基于天然纤维的纳米材料原位生成机理、结构及性能研究

This research program was studying on the technology of in-situ synthesis of nano-materials in natural fibers for their functional finishing. The natural fibers, such as cotton and silk, were chosen as research materials. Silver nanoparticle and ZnO nanoparticle were the nano-materials of this research. The modified hyperbranched polymer, which has core-shell structure, was prepared by grafting poly(ethylene glycol) on terminal amino groups of hyperbranched polyamide polymer. Then the polymer was activated and grafted to the fibers. Due to the high solubility and special ball shape structure of the hyperbranched polymer, it can uniformly dispersed in textile and infiltrated into the fibers. Based on the complexation of amine groups in the core structure of poplymer to the silver ions and zinc ions, the ions can be entrap into the fibers and transform into nanoparticles in-situ in the textile under the control of core-shell structure of hyperbranched polymer through heating, such as steam and microwave irradiation. The nanoparticles in-situ generated in the textile by this method will have small size and high laundering durability. This research will also discuss the finishing mechanism in depth, study the structure and properties of natural fibers after finishing. It can supply theoretical direction and practical technology for the functional finishing of natural fibers by in-situ synthesis of nano-materials.

项目以天然纤维（棉、真丝）为对象，纳米银和纳米ZnO为素材，研究在天然纤维纺织品中原位生成纳米材料的功能化整理技术。通过对聚酰胺超支化聚合物进行接枝改性，制备具有“核-壳”结构的改性超支化聚合物，并将其活化、接枝到纤维中。利用超支化聚合物优异的溶解性能和类球形结构，能够在织物中均匀分布，并渗透到纤维内部。基于改性超支化聚合物核结构中的胺类基团对银、锌离子的络合诱捕作用，将银、锌离子捕捉到织物纤维中，并在一定的加热方式（如汽蒸、微波辐射）下通过其自身的还原或水解作用，以及“核-壳”结构改性超支化聚合物的控制作用，原位生成纳米银和纳米ZnO整理织物。期望能够制备具有较小粒径纳米材料改性天然纤维织物，同时具有优异的耐洗牢度。并深入研究原位生成纳米材料整理的机理，对纤维材料结构和性能的影响，为天然纤维原位生成纳米材料功能化改性提供理论依据和实用技术。

基于目前纺织品纳米材料功能化后整理技术中存在的纳米尺寸偏大、整理工艺复杂、整理均匀性差、结合牢度低、大量助剂的使用对织物的影响，以及纳米材料整理废液排放所造成的资源浪费和环境污染等问题，本项目以棉和真丝等天然纤维和织物为基本素材，以纳米银、纳米氧化锌为功能纳米材料，研究如何更好的实现纳米材料在天然纤维织物中的定向原位自组装，以完成纺织材料的功能化整理。研究如何实现整理工艺的简便性，如何实现工艺过程中原材料的100%应用和零排放，实现绿色经济发展。研究如何更好的赋予织物主动调控纳米材料生成和分布，实现高牢度结合和长效功能整理。并以此为指导发展出一种适合于天然纤维纺织品纳米材料功能化整理的新思路和新方法。. 通过项目的研究开发，制备了一种内部含有大量氨基，外部分布亲水性分子链，具有核壳结构的改性聚酰胺超支化聚合物。比较了不同结构胺类分子、不同分子量胺类分子对纳米材料生成的调控效果。结果表明改性核壳结构超支化聚合物具有比较好的纳米材料生成控制作用，调节聚合物与银、锌离子的比例可以调控生成的纳米颗粒的尺寸，且均具有较小的粒径和较窄的粒径分布，所制备的纳米银平均粒径在4～10nm，纳米氧化锌平均粒径在5～16nm。将聚合物接枝修饰到织物中，通过改性超支化聚合物内部氨基对银、锌离子的络合捕捉作用，以及调控生成纳米材料的能力，接枝改性的织物能够原位调控自组装纳米银和纳米氧化锌。整理过程中仅使用银、锌离子的水溶液作为整理液，并可以通过添加银、锌离子保持其浓度来不断循环利用，实现了资源的高效利用和零排放。纳米银原位组装整理的棉和真丝织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99%以上，且30次洗涤后纳米银含量仅下降了15～20%，具有很好的牢度。纳米氧化锌原位组装整理的棉和真丝织物抑菌率均达到98%以上，UPF值可达125,30次洗涤后UPF值仍能保持在80左右。该整理方法对其他纤维材料以及其他功能纳米材料的纺织品功能整理均具有指导意义。