远红外纺织品的制备与应用*

1.广州纤维产品检测研究院， 广东 广州 511447；2.天津工业大学纺织学院， 天津 300387

随着科技的进步及人类需求的日益提高，功能纺织品的研究与开发日渐成为各国研究的重点。所谓功能纺织品[1-2]是指，纺织品在具有基本使用价值的同时，还具有抗皱免烫、抗菌、防臭、防霉、阻燃、防紫外线、防电磁辐射、防静电、远红外、负离子保健等中的一种或多种功能，如集远红外与电磁屏蔽功能于一体的复合功能纺织品[3-4]、远红外负离子释放保健养生功能纺织品[5]、远红外防臭抗菌功能纺织品[6]等。其中，远红外纺织品是一类兼具保温、保健、抗菌等功能的纺织品，其通过纤维纺丝技术或织物后整理技术将具有远红外高发射率的陶瓷微粉等添加到纺织品内部或表面，使纺织品不但可以吸收大自然中的光线或人体辐射出的远红外线，致自身温度升高，而且可以发射出波长和功率与其温度相应的远红外线，使人体获得保暖升温、改善人体微循环等功能[7]。我国于20世纪90年代初开展了远红外纺织品的研究，东华大学、清华大学、天津工业大学、珠海天年高科技国际企业公司、江苏省纺织实业公司等都进行了系统的开发与研究，并成功推出了远红外纤维及其制品[8]。

1 远红外纺织品的作用原理

红外线又称红外光，指波长为0.75～1 000.00 μm的电磁波。根据波的长短，红外线可分为5个波段，分别是近红外(波长0.75 ～1.40 μm)、短波红外(波长1.40～3.00 μm)、中波红外(波长3.00～8.00 μm)、长波红外(波长8.00～15.00 μm)和远红外(波长15.00～1 000.00 μm)[9]。在实际应用中，人们通常将波长在2.50 μm以上的红外线称为远红外线[10]，且对波长在4.00～14.00 μm的远红外线关注较多，因为该波长范围的远红外线与所有生物的生长发育密切相关，它可以振动并激活所有生物内部的水分子，与生物产生共鸣，促进代谢、吸收、排泄和增长，对人体最为有益，因此该波长范围的远红外线又被称为“生命之光”。此外，宇宙中的物体也需利用不断的远红外热辐射保持恒定的温度[11]。

基尔霍夫定律表明，一个良好的辐射体必然是一个良好的吸收体，即物体的热辐射能力越强，其吸收能力也越强。人体既能辐射远红外线，又能吸收远红外线。人体表面的热辐射波长介于2.50～15.00 μm，且46%的热辐射波长范围在8.00～14.00 μm，因此，人体定能吸收波长范围在2.50～15.00 μm的远红外线。远红外纺织品在吸收外界热量后会辐射出波长在3.00～25.00 μm的远红外线，这与人体能够吸收的红外线相符。当红外线辐射的波长和被辐射人体吸收的波长相对应时，人体内分子会产生共振吸收，这会加剧人体内分子运动，从而增强其血液循环，起到保温保健的作用。且远红外纺织品还具有较好的抗菌性能，这可能源于两个方面的原因：其一，远红外织物能不断地发射出对细菌生长有抑制作用的远红外线；其二，远红外织物中金属微粒的加入使纤维表面呈多孔性，比表面积增加，表面活性及表面状态的吸附、扩散等特性明显提高，加上金属化合物本身的抑菌作用，远红外织物会表现出一定的吸汗、除臭、杀菌等功能。

2 远红外纺织品的生产制备

纺织品自身就是辐射源，只是在相同条件下，远红外纺织品比普通纺织品的辐射功率更高、更强。表征远红外线发射能力强弱的指标有法向发射率、远红外波长及远红外发射率等。其中，法向发射率与远红外发射率虽概念略有不同，但原理相同。发射率[12]是指在一个微小波长间隔内，真实物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比。

制备具有远红外功能的纺织品，主要是提高其远红外发射率，目前主要有两种方式：

(1) 纺丝过程中加入具有远红外高发射率的纳米级粉末，制备远红外纤维，再通过纺织或非织造技术生产远红外纺织品；

(2) 采用整理剂(如远红外陶瓷微粉等)对纺织品进行后整理[13-15]，制备远红外纺织品。

2.1 远红外纤维的制备

远红外纤维是指在纤维加工过程中，将一些具有远红外线发射功能的纳米级粉体与纤维有效地融合，生产出的一种纤维。粉体主要有，具有良好光反射性的氧化物[16]，如Al2O3、 ZnO、 ZrO等；具有高热容的碳化物，如ZrC、 SiC；具有光催化功能的材料，如TiO2等[17-19]。除此之外，一些天然矿石，如电气石粉、莹青石粉、莫来石粉等，也是优良的远红外线发射粉体。东华大学王华平等[20]率先在国内使用TiO2、 ZnO、 ZrO等金属氧化物的纳米粒子，制备出高效的纳米远红外细旦纤维。

远红外纤维的制备分纺丝法和纤维表面涂层法两大类，其中，纺丝法又可分为熔融纺丝法、共混纺丝法、溶液纺丝法。表1就远红外纤维的制备方法及性能特点进行了罗列。

2.2 后整理制备远红外织物

后整理一般有两种方式：

(1) 将具有远红外发射功能的纳米级粉体、黏合剂和助剂按一定比例配置成后整理剂，再通过浸轧、涂层、喷雾等方法，将配置好的后整理剂均匀地涂覆在织物表面，再对织物进行干燥、热处理等，制成远红外织物；

(2) 将远红外后整理剂分散于染液或印花糊料中，制备出具有远红外功能的染色或印花织物。

3 远红外纺织品的功能

根据GB/T 30127—2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》标准：对于一般的纺织品，远红外发射率不低于0.88且远红外辐射温升不低于1.4 ℃的，才可被称为远红外纺织品；对于絮片类、非织造类、起毛绒类等疏松纺织品，远红外发射率不低于0.83且远红外辐射温升不低于1.7 ℃的，才可被认为该产品具有远红外功能[21]。远红外纺织品按功能可分为三类：保温用纺织品、保健用纺织品和卫生用纺织品。

3.1 保温用纺织品

相比普通同类纺织品，远红外纺织品的温升效果可提高3.0～5.0 ℃。目前，已通过传统针织或机织技术制备出了具有远红外功能的滑雪衫、运动服、风衣等纺织品，也已通过非织造技术制备出了具有远红外功能的保暖絮片，如床单、睡袋、被子、防寒服等用的填充料。如高冰等[22]基于母粒法，利用纳米远红外材料ZrC和Al2O3生产出了远红外涤纶丝，并就远红外涤纶织物与普通涤纶织物进行了相关性能对比，结果表明：远红外涤纶织物的辐射温升和温升速率都有明显的提高；远红外涤纶织物的接触冷感弱，导热系数较小，保暖率较普通涤纶织物有一定的提高；远红外涤纶织物总体舒适性更好，能满足服用织物的要求。浙江森创服装有限公司发明了慕赛尔纤维/远红外纤维高档针织面料，面料混纺比例为慕赛尔纤维70%(质量分数)、远红外黏胶纤维30%(质量分数)，面料具有良好的保暖、保健、抗紫外、抗菌等性能[23]。KUBILIENE等[24]通过不同的处理方式增加织物中生物陶瓷添加剂的活性表面积，提高了织物的保暖效率，结果表明：连续涂层筛网印刷织物中生物陶瓷添加剂的活性表面积最大，织物热积累最高，且织物所含生物陶瓷添加剂量最小。

3.2 保健用纺织品

根据远红外纺织品能促进人体微循环、消炎镇痛、活化机体、消除疲劳等的特性，开发出了各类具有远红外功能的保健用纺织品，如远红外内衣、内裤、袜类、文胸等产品，它们不但能够改善人体肩部、背部、腹部、腿部的血液微循环，还可预防和辅助治疗肩部、背部、腹部及腿部的肌肉酸痛，风湿性关节痛及妇科疼痛。近年来，关于远红外纺织品保健功能的研究有很多，如LOTURCO等[25]调查了远红外衣物对足球运动员因运动诱发的肌肉损伤和体力恢复的影响，21名男性运动员跳100下，比赛结束6 h后运动员穿上远红外衣物，分别评估比赛前、比赛结束时及比赛结束后24、 48、 72 h大腿周围的肌酸激酶和迟发性肌肉酸痛，结果表明，远红外衣物可减轻足球运动员对剧烈运动后迟发性肌肉酸痛的感知。

3.3 卫生用纺织品

根据远红外纺织品的抗菌防臭功能，现已开发出诸如一次性或限次使用的纱布、防护服、手术衣、口罩、手术洞巾、病房床单、病室帷幕等卫生用纺织品。它们具有阻隔和屏蔽细菌及病毒的作用，能防止病人之间及病人与医护人员之间的交叉感染。此外，其保健功能还有助于病人的身体恢复。

4 远红外纺织品的发展前景

远红外纺织品符合当前人们对健康舒适的普遍要求，具有非常好的开发价值和广阔的市场前景，这也是其逐渐成为各国研究重点的客观原因所在。目前，国内外开发的远红外产品已投入产业化生产，产品性能基本上能满足人们的需求，但总体看来基础性研究仍不够深入，还有很大的技术进步空间：

(1) 材料。虽然远红外陶瓷微粉的粒径能达到纳米级别，但加工成本较高，价格昂贵，且粒径越小价格越贵，这导致了远红外纺织品成本增高，遏制了远红外纺织品的发展。因此，远红外纺织品发展的关键是研发寻找新的远红外材料。

(2) 后整理。目前，国内通过后整理制备的远红外纺织品存在远红外整理剂不耐洗涤，纺织品透气透湿性能易受影响等缺点，因此需开发新的后整理技术，使之既能保持持久性又不影响纺织品的透气透湿性。

(3) 功能复合化。单一纤维原料或单一结构往往存在一定的缺陷，很难满足不同消费群体日益提高的需求，因此，多功能复合纺织品成为各国研发的主流。

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