鄧小楠，白雪，儲(chǔ)大勇，完玲中，孫卉，李常鳳，程邦進(jìn)，葉泗洪

(1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，安徽 合肥 230001；2.安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230001)

棉纖維是生產(chǎn)紡織品和服裝的重要原料，盡管現(xiàn)在有許多高性能的合成纖維應(yīng)用于紡織工業(yè)，但由于棉纖維自身具有良好的吸濕性、保暖性、柔軟性等特點(diǎn)，使得棉纖維仍是紡織業(yè)的首選原料。

在各種纖維素資源中，棉纖維的纖維素含量最高，在95%左右[1]。與其他植物纖維相比，棉花具有高度結(jié)晶纖維素成分，因此它一直被認(rèn)為是晶體的模型纖維素[2]。如圖1所示，棉纖維素是一種多羥基結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，具有良好的化學(xué)反應(yīng)活性，對(duì)其進(jìn)行溶解，用物理或化學(xué)方法改性后可以賦予棉纖維新的性能[3]。

圖1 棉花纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1 棉纖維的溶解

棉纖維功能化應(yīng)用很重要的一方面是棉纖維的溶解，傳統(tǒng)棉纖維的溶解可分為衍生化和非衍生化兩種。衍生化溶解是指纖維素在溶解過程中會(huì)發(fā)生衍生化反應(yīng)，通常是在棉纖維素結(jié)構(gòu)上接枝某些基團(tuán)，使之可以溶于有機(jī)溶劑中，一般會(huì)生成纖維素酯，該纖維素酯溶于有機(jī)溶劑后會(huì)水解而不穩(wěn)定，同時(shí)在溶解過程中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，造成環(huán)境污染[4]。衍生化溶解主要包含四氧二氮/二甲基甲酰胺溶劑體系、多聚甲醛/二甲亞砜體系、氨基甲酸酯體系等。非衍生化溶解是指破壞棉纖維的晶體結(jié)構(gòu)，使之溶解[1]，主要包含N-甲基嗎啉-N-氧化物、氯化鋰/二甲基乙酰胺[5]、液氨/硫氰酸氨體系、離子液體、堿/水溶液體系[6]、堿/尿素或硫脲/水體系等。

1.1 氫氧化鈉低溫體系溶解

NaOH或NaOH/尿素的低溫體系是綠色的棉纖維溶劑。裴瑩等學(xué)者[7-8]將棉短絨纖維素預(yù)冷到-12℃，溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的NaOH和12%的尿素水溶液，得到透明的纖維素溶液。棉纖維是一種具有多羥基結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物(具有良好的化學(xué)活性)，對(duì)其進(jìn)行溶解后可以賦予棉纖維新的性能[3]。

1.2 低共熔溶劑體系的溶解

提高棉纖維的附加值和性能已成為人們研究的方向，但在傳統(tǒng)的棉纖維溶解以及脫脂等技術(shù)中還存在著許多弊端，如在棉纖維溶解過程中殘留有機(jī)溶劑的紡織品會(huì)危害人體健康，因而許多學(xué)者正在不斷地探索棉纖維的綠色改性技術(shù)。低共熔溶劑(Deep eutectic solvents，簡稱DES)也稱為低共熔混合物或者深共熔溶劑[9-12]，作為一種新型離子液體類似物，低共熔溶劑具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和成本低廉、制備過程簡單、無毒、無蒸氣壓、易生物降解等諸多優(yōu)點(diǎn)[13]，并且可以通過調(diào)節(jié)組成成分的結(jié)構(gòu)和比例，賦予其特定的功能性及可調(diào)變性，在很多領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用[11,14]。DES的形成需要?dú)滏I給予體和氫鍵受體，通過混合鹽和氫鍵受體或者氫鍵供給體與鹽的陰離子來制備。由于草酸可以使纖維素纖維的親水晶面形成羧基，引起纖維的纖絲化并使晶面發(fā)生裂分而形成低結(jié)晶度和片狀的納米纖維素，有學(xué)者研究棉花在氯化膽堿和草酸構(gòu)成的低共熔溶劑中溶解(見圖2)，能夠制備微納米棉纖維[13,15-16]。

圖2 氯化膽堿/草酸溶解棉纖維過程圖[12]

1.3 離子液體中棉纖維的溶解

離子液體是近年來綠色溶劑的研究領(lǐng)域之一，具有良好溶劑性、強(qiáng)極性、不揮發(fā)、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一類具有應(yīng)用前景的環(huán)境友好型溶劑。離子液體是能夠有效溶解纖維素和羊毛等高分子物質(zhì)的溶液。有學(xué)者在1-丁基-3-甲基咪唑氧鹽離子液體中，將納米TiO2粉末與纖維素漿粕共混，采用濕法抽絲技術(shù)制備不同含量的“納米TiO2/纖維素”復(fù)合纖維。史鐵鈞等合成了離子液體氯化1-(2-羥乙基)-3-乙基-咪唑，并考察了微波和高壓等處理方式對(duì)棉纖維的結(jié)晶度、聚合度和溶解率的影響，在微波加熱和傳統(tǒng)加熱條件下研究了不同的溶解溫度對(duì)棉纖維的溶解率和再生纖維素的聚合度的影響表明，合成的離子液體對(duì)棉纖維表現(xiàn)出很好的溶解能力，在溶解和再生過程中未發(fā)生化學(xué)變化，隨著溫度的升高溶解率逐漸增大。郭建生等學(xué)者通過對(duì)比分析纖維在電鏡下的溶解狀態(tài)圖以及綜合材料和時(shí)間成本，得出棉纖維在氯化1-丁基-3甲基咪唑離子液體中達(dá)到最佳半溶解狀態(tài)時(shí)的條件。

2 棉纖維的功能性研究進(jìn)展

纖維的功能性是指對(duì)纖維賦予某種特定的物理或者化學(xué)性質(zhì)，以滿足纖維特殊的要求和用途。近年來，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，功能性纖維被普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其開發(fā)應(yīng)用已成為廣大學(xué)者的研究主流。物理改性和化學(xué)改性是近幾年來功能性纖維的發(fā)展新動(dòng)向。

2.1 物理改性

物理改性包括高能射線改性、電暈處理、共混改性、超聲波改性、等離子體改性、紫外線照射改性等。棉纖維細(xì)長柔軟，吸濕性好，不僅可以進(jìn)行各種染色和紡織加工，還可以進(jìn)行絲光處理。經(jīng)過一系列的物理改性后，可對(duì)棉纖維的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、耐酸堿性能產(chǎn)生影響[17-19]。近年來學(xué)者們對(duì)棉纖維物理改性的研究主要在等離子體改性方面。

等離子體由自由基、亞穩(wěn)態(tài)分子、光子和離子、電子等帶電粒子組成[20]。等離子體通常是通過將氣體暴露于射頻或微波放電而產(chǎn)生的。與射頻相比，微波等離子體產(chǎn)生的活性粒子密度更高。由于等離子體密度與頻率的平方根成正比，電離度隨頻率的增加而增加。等離子體技術(shù)在紡織基材表面改性中具有廣泛的應(yīng)用前景[21]。它的優(yōu)點(diǎn)是沒有使用有毒的自由基作為引發(fā)劑或交聯(lián)劑，并且有毒的流出量最小化。此外，等離子體處理的襯底溫度不增加，這使得等離子體處理成為一個(gè)冷過程，紡織品基本沒有發(fā)生熱降解；等離子體的影響從表面穿透不超過100nm；因此，棉織物保留了大部分理想的物理性能[3, 22]。

Abidi和Hequet[23]研究了微波等離子體對(duì)棉織物物理性能的影響。首先使用微波等離子體對(duì)棉織物進(jìn)行疏水處理，使棉織物在特定時(shí)間(240秒)暴露在Ar-等離子體中，這種初始處理可以清除棉織物表面的油類和污染物，并在纖維素表面產(chǎn)生自由基；然后將經(jīng)等離子體處理過的織物浸入乙烯基月桂酸單體二甲苯溶液中；最后把浸泡過的棉織物干燥后再次暴露在Ar-等離子體中。棉織物經(jīng)過前期處理后，采用傅里葉變換紅外光譜法測(cè)定月桂酸乙烯酯單體在棉織物表面的接枝效率，結(jié)果表明，處理過的棉織物在2923 、2855 和1735 cm-1處振動(dòng)，說明微波等離子體成功地接枝了月桂酸乙烯酯；同時(shí)，疏水試驗(yàn)結(jié)果表明，棉織物的接觸角為125°，說明等離子體改性后的棉織物表面是疏水性的[24]。

2.2 化學(xué)改性

2.2.1防水防油性能研究

纖維素大分子上羥基的存在使棉織物具有親水性，這種性能可以通過改變織物的表面張力來實(shí)現(xiàn)防水。表面張力的變化阻止了水在纖維內(nèi)部的擴(kuò)散，通過測(cè)量水的接觸角來評(píng)估排斥液體的能力。根據(jù)接觸角的大小，織物可分為親水性織物、疏水性織物和超疏水性織物。當(dāng)靜水接觸角<90°時(shí)，織物表面是親水的；90°<接觸角<150°織物表面為疏水性；接觸角>150°織物表面具有超疏水性。增加靜水接觸角意味著降低了液體與織物表面的相互作用，導(dǎo)致液滴很容易從表面滾落下來，順便帶走表面的污垢，這將賦予表面“自清潔性能”。自清潔性能可以通過功能性織物來賦予其超疏水性，也可以通過賦予其光催化性能[25]。通過使用疏水化合物(如硅酮)，可以實(shí)現(xiàn)紡織襯底的功能化，從而達(dá)到疏水的目的[26]。

為了克服這些缺點(diǎn)，一些學(xué)者把研究重點(diǎn)放在“干燥過程”上，譬如利用分子氣相沉積技術(shù)?；瘜W(xué)氣相沉積法是一種典型的干式技術(shù)，它是通過加入氣態(tài)反應(yīng)物調(diào)節(jié)膜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，氣態(tài)反應(yīng)物可沉積到基底上以形成非揮發(fā)性的固體膜CVD在氣相中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程。這個(gè)過程是在原子、分子或兩者的表面上沉積，這種技術(shù)早在1880年就被用于白熾燈的燈絲制造上。原子層沉積(ALD)是化學(xué)氣相沉積(CVD)的一個(gè)部分[28]，鋁氧化物可通過ALD工藝沉積在表面上。此外，由于反應(yīng)發(fā)生在氣相，涂層也可以沉積在基體表面的孔隙中。CVD技術(shù)有時(shí)被稱為納米顆粒氣相沉積(NVD)。Abidi N，等[29-31]學(xué)者采用VD制備超親水/疏油棉織物，首先用三甲基鋁/水納米顆粒對(duì)棉織物表面進(jìn)行粗化，然后用三氯硅烷功能化。對(duì)靜水接觸角的測(cè)量結(jié)果表明，這一過程可以賦予纖維親水/疏油特性；同時(shí)用來制造這種表面的化學(xué)物質(zhì)以及產(chǎn)生的涂層厚度都是可以控制的，這一反應(yīng)可以減少反應(yīng)物的浪費(fèi)，并且可以保持織物的有益特性。

2.2.2抗菌性能研究

對(duì)棉織物進(jìn)行聚乙二醇、鋯配合物、金屬和有機(jī)金屬鹽、天然和無機(jī)物等處理能夠賦予棉織物抗菌性能[32-34]?！般y”被廣泛用作抗菌劑，燒傷敷料用的銀/羧甲基鈉棉是由Na+和Ag+部分交換研制的，其中提高抗菌性能較好的方法是溶膠-凝膠法和環(huán)糊精處理[35]。

①溶膠-凝膠法，主要是利用金屬無機(jī)物、金屬有機(jī)物或者它們的混合物通過水解和縮聚反應(yīng)，然后慢慢凝膠化再進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)處理來制得氧化物或其它化合物的方法。溶膠-凝膠法制備超疏水織物在過去的幾十年中都有研究。Tarimala，等[36]使用溶膠-凝膠法賦予棉織物抗菌性能，將十二烷基硫醇包封的銀納米顆粒(由硝酸銀、氯仿、硼氫化鈉和十二烷基硫醇制成)、正硅酸四乙酯、乙醇和水制成浸泡液，將棉織物浸入溶液中處理5分鐘，處理后的棉織物在60℃條件下干燥10 min，然后150℃固化5 min，掃描電鏡觀察到纖維表面形成均勻分布的涂層。通過測(cè)定含菌培養(yǎng)基在600 nm處的光密度，對(duì)棉織物抗大腸桿菌性能進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)處理的織物對(duì)大腸桿菌表現(xiàn)出良好的抗菌性能。

②環(huán)糊精改性，在紡織應(yīng)用中，環(huán)糊精被用來賦予各種功能特性，如紫外線防護(hù)，香味緩釋，殺蟲劑釋放，抗菌性能[37-40]。二氯苯氧基苯酚是一種廣譜抗菌藥物，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)產(chǎn)品。一些學(xué)者的研究結(jié)果表明使用氯三甲酰-β-環(huán)糊精改性紡織品有很好的抗菌效果[36,40-42]。在棉纖維素中，氯三嗪基官能團(tuán)與羥基形成共價(jià)鍵，纖維素中的羥基組是工業(yè)上第一個(gè)應(yīng)用于紡織品生產(chǎn)的環(huán)糊精衍生物，被用作反映染料的活性[43- 44]。

2.2.3抗皺性能研究

棉纖維是由纖維素大分子與重復(fù)的無水葡萄糖單元組成。聚合度(任意葡萄糖單元的數(shù)量)可以在8000與15000之間，這取決于棉花的品種。在每個(gè)葡萄糖單元上，都有三個(gè)可用的羥基，它們通過與纖維素大分子建立許多氫鍵來充當(dāng)水分子吸收的位點(diǎn)。

棉織品受到變形時(shí)，有起皺的傾向。在這個(gè)過程中，纖維無定形區(qū)域的纖維素鏈上氫鍵斷裂，使得這些鏈可以互相滑動(dòng)。由于存在許多羥基，氫鍵會(huì)在纖維和棉織物上新的地方產(chǎn)生褶皺。通過防止纖維素鏈滑脫，棉織物可以抵抗變形，使皺紋不會(huì)形成或最小化，而保持棉織物表面光滑不變形。通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理，使纖維無定形區(qū)域的強(qiáng)共價(jià)鍵取代弱氫鍵，可以防止纖維素鏈的滑脫。烘干法是傳統(tǒng)抗皺方法的基礎(chǔ)，即先在含有交聯(lián)劑和適當(dāng)催化劑的水溶液中浸漬樣品，填充浸漬棉織物90%～100%的濕傳感應(yīng)后，再在100°C條件下干燥以去除水分，然后在150°C條件下固化后，纖維素鏈和交聯(lián)劑之間建立起共價(jià)鍵。Abidi，等[29]和Lee，等[ 45]報(bào)道，棉織物可以很容易地用乙烯基三甲基-氧基硅烷進(jìn)行功能化改性，以獲得折皺恢復(fù)能力。

2.2.4阻燃性能研究

為了了解有效阻燃劑的作用機(jī)理，必須對(duì)其燃燒機(jī)理進(jìn)行解釋。燃燒是一個(gè)放熱過程，需要三個(gè)組成部分：熱源、氧氣源和合適的燃料。燃燒是可以自催化的，只要有氧氣、燃料供應(yīng)或多余的熱量，燃燒就可以繼續(xù)。當(dāng)紡織品暴露在高溫下時(shí)，纖維的溫度升高，達(dá)到熱解溫度(Tp)，纖維受到不可逆的化學(xué)變化，產(chǎn)生不易燃?xì)怏w、焦炭、液體冷凝物和易燃?xì)怏w。如果溫度持續(xù)升高，達(dá)到燃燒溫度(Tc)，就會(huì)產(chǎn)生易燃?xì)怏w。燃燒過程可以產(chǎn)生額外的熱量需要繼續(xù)熱解，而應(yīng)用于紡織品的阻燃化學(xué)品需要打破這個(gè)循環(huán)。例如，通過使用材料在纖維上或纖維內(nèi)部受熱時(shí)通過強(qiáng)吸熱反應(yīng)進(jìn)行熱分解，這種吸熱反應(yīng)可以吸收足夠的熱量，使纖維達(dá)不到熱解溫度，而不會(huì)發(fā)生燃燒。這些阻燃應(yīng)用是使用氫氧化鋁三水合物和碳酸鈣作為聚合物或涂料填充到棉纖維中。另一種方法是使用一種材料(如硼酸及其水合物鹽)，這種材料在低于纖維熱解溫度時(shí)能夠在纖維周圍形成絕緣層。經(jīng)過硼酸及其水合物鹽處理的紡織品在受熱時(shí)，以硼酸為基礎(chǔ)的化合物釋放水蒸氣，在纖維上產(chǎn)生泡沫玻璃狀的表面，使纖維與所施加的熱量和氧氣絕緣。其他實(shí)現(xiàn)阻燃的方法包括影響熱解反應(yīng)(產(chǎn)生較少的可燃揮發(fā)成分和更多的殘?zhí)?。這類化合物是以含磷阻燃劑為基礎(chǔ)的，經(jīng)熱分解產(chǎn)生磷酸后，與含羥基的聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而改變分解過程，產(chǎn)生較少的可燃副產(chǎn)物。郭臘梅，等[46]在棉纖維上負(fù)載高比例的納米氧化鋅，使得棉織物除了具有納米氧化鋅一般的抗菌和防紫外線功能外，還具有一定的阻燃效果。

棉纖維的熱降解可導(dǎo)致少量解聚產(chǎn)物的形成，如左旋葡聚糖。左旋葡聚糖揮發(fā)性熱解產(chǎn)物是極易燃材料，是纖維燃燒的主要原因。因此，設(shè)計(jì)用于纖維素阻燃劑的化合物應(yīng)能防止左旋葡聚糖的形成。磷酸是一種有效的阻燃劑，通過減少左旋葡聚糖的生成、分解脫水和碳化達(dá)到阻燃的目的，在纖維熱分解的早期就能夠形成化合物而成功阻燃。

圖3 棉織物抗紫外示意圖

2.2.5抗紫外性能研究

紡織品的抗紫外線輻射性能一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)槭袌?chǎng)上對(duì)輕便服裝的需求日益增長，并且要求這種服裝既能保護(hù)織物免受紫外線輻射，又能增強(qiáng)舒適性(見圖3)。Mao，等[47]研究了染料的特性和染色織物提供的紫外線防護(hù)，結(jié)果表明，顏色不是一個(gè)保護(hù)染色織物免受紫外線輻射的可靠指標(biāo)。Zhou，等[48]的研究結(jié)果表明，在洗滌劑中加入增白劑后，提高了棉織物和棉/聚酯混紡織物阻擋紫外線的能力。Eckhardt和Rohwer[3]研究了影響未染色織物紫外線輻射傳輸?shù)囊蛩兀Y(jié)果表明，織物的孔隙率是預(yù)測(cè)織物抗紫外線能力的最佳指標(biāo)。對(duì)洗凈和漂白的100%純棉織物采用疲勞法進(jìn)行處理，結(jié)果顯示UPF隨紫外線吸收劑濃度的變化而變化。

2.2.6棉纖維的酶改性

使用酶對(duì)棉纖維紡織品進(jìn)行處理可以產(chǎn)生永久性的效果，這個(gè)過程被稱為生物精加工或生物拋光[49]。該工藝能去除織物表面突出的纖維和結(jié)節(jié)，減少起球，使織物柔軟光滑，從而顯著影響織物的外觀。在牛仔布的加工過程中，生物改性被用來減少磨料的石頭和侵略性的氯化物賦予消費(fèi)者渴望的“磨損”的外觀。用于纖維素處理的酶是由長鏈氨基酸組成的具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的高分子量蛋白質(zhì)，酶和底物形成“鎖和鑰匙”復(fù)合物，需要酶有一個(gè)特定的分子排列來充當(dāng)催化劑。水解纖維素的酶在自然界中存在于木霉和腐殖真菌中。多種纖維素酶可以催化水解β(1-4)相鄰重復(fù)的纖維素葡萄糖單元的聯(lián)系。酶包含多種成分，它們協(xié)同作用從纖維素中水解出葡萄糖，至少有四種成分被認(rèn)為是提供高效葡萄糖生產(chǎn)的重要成分，葡聚糖酶可以在任意位置水解纖維素。

一般認(rèn)為，纖維素酶與纖維素相互作用的機(jī)理是先在纖維表面吸附葡聚糖酶、β-葡聚糖酶或纖維生物水解酶組分，然后與纖維素聚合物鏈和水形成絡(luò)合物。酶對(duì)纖維素的作用受pH值、溫度、時(shí)間和機(jī)械攪拌等因素的影響。由于酶是真正的催化劑，在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)被消耗，一直參與纖維素水解，直到反應(yīng)條件發(fā)生變化(pH值或溫度的變化)，或直到溶液中的纖維素被全部水解。劉華[50]在文章中指出，當(dāng)棉漿被不同酶處理之后，打漿性能提高，節(jié)約了打漿能耗，同時(shí)紙張的耐折度提高了50%以上。

表1 酶改性對(duì)打漿度、纖維長度、棉漿強(qiáng)度的影響

2.2.7光催化性能研究

TiO2和ZnO作為最具代表性的光催化劑(見圖4)[51]，被普遍應(yīng)用于織物的功能性精加工，如在棉織物表面負(fù)載復(fù)合光催化劑氧化鋅-氮化碳，經(jīng)過可見光照射1小時(shí)以上，對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率仍然在90%以上[52]。但是，由于這類光催化劑只能利用太陽光中的紫外光，而紫外光僅占太陽光的4%左右[53]，同時(shí)，傳統(tǒng)光催化劑禁帶比較寬，會(huì)產(chǎn)生二次污染，更多的新型安全無毒性光催化劑被研究和開發(fā)，Ran，等[54]人就利用聚多巴胺(PDA)的強(qiáng)粘附性與新型環(huán)保型光催化劑釩酸鉍結(jié)合生成核殼結(jié)構(gòu)，然后沉積在棉織物表面。經(jīng)過改性的棉織物在可見光照射下成功降解了亞甲基藍(lán)溶液，織物反復(fù)使用3次后，光催化活性仍然在98%以上。Su，等[55]將纖維素溶解在尿素溶液中，然后加入過硫酸銨產(chǎn)生自由基，在上述溶液中一次加入丙烯酸、丙烯酰胺、亞甲基藍(lán)，經(jīng)過反應(yīng)得到纖維素基氣凝膠，將其作為原位合成Cu2O納米顆粒的微反應(yīng)器，即將纖維素基氣凝膠浸入硫酸銅溶液，通過調(diào)節(jié)pH值和反應(yīng)時(shí)間得到具有不同Cu2O還原狀態(tài)的Cu2O官能化纖維素基氣凝膠，八面體Cu2O納米粒子形成并固定在纖維素基體的表面和內(nèi)壁上，作為一個(gè)微反應(yīng)器防止Cu2O納米粒子的聚集，保護(hù)Cu2O納米粒子的催化性能。以亞甲基藍(lán)(MB)的降解為模型污染物，考察了Cu2O/CBA復(fù)合催化劑的光催化性能。

圖4 Cu2O/纖維素氣凝膠復(fù)合催化劑合成示意圖

圖5 導(dǎo)電超疏水棉織物的制備工藝

2.2.8導(dǎo)電性能研究

導(dǎo)電織物的制備方法有兩類，一類為在紡紗過程中混入具有導(dǎo)電性能的纖維，譬如金屬纖維、碳纖維等；另一類主要是通過浸漬、織物表面涂層、層層組裝等后精加工方法對(duì)其進(jìn)行改性。Cai，等[56]學(xué)者通過簡單的熱處理，在棉織物上原位還原氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)，賦予棉織物多種功能。GO是通過傳統(tǒng)的“浸干”方法涂在棉織物表面的，即以GO為原料，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，通過加熱制備了還原氧化石墨烯(RGO)。所制備的織物具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在織物表面熱還原GO以后，表面電阻由109 Ω/m2下降到104 Ω/m2。Zheng，等[57]學(xué)者通過組裝羧基化和胺化多壁碳納米管(MWCNTs)，并用聚二甲基硅氧烷(PDMS)進(jìn)行改性，制備了導(dǎo)電超疏水棉織物，如圖5所示。雖然MWCNTs的頂層被嵌段PDMS覆蓋，但超疏水性棉織物仍然表現(xiàn)出很好的導(dǎo)電性，每厘米電阻約為8.57 KΩ?；诳椢锏膲毫鞲衅鞣謩e在25 KPa、130 KPa、250 KPa、380 KPa的壓力下，在5個(gè)壓縮周期內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的響應(yīng)，隨著壓力的增加，MWCNTs層被壓縮的越來越緊密，導(dǎo)致織物傳導(dǎo)通路增加，電阻降低。另外，織物壓力傳感器在130 KPa小壓力和380 KPa大壓力下，即使經(jīng)過400次循環(huán)，仍然具有良好的重復(fù)性。

2.2.9隔音吸聲紡織品

一般認(rèn)為≤40 dB是人類可承受的正常聲強(qiáng)環(huán)境，高于該值就會(huì)對(duì)人的健康產(chǎn)生危害，包括影響睡眠，干擾工作，妨礙談話，聽力受損等。若在80 dB以上的噪音環(huán)境中生活，造成耳聾者可達(dá)50%。棉纖維由于多孔、微振元、摩擦接觸點(diǎn)，孔隙內(nèi)的空氣起著低通濾波器作用，衰減了高頻聲波或使噪音的頻譜失真。并且多孔隙結(jié)構(gòu)的界面，形成聲波的來回反射和振動(dòng)，產(chǎn)生內(nèi)耗，從而降低噪音的強(qiáng)度和改變其傳播途徑，以達(dá)到吸音和降噪的效果。目前對(duì)于隔音降噪材料的制備技術(shù)主要有梳理和針刺成型技術(shù)、熔及其復(fù)合技術(shù)、水刺及其復(fù)合技術(shù)、熱粘合技術(shù)、紡粘及其復(fù)合技術(shù)、氣流成網(wǎng)技術(shù)[58]。Esfandiar Pakdel，等[59]利用二氧化鈦(TiO2)納米粒子和中空玻璃微球(2%～20%)在棉織物上開發(fā)新型多功能涂層，并研究了織物的隔熱、阻燃、隔音等性能，中空玻璃微球的存在顯著提高了處理過的棉織物的吸聲性能，其中20%的中空玻璃微球處理樣品的吸聲系數(shù)最高，織物在0～3500 Hz的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸聲性能(如圖6所示)。這種開發(fā)的多功能織物可以作為新一代窗簾、防護(hù)服甚至汽車內(nèi)飾的潛在應(yīng)用。

圖6 涂有不同中空玻璃微球棉織物的吸聲系數(shù)

圖7 Fe@NPC@CF納米復(fù)合材料及電磁吸收性能

2.2.10磁性能研究

長期生活在高壓線、電訊發(fā)射裝置以及大功率電器設(shè)備的環(huán)境里，或者頻繁使用電器和手機(jī)的人，會(huì)導(dǎo)致情緒波動(dòng)或者電磁輻射超敏綜合癥，甚至患上帕金森氏病。從防護(hù)的角度看，應(yīng)該采用具有反射、吸收和能量轉(zhuǎn)換的材料以降低電磁輻射對(duì)人體的危害，另外應(yīng)該減少電磁污染和降低電磁輻射量。因此，棉纖維作為一種柔性的紡織材料，為電磁防護(hù)提供了一種有效的基底。Wei[60]以硝酸鎳(Ni)和廢棉為前驅(qū)體，采用原位生長策略，制備出多孔碳與分散性良好的納米鎳顆粒，由于不同組分間復(fù)介電常數(shù)的差異，Ni/C異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的界面擴(kuò)展可以改善界面極化弛豫，從而提高介電損耗和電磁吸收能力；其研究表明，在較寬的頻率范圍內(nèi)，填充量僅為10%時(shí)，微波吸收性能良好，與填充量較高的碳基復(fù)合材料的微波吸收性能相當(dāng)。這項(xiàng)工作為輕質(zhì)高效的微波吸收提供了一種低成本且有效的途徑，也極大地促進(jìn)了廢棉的回收利用。Li，等[61]人為了解決日益嚴(yán)重的電磁污染和輻射問題，采用原位合成和熱分解的方法(如圖7所示)，利用鐵基金屬有機(jī)骨架材料生物棉成功制備了鐵(Fe)、納米多孔炭(Nanoporous Carbon，NPC)、棉纖維(Carbon Fiber，CF)的復(fù)合材料；其結(jié)果表明，F(xiàn)e/NPC復(fù)合材料在碳纖維基體上分布均勻，納米鐵顆粒、納米多孔炭和碳纖維協(xié)同作用，大大提高了電磁波的吸收性能。

3 結(jié)論

棉纖維是自然界中最豐富的可再生資源，也是綠色環(huán)保的天然高分子，除了應(yīng)用于紡織物外還可以進(jìn)行功能性改性應(yīng)用。棉纖維改性是賦予消費(fèi)者所期望的功能性的最重要的一步。作者總結(jié)了賦予棉纖維功能特性的主要改性方法。棉纖維改性研究進(jìn)展是與現(xiàn)代科技進(jìn)步緊密相連的，高新技術(shù)在棉纖維上的應(yīng)用是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。棉纖維的主要成分是高分子化合物的纖維素，是一種天然的生物資源，其應(yīng)用涉及到化工、國防、醫(yī)藥、環(huán)保、石油等領(lǐng)域；同時(shí)納米棉纖維的制備及其功能材料越來越引起人們的興趣?；诩{米纖維素可以制備光電、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等高性能的膜材料，開展棉纖維生物醫(yī)用材料與環(huán)境友好材料的研究與開發(fā)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)課題。