竹炭纖維的開發(fā)與應(yīng)用

國之稱“國”之稱我國竹類資源豐富，竹林面積和竹材產(chǎn)量約占世界的1.3%，排名世界第一，被稱為“竹子王國”。但目前竹產(chǎn)品主要是技術(shù)含量低,工藝落后,產(chǎn)品附加值和綜合利用率比較低的直接加工產(chǎn)品,開發(fā)竹炭紡織品能使竹材利用率從40%提高到95%以上,又能能使竹材增值5~10倍,對解決我國因出口初級加工竹產(chǎn)品而引起的出口量大卻沒有很好的經(jīng)濟效益問題起到至關(guān)重要的作用1炭結(jié)構(gòu)及功能竹材由纖維素、半纖維素和少量木質(zhì)素組成,竹炭就是由這3種物質(zhì)不同程度的分解炭化而形成,素有“黑鉆石”的美譽,在國際上被譽為“21世紀(jì)的環(huán)保衛(wèi)士”。炭分子結(jié)構(gòu)呈六角形,炭質(zhì)致密、密度大、孔隙多、礦物質(zhì)含量豐富,炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)93%~96%,還含有鉀、鎂、鈣、鋁、錳等物質(zhì)(竹炭粉中主要元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:C93%~96%、Ca0.036%、Mg0.031%、Al0.004%、K0.647%、Zr0.001%、Mn0.017%),具有遠紅外和負(fù)離子發(fā)射、紫外線屏蔽的功能。竹炭比表面積為700m2/g,相當(dāng)于一座藍球場的面積大小,具有較強的吸附分解、消臭抗菌、吸濕干燥能力1.1竹炭的質(zhì)量穩(wěn)定性目前竹炭生產(chǎn)方法主要有干餾熱解法、土窖燒制法、改進型土窖法。干餾熱解法有出炭率高燒制周期短的優(yōu)點,缺點是產(chǎn)量低、竹炭質(zhì)量難保證;土窖燒制具有投資少、單位產(chǎn)量高等優(yōu)點,但竹炭的質(zhì)量穩(wěn)定性差、出炭率低且生產(chǎn)周期長;改進型土窖在上述土窖的基礎(chǔ)上進行改進,保證了竹炭產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性,但投資比較大。1.2竹碳的生產(chǎn)工藝1.2.1新鮮毛竹或加工剩余物優(yōu)質(zhì)的原料是保證竹炭質(zhì)量的基礎(chǔ)。炭用竹材應(yīng)選用向陽、5年生以上、在秋季或無雨干燥時期采伐的新鮮毛竹或其加工剩余物。一般選擇有一定坡度、排水良好、離加工地較近的硬地做為堆放場所,并應(yīng)在采伐后15d以內(nèi)按分類裝窖,控制好竹材的含水率,以免影響竹炭質(zhì)量。1.2.2干燥、鍛燒階段熱解工藝是保證竹炭產(chǎn)量和質(zhì)量的核心技術(shù),工藝條件決定竹炭的品質(zhì)。竹材熱解一般經(jīng)過干燥、預(yù)炭化、炭化、鍛燒4個階段,要控制好每個階段的溫度和時間,預(yù)干燥階段為60~100℃,干燥階段為100~150℃,預(yù)炭化階段為150~270℃,炭化階段為270~450℃,鍛燒階段為450~1000℃。有條件的可給窖體添加溫度監(jiān)測儀表。1.2.3關(guān)鍵技術(shù)分類加工技術(shù)是根據(jù)市場和客戶要求而采取的不同關(guān)鍵技術(shù)。一般是應(yīng)按質(zhì)量要求分批加工產(chǎn)品,加工前先抽檢精煉度,根據(jù)精煉度不同進行分類加工。1.2.4竹炭的干燥條件竹炭生產(chǎn)的最終質(zhì)量保障依賴于科學(xué)的產(chǎn)后配套技術(shù)。竹炭是多孔性物質(zhì),比表面積大,易吸濕、吸異味,應(yīng)選擇干燥清潔的倉庫,并根據(jù)出窖日期和精煉度的不同分類堆放。2竹碳纖維2.1竹炭改性滌綸日本最早研制開發(fā)出竹炭改性滌綸;2004年,中國臺灣工業(yè)研究院也成功開發(fā)出了竹炭改性滌綸;2005年華東理工大學(xué)研制出了竹炭粉體和色母粒,并開發(fā)出了纖維產(chǎn)品;東華大學(xué)也在2005年做出了粉體、色母粒和竹炭改性滌綸;此外,河南新鄉(xiāng)白鷺、泉州海天、蘇州恒光等化纖公司相繼成功開發(fā)出了竹炭粘膠纖維2.1.1竹炭纖維合成纖維及其復(fù)合紡絲運用納米技術(shù),先將竹炭微粉化,再將納米級的竹炭微粉經(jīng)過高科技工藝加工,然后采用傳統(tǒng)的化纖制備工藝流程,即可紡絲成型,制備竹炭纖維。竹炭纖維開發(fā)途徑有3種①紡絲過程中加入竹炭粉末制成竹炭纖維。主要指粘膠紡絲過程中加入納米級竹炭粉乳漿,或滌綸、丙綸切片中加入制作好的竹炭母粒(將竹炭超細粉體與滌綸、丙綸或其它合成纖維切片結(jié)合,然后通過混練、擠壓等工藝,制備成含竹炭的合成纖維母粒,簡稱竹炭母粒)進行復(fù)合紡絲。該類紡織品在練染加工中要避免接觸較強的酸堿性,以防影響竹炭的功效。②在滌綸、丙綸、腈綸、粘膠等纖維表面涂上超細竹炭添加劑。這是天然植物添加劑移植到化纖中的一個新亮點,也是超細納米技術(shù)和紡織工程相結(jié)合的產(chǎn)物。③將竹炭粉末分散到水溶性、熱塑性樹脂中,再將組合后的樹脂涂抹于機織物、針織物等基布之上。對于涂布量需求較少的被覆膜可以采用點狀被覆,而對于涂布量需求較多的被覆膜可以采用全面被覆方式。2.2竹碳纖維性能2.2.1負(fù)離子晶體ac竹炭纖維由于含有金屬元素及其碳化物,特別是CaC,因此具有熱電性和壓電性,在有溫度和壓力變化的情況下(即使微小的變化),能引起負(fù)離子晶體之間的電勢差,這種靜電高達1×102.2.2紅外發(fā)射功能竹炭纖維因含有金屬元素鉀、鎂、鈣等炭化物,可發(fā)射人體所能吸收的遠紅外線,其紅外線發(fā)射率達85%~89%2.2.3竹炭的表面積竹炭纖維為具有微孔、中孔、小孔的多孔性材料,比表面積為360~1000m2/g,1g竹炭的表面積相當(dāng)于一個美式足球場大,所以具有超強的吸附性能,對人體異味、油煙味、甲醛、苯、甲苯、氨等有害物質(zhì)和粉塵具有吸收、分解異味和消臭的作用。2.2.4炭纖維截面結(jié)構(gòu)竹炭纖維的蜂窩狀微多孔結(jié)構(gòu),如圖1所示。竹炭纖維橫截面內(nèi)有豐富的孔隙分布,邊沿為不規(guī)則的鋸齒形,縱向表面光滑均一,有多條較淺的溝槽,這種結(jié)構(gòu)使其具有極佳的透氣導(dǎo)濕性能。2.2.5竹炭纖維的作用竹炭纖維抑菌性能良好,這是由于它本身所附著的微生物對它所吸附的人體的微生物具有分解作用;其次是竹炭纖維還可以吸附周圍環(huán)境的水分并使其呈弱堿性從而抑制細菌;同時它還釋放負(fù)離子與細菌、病毒結(jié)合,可使這些有害物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的改變,蛋白質(zhì)表層的電性兩極顛倒,最后導(dǎo)致死亡。2.2.6紫外線屏蔽力竹炭粉中的碳元素具有很強的紫外線吸收能力,經(jīng)測試長絲單面針織物反射率為2.3%,透過率為1.2%,吸收率為96.5%,紫外線屏蔽率達98.8%。3竹碳混合線的開發(fā)3.1竹炭粘膠纖維的抗菌性能長絨棉纖維是性能最好的天然纖維素纖維之一,具優(yōu)良的服用性能已成為國內(nèi)外消費者服裝面料的道選,長絨棉纖維線密度低,長度長,品質(zhì)優(yōu)良;竹炭改性粘膠纖維具有天然的抗菌性能和良好的吸濕透氣性能,而且具有防臭和排除異味的功能。因此可以結(jié)合長絨棉纖維和竹炭改性粘膠纖維的優(yōu)點,將二者混紡成紗,用該混紡紗制得的針織內(nèi)衣不但服用性能優(yōu)良、懸垂性好、手感柔和,還具有滑爽、抗菌、防臭等特殊功能,符合人們目前綠色、環(huán)保的健康消費3.2竹炭滌綸和ptt纖維為了解決現(xiàn)有的純竹炭滌綸制成的織物吸濕性差、手感不柔軟、穿著不夠舒適以及織物表面呈玻璃狀平滑感等問題,可采用40%~60%的十字形截面PTT纖維與竹炭滌綸混紡,制備出一種多功能混紡紗線。該紗線具有吸附、消除異味、遠紅外和負(fù)離子發(fā)射以及抗菌保健功能,織物導(dǎo)濕快干,手感柔軟,舒適性佳,適用于人體大量出汗條件下的運動服和夏季服裝面料3.3竹炭滌化混紡紗由于竹炭滌綸制得的織物保暖性不佳,因此可以采用45%~55%的Viloft纖維與竹炭滌化混紡。Viloft纖維是一種一字形截面粘膠纖維,吸濕性強,手感非常柔軟,特別是與圓形截面竹炭滌綸混紡后,紗線中纖維之間形成較大的孔隙,可以包含較多的靜止空氣,提高了織物的保暖率,因此可用于制作保暖性強、手感柔軟的保暖內(nèi)衣3.4竹炭纖維混色紡紗線的特點浙江華孚開發(fā)出了竹炭纖維混色紡紗線,這種混色紗線是由兩種或兩種以上不同顏色的纖維通過混色紡紗而成的紗線,竹炭纖維混色紡紗線保留了竹炭滌綸消臭、抑菌、吸濕排汗、防霉、抗靜電、遠紅外等功能,打破了竹炭滌綸單一灰色的局限,紡成的紗線色彩更鮮艷、更豐富,可滿足個性化要求3.5竹炭滌綸與羊毛、長絨棉纖維無錫百和織造有限公司開發(fā)出了竹炭滌綸的系列混紡紗線,有竹炭滌綸與羊毛、羊絨纖維混紡紗線;竹炭滌綸與羊絨、長絨棉纖維混紡紗線;竹炭滌綸與亞麻、棉纖維混紡紗線;竹炭滌綸與腈綸和棉纖維混紡紗線。這些紗線及制得的織物具有吸附消除異味、遠紅外、負(fù)離子、抗紫外線和抗菌保健功能,而且織物吸濕性強,手感特別柔軟,保暖,舒適功能佳,適用于制成休閑服和內(nèi)衣。4竹碳紡織用品4.1竹炭織物的護膚作用如果洗臉時只洗掉灰塵而不易把臉上皮膚分泌出來的油脂和死皮洗掉,這樣臉上的毛細孔就被堵塞,時間一長就會生出“小豆豆”來,同時也會造成皮膚粗糙,容易變老,竹炭毛巾具有這方面的美容功能,這是因為竹炭纖維在紡絲過程中加入竹炭顆粒,使得纖維表面非常粗糙,用這種毛巾擦臉容易祛除皮膚中分泌出來的油脂和死皮。再加上竹炭纖維的超強吸附作用,使它對油脂、死皮去除大大優(yōu)于普通毛巾,具有清潔皮膚的作用。竹炭織物作為毛巾還具有殺滅和抑制各種致病菌的功能4.2竹炭土服裝的保健功能內(nèi)衣與人體肌膚接觸,本身不斷遭受污染,有來自人體外界大氣環(huán)境中的塵埃、浮土以及食物污漬等;有來自人體的汗液、脂肪、以及表皮落屑等分泌物,這些污漬使有害的細菌迅速繁殖,產(chǎn)生出不良化合物,揮發(fā)令人不快的氣味,誘發(fā)各種皮膚病和傳染病,并使服裝的服用舒適性等變差。竹炭內(nèi)衣開發(fā)能夠解決這一問題。首先,竹炭纖維的抑菌性能良好,其次,竹炭纖維為具有超強的吸附性能,能夠吸附人體排出的分泌物和有毒氣體,達到防腐、防臭、吸附異味的功效。再加上竹炭纖維的吸濕快干使內(nèi)衣與皮膚保持相對干爽的狀態(tài),能夠抑制上述現(xiàn)象的發(fā)生。竹炭纖維具有發(fā)射遠紅外線和負(fù)離子的功能,并且含有對人體健康有益的鉀、鈣等礦物質(zhì)。使竹炭服裝對人體有天然保健的功能。對關(guān)節(jié)炎、肩周炎、腰椎病等有全天侯保健的特殊療效。竹炭服裝抗起毛、起球效果達4~5級,織物具有可洗可穿性,而且織物功能具有洗滌耐久性?？蓮V泛應(yīng)用于襯衫、T恤、內(nèi)衣、運動休閑裝等。采用珠地組織、魚眼組織和法國羅紋組織的織物,能夠充分發(fā)揮竹炭纖維的吸濕快干的特性。4.3竹炭鞋墊人體的62個器官均在腳部有相應(yīng)的穴位,身體之健康取決于雙足之健康。竹炭鞋墊的主要功能:使足底干燥,清除異味,在吸收汗氣的同時,產(chǎn)生熱效應(yīng),使足底發(fā)熱,加速足底微循環(huán),起到保暖和防腳氣作用。具有抑制真菌、吸濕去臭、止癢、消腫生肌等作用,對各類腳下部疾病防治效果明顯4.4建筑裝飾材料竹炭床墊、靠墊、枕頭等系列產(chǎn)品,可充分發(fā)揮活性炭的高吸附、抑菌等優(yōu)良性能,達到保健作用。據(jù)有關(guān)報告,居室為污染最嚴(yán)重的地方,一方面來自人的皮膚、代謝的二氧化碳、氨汗氣等氣體;另一方面則來自建筑裝飾材料有害氣體的揮發(fā),使用竹炭被子、枕頭、床墊、靠墊,竹炭將成為污染氣體的消除器,它即能吸附大量的有害氣體,人體感覺干爽舒適,又能在吸收的同時產(chǎn)生熱效應(yīng),尤其在冬天,會使睡眠環(huán)境溫度適宜。特別是負(fù)離子和遠紅外線發(fā)射等保健功能對關(guān)節(jié)炎患者,頸椎病、坐骨神經(jīng)病和皮膚病患者有輔助治療的作用。竹炭床上用品非常適合睡眠時間不足的應(yīng)試考生,產(chǎn)后或病后恢復(fù)期希望皮膚美容的女性,中老年人和經(jīng)常失眠的腦力勞動者,以及住在潮濕地區(qū)的居民。4.5調(diào)節(jié)城市環(huán)境污染竹炭窗簾、地毯等裝飾用品具有超強的吸附性能,能夠有效去除因室內(nèi)裝修過多的應(yīng)用有機物和合成有機溶劑的涂料所造成的空氣污染,以及電影院、禮堂等公共場所由于人口密集所產(chǎn)生的大量二氧化碳、氨等有害氣體。其次,竹炭的負(fù)離子(被稱為空氣中的“維生素”)和遠紅外線發(fā)射功能,能改善人居環(huán)境,使空氣清新,消除疲勞,給人們提供一個良好的生活、工作和休閑場所。此外,由于竹炭纖維的自動調(diào)節(jié)濕度作用,當(dāng)環(huán)境濕度大時,竹炭的吸濕作用可吸附空氣中的水分,當(dāng)環(huán)境干燥時,竹炭的解吸作用可自行釋放水分,從而使生活在其中的人感覺舒適。5竹炭在紡織品應(yīng)用中的缺陷由于經(jīng)過土窯高溫?zé)频闹裉坎牧媳砻娉尸F(xiàn)灰色,