机能性布料介绍—负离子.doc
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1、機能性布料介紹負離子紡拓會 產經資訊處 陳進來 一、 台灣機能性布料居全球領導地位全球化風潮全面來臨,新興國家低價競爭日趨激烈,台灣梭織布製造業者要在低價供應國環伺中求得生機,勢必朝向質變發展,而機能性布料正是區隔市場的主力產品,尤其台灣紡織業向來以人造纖維傲視全球紡織市場,機能性紡織品即是以人造纖維產品為基礎發展各項功能,台灣在原有之優異發展基礎下,再加上原有開發流行性布料的經驗及能力,兩者結合,具備了提供國際買主對機能性布料需求及服務的最佳優勢,在全球紡織市場上持續保有一席之地,並以各種創新謀求永續發展,上、中、下游業者紛紛拿出看家本領,應用物理及化學原理於纖維、紗線或布料加工上(如表1所
2、示),達成各類優異之機能特性,應用於不同領域,展現台灣機能性紡織品的領導地位。表1 機能性布料常用之加工型態。功能類別性能應用力高強、高模、高彈性、耐磨損、輕量、超細、表面加工性航天、航空、節能、高性能領域。電電氣絕緣性、誘電性、熱電性、超電性、除靜電、情報記憶性。絕緣材料、誘電性材料、電線絕緣、高分子壓電體情報處理、節能。光耐旋光性、耐候性、光吸收性、光曲折性、光干涉性、情報記憶性、光傳導性、光選擇性、耐放射性、放射線吸收性、光電變換性、電磁波遮蔽性。光纖維、光曲折、有機導體、X線吸收散亂材、放射線磁波、節能。音吸音性、遮音性、制振性、防振性、吸振性吸音材、防音材、振動控制材。磁誘磁性、耐磁
3、性、防磁性、情報記憶性。磁器長纖維、防磁板、情報處理、航天航空領域。熱隔熱性、傳熱性、感熱性、耐熱性、熱電性、蓄熱性、熱色性。隔熱材、保熱材、熱包性、節能。吸附、分離離子交換性、螯化、吸附、脫著、生體、適合性、染色性、通電性、空中氮氣、固定保持性。離子交換、螯化性纖維、吸附纖維、淡水化、廢水處理、鈾吸附纖維醫療(人工腎臟、人工肺、人工血管、手術線、節能金屬離子鑑別、高分子凝聚、吸附)。親水、親油高吸水性、疏水性、吸油性、防水性、吸濕透氣性。高吸水纖維、吸油性纖維、防水布、高分子土壤改良劑。二、 機能性布料加工蓬勃發展機能性紡織品是高附加價值、發展潛力很大的高質化産品,機能性紡織品製造加工技術隨
4、著科學技術的進步得到了很大的發展,機能性紡織品生産加工技術呈現了多樣化的發展趨勢,不僅選擇性地使用了傳統的聚合紡絲技術,而且還充分的利用了生物、化工、材料等領域的最新研究成果,如採用接枝聚合技術、奈米技術,化學和物理改性技術、共混紡絲技術、複合紡絲技術、染整後加工技術,常用的機能性紡織品製造技術主要有以下幾種: (一)化學改質紡絲技術化學改質紡絲技術是獲取機能性紡織品的重要方法之一,其包括基質改變和表面改質兩方面。通過基質改變可使紡絲聚合物與機能成分共聚合生成機能性的共聚合物,然後再經過紡絲製成機能性紡織品,而表面改質則是通過對紡織品進行化學處理,使製成的紡織品表面反應基上接枝機能基團,例如將
5、疏水性的聚酯纖維以接枝聚合於高分子聚合接上烷氧基、磺烷基等親水性官能基,使聚酯纖維成為親水性纖維,最後再製成吸濕織物。(二)共混紡絲技術與化學改性紡絲技術相對應,共混紡絲技術是一種物理改性的紡絲方法,目前也是開發機能性紡織品的最熱門技術。該技術主要在紡絲聚合物原液或熔體中添加所需的機能劑和分散劑,然後均勻混合紡絲製成所需機能性的紡織品,此一紡絲技術一般只需在常規的紡絲裝置中增添一台混煉設備即可生産,一般以雙雷螺桿混煉機最常用,所添加的機能劑主要爲有機和無機材料。(三)複合紡絲技術通過複合紡絲技術製造的機能性紡織品,一般來說,所用的複合聚合物材料(組分)一部分爲機能性聚合物,另一部分爲普通的聚合
6、物。複合紡絲技術現已在機能性紡織品的開發中得到了不斷完善,目前已開發的機能性紡織品,其複合形式各種各樣,已不再是簡單的芯鞘複合型、並列複合型等,而是出現了鑲嵌結構、中空微孔結構、扁平狀包芯結構,從而進一步的推動了機能性紡織品開發和應用,例如將含奈米銀抗菌的聚醯胺、聚酯、聚丙烯聚合體做為鞘(sheath)成分,以聚氨酯(polyurethane)彈性體做為芯(core)成分,經由紡絲形成複合彈性長絲即屬應用此類複合紡絲技術製成之抗菌彈性機能性纖維;。(四)後整理加工技術後整理加工技術較爲常見。通過採用不同的機能整理劑,對紡織品表面進行浸置、塗置等後加工處理,然後,再通過低溫等離子照射和幹燥熱處理
7、,使經過浸置、塗置後的機能劑牢固的浸入纖維材料內或粘附在纖維表面。儘管後整理加工技術簡單易行,且生産成本較低,但由於這類機能性紡織品的耐久性較差,明顯低於上述其他方法生産的機能性紡織品,因而該技術主要用於普通機能性紡織品的製造,常見的機能性紡織品及其加工製造技術如表2所列。 表2 機能性紡織品的製造加工技術 主要機能 聚合物及結構 製造加工技術 吸濕 親水聚合物 纖維表面接枝、親水劑、浸置加工吸汗 多孔結構 纖維表面接枝 透濕防水 超細結構 塗層形成微孔膜 潑水、潑油 潑水潑油聚合物 潑水潑油加工、塗層 防污 防污聚合物整理劑 塗層、浸置 蓄熱、保溫 中空結構及蓄熱保溫聚合物 共混、複合、塗層
8、、浸置抗菌、防臭、消臭 抗菌、防臭、消臭聚合物 共混、複合、塗層、浸置抗靜電、導電 導電/抗靜電聚合物 共混、複合、塗層 阻燃 阻燃聚合物 共混、塗層、浸置防電磁波 聚合物 塗層、電鍍 抗紫外線 紫外線吸收聚合物 共混、塗層、浸置抗輻射 抗輻射聚合物 共混、塗層 負離子 負離子聚合物 共混、複合、浸置芳香、森林浴 芳香、森林浴等聚合物 共混、複合、塗層 近年來,許多化纖廠通過技術創新,並採用各種先進的生産技術,以共混紡絲、複合紡絲、後整理加工等多種技術的組合,開發一系列具有不同機能的紡織品,其中負離子紡織品是市場頗受青睞的產品,茲將負離子紡織品從纖維、紡紗、織布到染整等相關知識作一完整介紹。三
9、、負離子形成及由來原子係物質組成最小單位,由原子再形成分子,在帶電狀態下,就稱為離子,各種物質原子及分子,普通時候都是正電和負電平衡態,由電氣立場來看屬於中性,但外部添加任何能量,使持有負電電子被拉開,剩下部份就是帶正電的正離子,被拉開的電子,有時候會被其他的原子及分子吸走,此時負電荷增加而變成負離子。自然界空氣中氣體分子電離的機理,主要靠外界催離素對氣體作用的結果,催離素有紫外線、放射線、光電效應等。負離子具有熱電性和壓電性,因此在有溫度和壓力變化的情況下,即能引起負離子晶體之間的電位差,此種電位差可以使空氣發生電離,被擊中的電子附著於附近的水和氧分子,並轉化為空氣負離子,即為負離子。很多人
10、已經知道在我們生活的大氣中存在有正離子及負離子之兩種離子,紡織品能產生負離子(Minus Ion)的效果是來自日本的研究,日本大氣科學家指出,在海上每c.c.的空氣中之負離子密度為830個,正離子則為495個,屬於最佳的環境,也因為如此,海灘度假成為眾人的最愛。而當您漫步在阿里山、大阪根、溪頭或拉拉山神木群中享受森林浴之時,此時每c.c.空氣中負離子密度為692個,屬於良好級。特別是當您進入桃園北橫公路著名風景區拉拉山時,走入神木群中會發現一塊看板上寫著森林中負離子,告訴您享受負離子時不妨多作一些深呼吸的動作。當您住在郊區或市中心的住宅時,此時每c.c.空氣中負離子密度為110個左右,就感受不
11、到負離子的神奇作用。因此,處於朝霧、森林、急流之瀑布旁邊,我們會感到精神舒爽,即是該等環境充滿負離子之故。而身處於都市中,充滿電氣用品的水泥建築物當中,由於空氣氧化,大氣充滿正離子、缺乏負離子之故。三、負離子纖維製造奈米科技係改變負離子材料分子的關鍵技術,從而建立電氣石負離子材料高特性,奈米技術已廣泛應用在負離子電氣石製造纖維及布料加工上,因為電氣石粉末小到奈米尺寸時會產生量子效應及表面效應等特性,與纖維具有優異結合性能,有關負離子電氣石纖維方式敘述如下:負離子粉體以電氣石(又稱托瑪琳)之礦石為主,包括巴西、俄羅斯、日本及中國大陸新疆、內蒙古、雲南等地都有生產,主要化學元素包含鋁Al、鈉Na、
12、鉀K、鈣Ca、鎂Mg、鐵Fe等,物質含量以SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O、MnO、Li2O、B2O3為主,形成之粒子呈短柱、長柱或針狀之緻密塊狀晶體。從基礎科學原理說明,電氣石負離子粉體是以含硼、鋁、鈉、鎂、鋰環狀結構的矽酸鹽物質,因其熱電性和壓電性,使其極性離子在平衡位置震動而引起偶極矩變化產生4-14微米遠紅外線放射波段,亦即醫學專家所稱生命光波,此種電氣石負離子粉體屬極性分子,經預先混鍊製成母粒後予以紡絲,能充分摻透到有機物纖維(目前以聚酯、尼龍、嫘縈、亞克力、聚氯乙烯PVC或聚丙烯PP為大宗)的晶體組織中,與纖維的非極性分子集團形成均勻的海
13、島結構,從纖維電子顯微鏡放大圖中電氣石負離子粉體為島,高分子聚合物為海,透過負離子粉體自身的自由離子、不純物離子和離子物性質、雜質共鳴而產生共振作用,牽動有機與無機分子交鏈的離子鍵極性振動,形成了較強的放射寬帶,含負離子之纖維能吸收周圍能量後,呈現正負兩極,電離周圍空氣,而產生負離子;另一方面,電氣石負離子粉體對遠紅外線的放射率達82以上。電氣石粒子越小,表面活化能越高,越能提高產生負離子的能力,此乃拜奈米科技所賜,電氣石粒子被研磨成奈米尺寸後,其表面活化能非常高,製成之電氣石粉體纖維負離子釋放數量多,具有遠紅外線放射效果,能吸附空氣中的異味,如油漆味、廚房中的油味、會議室或餐廳的香菸味道及人
14、體散發的體味等,使得這種功能的纖維大受歡迎。四、負離子布料製造直接將負離子纖維織物布料係目前被公認最具效益之製程,另亦有利用後處理加工,選擇電氣石負離子粉體經奈米技術奈米化後,結合架橋劑或黏著劑製成懸浮狀態且均勻分散之負離子水溶液,對織物施以後整理加工後與纖維結合,由於電氣石負離子粉體屬極性分子,經黏著劑與棉、羊毛、聚酯、尼龍、嫘縈、亞克力、聚丙烯織物結合後,通過電氣石負離子粉體吸收周圍能量後,呈現正負兩極,電離周圍空氣,而產生負離子,同時電氣石負離子粉體亦牽動有機與無機分子交鏈的離子鍵極性振動,形成了較強的放射寬帶,形成遠紅外線共振作用。五、負離子之作用日本許多醫學及科學家對負離子進行無數臨
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