通过添加有机抗紫外添加剂共混熔融纺丝处理或进行表面整理得到,常用的有机抗紫外添加剂多为有机酚类化合物(水杨酸酯类㊁二苯甲酮类㊁苯三唑类和羟基苯基三嗪类等),这类添加剂长期使用后有分解失效可能,且容易产生化学性过敏,不同程度地存在毒性及刺激性等问题㊂近年来,抗紫外添加剂已逐步发展为无机紫外线遮蔽剂㊂随着锦纶㊁维纶㊁涤纶和腈纶等化纤品种的发展,超微粉体材料逐渐作为纺织助剂得到广泛的应用,特别是多种纳米尺度的金属氧化物颗粒在抗紫外功能纤维中的应用㊂许多纳米微粒对紫外线有强烈的吸收作用,其原因主要是其在紫外线照射下,电子被激发由价带向导带跃迁引起的紫外光吸收㊂作为紫外线吸收剂的纳米无机材料主要有纳米ZnO㊁TiO2㊁SiO2㊁氧化铝等㊂这些材料既能与化纤形成良好的结合,又能生成具有各种色彩的织物㊂特别是这些材料制成超细粉体或纳米尺度的颗粒时,其对收紫外的吸收显著增强㊂有机抗紫外整理剂主要通过吸收紫外线并进行能量转换,将紫外线变成低能量的热能或波长较短的电磁波,从而达到防紫外线辐射的目的㊂这类抗紫外线整理剂代表有苯酮类化合物㊁水杨酸类化合物等㊂苯酮类能吸收280~400nm的紫外线,但对280nm以下紫外线吸收较少,且有时易泛黄,价格较贵,应用较少,不过由于其具有多个羟基,对一些纤维有较好的吸附能力㊂张朋[29]通过正交试验对2-羟基-4-甲氧基-3-硝基二苯甲酮的合成工艺进行优化,合成含有紫外吸收剂结构的活性染料,用于棉纤维和丝绸染色来提高织物的抗紫外线性能,结果表明,未染色棉织物的紫外线防护系数(UPF)为1.3,染色后棉织物的UPF为17~20,抗紫外线性能明显提高㊂无机抗紫外吸收剂多为对紫外线不具活性的金属化合物的粉体,如TiO2㊁ZnO㊁氧化铝㊁陶瓷粉㊁滑石粉等,考虑到消光㊁色泽㊁透明性等使用要06㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷求,多采用ZnO和TiO2的纳米粉体作为抗紫外吸收剂㊂张永文等[30]研究了多种表面活性剂㊁酸碱度㊁超声时间等因素对纳米ZnO分散稳定性的影响,通过复配得到抗紫外整理剂,整理剂粒径分布均匀(平均粒径为111.4nm),整理后的纯棉织物的UPF达到50以上,且手感柔和,耐久性良好㊂韩克清等[31]将金红石型TiO2添加至聚合反应体系中进行原位聚合,得到PET/纳米TiO2复合材料,将复合材料纺制成纤维,金红石型TiO2在基体中分散较均匀,基本呈纳米尺寸分散;PET/纳米TiO2纤维中TiO2质量分数为1%时,纤维织物对紫外线具有优异的屏蔽效果,UPF可达50以上㊂无机纳米抗紫外剂不仅对紫外线产生屏蔽,同时也能屏蔽400~900nm波长的太阳光,所以无机纳米抗紫外剂还具有遮热功能,而有机抗紫外剂虽然具有良好的化学稳定性和与高聚物的相容性,但是紫外光吸收率较低,因此应用较少㊂目前国内已经成功开发了纳米TiO2抗紫外纤维,该技术制成的抗紫外织物对紫外线具有反射作用,而且还有特殊的选择㊁吸收性能,可将紫外线能量转换成热能或其他无害低能形式,予以释放或消耗,具有防暑㊁隔热等性能㊂将来使用纳米级无机微粒子对传统纺织纤维进行改性,将可开发出功能更新㊁更强的纺织品㊂1.4㊀抗静电纳米材料纳米材料用于纺织品的抗静电处理主要是通过材料的导电使得电荷快速传导㊁消耗,从而使织物达到抗静电的效果㊂目前,实现纺织品的抗静电性能主要有三个途径:一是在聚合或纺丝过程中加入抗静电材料制备抗静电纤维,然后进行纺纱㊁织造,生产抗静电织物;二是使用抗静电整理剂对织物进行浸轧或涂层,得到抗静电织物;三是在纱线中混纺导电纤维或者在织物中交织具有导电性能的长丝或纱线,使纺织品具有抗静电性能㊂常用于纺织品的抗静电材料有金属粉末㊁金属氧化物㊁高分子材料㊁碳系材料等㊂金属粉末主要有金㊁Ag㊁铜㊁镍等,在纺织品中掺入金属粉末是利用金属的导电性导走静电,达到抗静电目的㊂谢勇[32]以镀银纤维作为功能组分和涤纶长丝进行嵌织,分别设计了镀银纤维的嵌织距离㊁织物的组织结构㊁织物的纬向密度不同的抗静电织物,织物经30次洗涤后仍具有很好的抗静电性能㊂金属导电材料大多容易氧化,且价格偏高,因此使用的场合并不多㊂金属氧化物主要有ZnO晶须㊁TiO2纳米粒子㊁锑(Sb)掺杂的氧化锡(SnO2)纳米粒子等㊂这些纳米材料具有良好的导电特性,可以消除纺织品上的静电荷,实现纺织品的抗静电性能㊂M. WASIM等[33]研究了Sb掺杂SnO2用于聚丙烯腈(PAN)纤维的抗静电改性,发现这些纳米粒子在扩散到纤维中时会产生导电通道,最终实现抗静电特性㊂碳系材料主要有碳纳米管㊁石墨烯㊁石墨等㊂石墨烯㊁石墨具有优良的导电性能,且分散性好,将其结合到织物中可以使织物具有良好的抗静电性能㊂黄海涛[34]采用超声氧化剥离法制备氧化石墨烯,通过浸轧-还原法得到一种高效㊁简单制备还原氧化石墨烯导电棉织物的方法㊂碳纳米管具有极好的导电性,织物中加入少量碳纳米管即可获得很好的抗静电效果,但是碳纳米管分散性较差,容易产生团聚㊂沈计成等[35]将氨基改性的碳纳米管分散在含有1,3,5-苯三甲酰氯的极性溶剂和四氢呋喃的混合溶剂中得到碳纳米管分散液;将织物浸没其中,再置于超临界二氧化碳流体装置中进行超临界处理;处理后进行水洗㊁干燥处理得到抗静电织物,织物具有较好的抗静电性能和耐水洗性能㊂金属材料虽然具有良好的导电性和优秀的抗静电效果,但是由于金属大多容易氧化,且价格也偏高,因此使用的场合并不多[36]㊂金属氧化物的抗氧化能力相对于金属材料要好很多,且价格较金属材料要低廉很多,但是金属氧化物本身多为半导体材料,导电性较差,因此需要掺杂较多的量才能达到理想的效果㊂碳系材料虽然应用比较广泛,但对于织物颜色要求较高㊂因此,金属氧化物和碳系材料的应用空间和研究价值要高于金属材料㊂2㊀纳米材料在纺织领域应用中的注意事项随着纳米技术的不断发展,纳米材料在纺织工业领域中的应用越来越广泛,但在应用中也存在一些问题需高度重视㊂(1)安全性㊂安全性是利用纳米材料及纳米技术改善纺织品功能中的首要问题㊂尽管纳米材料给纺织品带来了许多功能和性能,但纳米材料本身可能存在一定的安全风险㊂在选择纳米材料时,需考虑其毒性和生物相容性,确保使用的纳米材料对人体和环境无害,以避免潜在的健康风险,16第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用如纳米Ag粒子可通过非特异性的物理穿透作用跨过细胞膜在生物体内沉积[37];进入细胞的纳米材料可能与生物大分子发生相互作用,从而诱导遗传毒性㊁细胞凋亡㊁细胞自噻及炎症等毒性效应[38]㊂(2)稳定性㊂稳定性是纳米材料应用于纺织品的另一个重要问题㊂许多纳米材料在大气中或湿润环境下容易发生聚集或氧化反应,从而导致其功能减低或丧失㊂因此,在选择纳米材料时,应考虑其稳定性和耐久性,保证纳米材料在纺织品中可以保持其功能和性能的有效时间,以实现长期的功能改进效果㊂(3)可持续性和环境友好性㊂在一些纳米材料的制备过程及在纺织品的应用过程中可能涉及对环境的负面影响㊂因此,在选择纳米材料时,需考虑其可持续性和环境友好性,尽量选择能够降低环境污染和气源消耗的纳米材料,严格控制制备及应用过程中的废物排放㊂(4)可操作性和成本㊂纳米材料虽然可以给予纺织品多种功能和性能,但其制备及集成过程往往比较复杂,成本高,这也是限制其广泛应用的主要因素㊂因此,在选择纳米材料改善纺织品功能时应考虑其可操作性和成本,控制成本在可接受的范围内㊂3 展望随着消费者对纺织品性能要求的不断提高,纳米材料在纺织品中的应用越来越受到重视㊂纳米材料可以显著提高纺织品的功能,如抗菌㊁拒水拒油㊁自清洁㊁抗紫外㊁抗静电等,但纳米材料的制造成本较高,应用过程中可能会对人体健康㊁环境造成一定的影响㊂其次,纳米材料在纺织品中的应用可能会影响纺织品的可回收性㊂随着纳米技术的不断发展,未来纳米材料在纺织品中的应用研究和发展方向主要有以下三点:(1)新材料和新技术的应用,新型纳米材料和纳米技术的应用将为纺织品的功能化提供更多的可能性,推动纳米材料在纺织品中应用的创新和发展;(2)环保型的纳米材料及应用技术,针对纳米材料的制备及应用过程中的环保问题,未来的发展方向应致力于开发环保型的纳米材料及生产技术,以降低对环境的影响;(3)提高可操作性和降低成本,目前纳米材料的制备及在纺织品中的应用过程较为复杂,生产成本较高,因此,提高应用技术的可操作性和降低成本也是今后的研究方向㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀YETISEN AK,QU H,MANBACHI A,et al.Nanotechnology intextiles[J].ACS Nano,2016,10(3):3042-3068. 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technologies,the development of environmentally friendly nanomaterials and application technologies,the operability improvement of application technologies and cost reduction.Key words :nanomaterials;nanotechnology;functional textiles;application36第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈海通等.纳米材料在纺织领域的应用。
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超疏水硝基纤维素
超疏水硝基纤维素（Superhydrophobic Nitrocellulose）
引言：
超疏水材料是一种具有极强疏水性能的材料，可以在其表面形成高度的接触角，使水珠在其上呈现出珍珠滚落的效果。
超疏水硝基纤维素是一种新型的超疏水材料，具有广泛的应用前景。
本文将介绍超疏水硝基纤维素的特性、制备方法以及可能的应用领域。
一、超疏水硝基纤维素的特性
超疏水硝基纤维素是一种以硝基纤维素为基础的材料，通过一系列的处理方法，使其表面具有超疏水性能。
超疏水硝基纤维素具有以下特性：
1. 极高的接触角：超疏水硝基纤维素的表面接触角可以达到150度以上，甚至可以高达170度。
这意味着水滴几乎无法在其表面停留，而是会迅速从表面滚落下来。
2. 优异的防水性能：超疏水硝基纤维素表面的疏水性能非常出色，水滴在其表面形成近乎球形，几乎不与其接触，这使得其具有优异的防水性能。
3. 耐候性强：超疏水硝基纤维素具有较好的耐候性能，能够在室内外环境下长期保持其超疏水性能。
超疏水硝基纤维素的制备方法多种多样，下面介绍一种常用的制备方法：
1. 基础处理：首先，将硝基纤维素材料进行表面清洗和去除杂质处理，以保证制备过程的纯净度和稳定性。
2. 表面修饰：然后，在硝基纤维素表面涂覆一层疏水性较强的聚合物材料，如聚二甲基硅氧烷（PDMS），形成一层厚度均匀的涂层。
3. 热处理：将涂覆有聚合物材料的硝基纤维素样品进行热处理，使其在高温下固化和交联，增强其表面的疏水性能。
4. 表面改性：最后，可以通过化学方法或物理方法对超疏水硝基纤维素进行表面改性，进一步提高其超疏水性能和稳定性。
三、超疏水硝基纤维素的应用领域
超疏水硝基纤维素具有广泛的应用前景，下面介绍几个可能的应用领域：
1. 防水涂层：超疏水硝基纤维素可以用作建筑物、汽车、船舶等表面的防水涂层，有效阻止水的渗透和损害。
2. 自清洁材料：超疏水硝基纤维素可以应用于玻璃、金属等材料的表面，形成自清洁效果，减少污垢的附着和清洁的频率。
3. 高效过滤器：超疏水硝基纤维素可以制备成高效的微孔过滤器，
用于水处理、空气净化等领域，具有良好的过滤效果和抗污染能力。
4. 生物医学应用：超疏水硝基纤维素可以用于医疗设备、医用材料的涂层，具有减少细菌附着和感染的作用。
结论：
超疏水硝基纤维素是一种具有极强疏水性能的材料，具有优异的防水性能、耐候性强等特点。
其制备方法多种多样，可以通过一系列的处理方法实现表面的超疏水性能。
超疏水硝基纤维素在防水涂层、自清洁材料、高效过滤器和生物医学应用等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和应用的不断拓展，相信超疏水硝基纤维素将会在更多领域得到应用。