棉纖維的研究進(jìn)展

翟健玉，郭榮輝，王 毓

(1.四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都 610065；2.四川警察學(xué)院，四川瀘州 646000)

棉纖維作為四大天然纖維之首，具備成本低廉、來源廣泛、輕質(zhì)柔軟、親水透氣等優(yōu)勢，在各類紡織品中應(yīng)用十分廣泛，例如作為親膚類服裝面料、各類玩具的填充材料、家用紡織品面料等[1-2]。棉纖維的使用不止局限于紡織領(lǐng)域，將其進(jìn)行改性處理，賦予它新的性能，可以將棉纖維應(yīng)用于電磁防護(hù)、污染治理、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

1 棉纖維的結(jié)構(gòu)與性能

棉纖維主要組成物質(zhì)為纖維素、果膠、含氮物質(zhì)和蠟質(zhì)，其中纖維素含量隨成熟度增加而增加，其他物質(zhì)會逐漸減少，成熟棉纖維的纖維素含量高于94%，果膠含量在0.9%-1.2%范圍內(nèi)[3]。在形態(tài)結(jié)構(gòu)上，棉纖維為多層狀帶中腔結(jié)構(gòu)，具有天然轉(zhuǎn)曲，其賦予棉纖維優(yōu)異的抱合力和可紡性[4]。棉纖維主要由纖維素組成，在大分子結(jié)構(gòu)上，纖維素大分子是由n 個(gè)葡萄糖?；驭?型糖苷鍵重復(fù)而成，大分子結(jié)構(gòu)單元為纖維二糖，長度為1.03nm(圖1)[5]。在超分子結(jié)構(gòu)上，由于纖維素大分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，且葡萄糖剩基上的三個(gè)羥基易于形成氫鍵，故棉纖維的取向度和結(jié)晶度較高[3，6]。

圖1 纖維素大分子結(jié)構(gòu)[7]

在物理性能上，棉纖維斷裂強(qiáng)度在3N·D-1～4.9 N·D-1左右，斷裂伸長率在3%～7%范圍內(nèi)，初始模量大約為68 N·D-1～93 N·D-1，僅次于苧麻，且與其他纖維不同的是，棉纖維吸濕后，力學(xué)性能有所改善；棉纖維吸濕性極好，耐磨性比羊毛好，但是它的彈性及彈性恢復(fù)性較差[3]。棉纖維的耐熱性較好，纖維在150℃以上出現(xiàn)分解，100℃下處理20 天，強(qiáng)力僅損失8%，但棉纖維導(dǎo)電性差[5]。在化學(xué)性能上，由于纖維素還含有三個(gè)游離羥基，故棉纖維易于染色，且β 型糖苷鍵對堿不敏感而對酸、光照敏感，故棉纖維耐堿不耐酸，光照后，棉纖維力學(xué)強(qiáng)度有所損傷。另外，棉纖維對微生物敏感，易于被蟲蛀和發(fā)霉，且其易燃[8]。

2 棉纖維改性方法

棉纖維具有三個(gè)游離羥基，且這三個(gè)游離羥基化學(xué)反應(yīng)活性極高，因此對棉纖維進(jìn)行改性處理相對容易[6]。棉纖維經(jīng)改性處理后，既可以改善棉纖維缺點(diǎn)，如易燃、導(dǎo)電性差等，還可以賦予棉纖維新的性能，如抗菌性、光催化性能等，對拓寬棉纖維的應(yīng)用領(lǐng)域起到極大的作用。

2.1 物理改性

2.1.1 等離子體處理

等離子體是物質(zhì)的第四種狀態(tài)，即中性氣體受熱或受到電磁場的作用而形成的高濃度活性物質(zhì)。在這種情況下，幾種活性物質(zhì)，包括離子、電子、中子、激發(fā)態(tài)分子、自由基、亞穩(wěn)態(tài)粒子和光子以中性混合物的形式存在，對基底的作用包括清洗、活化、接枝、蝕刻和聚合[9]。等離子體為紡織纖維的表面改性處理提供了一種新的環(huán)保型方法，使用過程中不需要水以及有害化學(xué)試劑，且不會影響纖維的本體性能[10-11]。

等離子體處理棉纖維，可以起到清洗棉纖維的作用，去除棉纖維表面的油脂和蠟質(zhì)。Zhou 等研究了一種新型的等離子體、填料、酶洗等復(fù)合平幅連續(xù)預(yù)處理工藝，等離子體去除棉纖維表面的油和蠟質(zhì)，與傳統(tǒng)的浴堿-過氧化物預(yù)處理工藝相比，產(chǎn)品表面不產(chǎn)生超細(xì)纖維，產(chǎn)品的纖維微觀結(jié)構(gòu)完整，其耗水量僅為傳統(tǒng)預(yù)處理的26.4%，且極大降低污染[12]。另外，用等離子體刻蝕疏水層可以引進(jìn)新含氧基團(tuán)，提高棉纖維的可染性和吸濕性。Haji 通過氧等離子體預(yù)處理活化，將殼聚糖吸附在棉纖維上，用各種天然染料染色，棉纖維的染色性、色牢度、耐洗以及耐光性都得到明顯改善，可以很好地替代在天然以及合成染料染色所用的金屬鹽[13]。

相較于干態(tài)等離子體改性處理，棉纖維在濕態(tài)下進(jìn)行等離子體處理會誘發(fā)更有效的表面改性。Molina 等將棉纖維在進(jìn)行等離子體改性前，先浸于H2O、D2O 和乙醇中，然后用He 進(jìn)行等離子體處理[14]。經(jīng)H2O 預(yù)處理再經(jīng)等離子體處理獲得的棉纖維H 原子和羥基自由基含量明顯增加；用D2O預(yù)處理的棉纖維顯示出較高濃度的N 亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)；在長時(shí)間的等離子體處理后，乙醇預(yù)處理后的棉纖維也能誘導(dǎo)形成CN、C 和CO。另外，濕態(tài)下等離子體處理對表面形貌影響極大，經(jīng)水(H2O、D2O)浸泡后的棉纖維，等離子體處理后纖維有明顯的刻蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，而乙醇浸泡后的棉纖維，最終會誘發(fā)薄膜的產(chǎn)生而十分光滑。

2.1.2 輻射改性

輻射改性主要是利用γ 射線、紫外線、超聲波等對棉纖維進(jìn)行輻照處理引入新基團(tuán)的一種手段[7]。γ 射線是一種理想的改性方法，不存在殘留化學(xué)品和二次放射性的危險(xiǎn)，最常用于棉纖維的接枝改性[15]。閆宇等利用γ 射線在棉纖維接枝不同的二元單體，包括苯乙烯(St)/馬來酸酐、St/甲基丙烯酸二甲胺乙酯、St/醋酸乙烯酯，使纖維素結(jié)晶度降低[16]。紫外輻射主要是利用波長180nm～330nm 的紫外線使大氣中的氧氣分子變成O3或活性氧，在纖維表面引入羧基、醛基、羥基和羰基等含氧基團(tuán)[17]。汪濤等利用紫外輻照在棉織物上接枝殼聚糖，獲得的織物染色性能得到了明顯改善[18]。紫外輻照會刻蝕棉纖維表面，增加棉纖維的粗糙度，長時(shí)間的紫外輻照處理會對棉纖維性能有所損傷，使棉纖維的熱穩(wěn)定性下降，纖維素中C-C 以及C-O 發(fā)生斷裂，纖維強(qiáng)度下降，且織物泛黃[17]。此外，棉纖維經(jīng)超聲波處理后，天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率和結(jié)晶度降低，但棉纖維直徑、反光強(qiáng)度以及無定形區(qū)增加[19]。

2.1.3 其他

高壓熱蒸汽閃爆、混紡以及機(jī)械處理等也可以作為棉纖維的物理改性技術(shù)。棉纖維經(jīng)蒸汽閃爆處理后，可以破壞纖維素中C3 和C6 處羥基所形成的氫鍵，使棉纖維的堿化反應(yīng)更容易進(jìn)行[20]。棉纖維與其他纖維共混制備的紗線，可以改善整體組分的性能，例如，棉纖維與芳綸纖維共混紡紗可以提高紗線的力學(xué)性能，與石墨烯纖維共混可以改善紗線的導(dǎo)電性等。機(jī)械處理主要是利用機(jī)械力(切斷或者球磨)去改變棉纖維形態(tài)、結(jié)晶度以及可及度等[21]。

2.2 化學(xué)改性

2.2.1 化學(xué)接枝

棉纖維的化學(xué)接枝改性是將帶有其他性能的支鏈大分子，接枝到纖維素大分子主鏈上，以改善棉纖維的性能。將多糖、蛋白質(zhì)、環(huán)糊精、聚丙烯酸和脂類接枝到棉纖維的表面可以拓寬棉纖維在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用[6，22]。將絲素蛋白接枝到羧化棉纖維表面(圖2)，棉織物的抗皺和吸濕性極大提高，再用仙人掌類黃酮提取物進(jìn)一步負(fù)載，負(fù)載約2.86%類黃酮的復(fù)合織物對金黃色葡萄球菌的抗菌效果超過91.33%，負(fù)載約4.9%類黃酮的復(fù)合織物對大腸桿菌的抗菌效果超過92.80%[23]。同樣，將含有具有抗菌能力的多糖(甲殼胺、殼聚糖)、具有生物活性的環(huán)糊精、脂類負(fù)載在棉纖維上，棉纖維也可以具有這些性能[7]。

此外，Yang 等將熱響應(yīng)聚合物聚(N-異丙基丙烯酰胺) (PNIPAAm) 接枝到棉纖維上，與PNIPAAm 急劇轉(zhuǎn)變不同的是，接枝在棉纖維上后在最低臨界溶解溫度以下顯示出廣闊的溫度轉(zhuǎn)變區(qū)域，開辟了制備刺激反應(yīng)性棉纖維的途徑，為制造新型智能織物提供了可能[24]。將乙二胺(或甲胺)與磷酸二甲酯在經(jīng)高碘酸鈉氧化的棉織物上進(jìn)行表面化學(xué)接枝，可以獲得阻燃棉織物[25]。

圖2 羧化棉與絲素的交聯(lián)反應(yīng)[23]

2.2.2 酸堿處理

纖維素中的β 型糖苷鍵處于酸性條件時(shí)，易發(fā)生水解，致使其聚合度下降，強(qiáng)力下降，最后會水解成葡萄糖，若用硫酸處理，在未完全溶解前，洗掉硫酸可以制備“爛花布”[21]。李瑩等用59.5%的硫酸探究了溫度、溶解時(shí)間、浴比以及振蕩頻率對絲光棉的降解程度的影響，在眾多因素中，溫度對降解程度影響較大[26]。

棉纖維經(jīng)堿液(液氨或氫氧化鈉)處理后，發(fā)生溶脹現(xiàn)象，纖維變圓且層次結(jié)構(gòu)更加明顯，使棉纖維獲得絲一樣的光澤，俗稱“絲光”，有仿絲綢的功效[21]。經(jīng)絲光處理后，會改變纖維素的晶格，經(jīng)液氨處理后纖維素Ⅰ會變成纖維素Ⅲ，而經(jīng)氫氧化鈉處理后，纖維素I 會變成纖維素Ⅱ，可以提高棉纖維對染料的吸附率以及棉織物的收縮率[27]。滿足絲光棉的特征，且絲光鋇值在150 以上，已有相關(guān)企業(yè)可以出具絲光棉的檢測結(jié)果[28]。

2.2.3 纖維金屬化

纖維金屬化主要是利用化學(xué)鍍、電泳沉積或磁控濺射等方式在纖維上沉積金屬層，可使常規(guī)纖維獲得優(yōu)異的導(dǎo)電性以及避免金屬纖維的高密度，可用于電磁防護(hù)、傳感器材料的制備。在工業(yè)實(shí)踐中，化學(xué)鍍是最有前途的在紡織纖維上沉積金屬層的方法，沉積過程是電子從電負(fù)性更強(qiáng)的金屬或還原性物質(zhì)流向沉積的金屬離子，常用的沉積金屬有銀、鎳以及銅[29]。Ali 等對棉織物進(jìn)行表面金屬化處理，先在織物表面沉積銀和銅納米粒子進(jìn)行活化，然后用化學(xué)鍍方法在表面鍍上銅膜，獲得樣品表面電阻為20 Ω，電磁屏蔽效能為75.53 dB 和焦耳加熱溫度可達(dá)83.1℃[30]。此外，先將氧化石墨烯引入棉纖維表面，由于其特殊的二維結(jié)構(gòu)以及表面豐富的含氧基團(tuán)，可提高化學(xué)鍍金屬納米顆粒的效果[31]。

2.2.4 其他

棉纖維改性也可以利用浸涂、噴涂、層層自組裝(LBL)等方式，使棉纖維表面獲得功能性涂層。Ambekar 等利用二乙烯三胺(DETA)與二維六方氮化硼在棉織物表面的強(qiáng)粘接作用，采用簡單的一步溶液浸漬法對棉織物進(jìn)行涂覆，棉織物離開火焰后，立馬自熄[32]。Shang 等制備了新型蓖麻油基硫醇化低聚物(CO-SH)、八乙烯基多面體低聚物倍半硅氧烷和疏水性二氧化硅(H-SiO2)納米顆粒組成的涂層溶液，通過噴霧沉積和紫外誘導(dǎo)的硫醇-烯點(diǎn)擊化學(xué)方法制備了可持續(xù)、強(qiáng)力的超疏水性棉織物，可用于油水分離[33]。Wang 等利用LBL 技術(shù)在棉織物上成功制備了TiO2/g-C3N4功能涂層，在可見光照射下，改性棉織物在25 min 內(nèi)降解了92.5%的RhB，且可去除90%以上的甲苯[34]。

2.3 生物改性

2.3.1 基因改性

基因工程的最新進(jìn)展，包括DNA 標(biāo)記和數(shù)量性狀位點(diǎn)(QTLs)的發(fā)展，以及基因組測序和基因表達(dá)譜，為增加纖維生產(chǎn)和質(zhì)量貢獻(xiàn)了新的方案。通過對蔗糖合成酶基因(SUS)的控制，可以實(shí)現(xiàn)棉纖維產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)改善。在次生胞壁發(fā)育過程中，GhSUSA1 的過表達(dá)通過增強(qiáng)細(xì)胞壁增厚而增加纖維長度和強(qiáng)度，該基因受到抑制會使棉纖維質(zhì)量以及棉鈴大小下降[35]。不僅如此，彩色棉的生產(chǎn)與基因改性息息相關(guān)。彩色棉中的色素與類黃酮物質(zhì)合成路徑有關(guān)，類黃酮代謝路徑中調(diào)節(jié)花青素的基因分為結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)變化與天然彩色棉纖維色素的含量具有極其密切的相關(guān)性，從而影響棉纖維色澤的呈現(xiàn)[36]。

2.3.2 酶改性

酶改性主要利用酶的專一性，對棉纖維的特定組成成分進(jìn)行處理，從而改善它的性能。棉纖維改性常用的生物酶有淀粉酶、纖維素酶、果膠酶以及生物水解酶，其中淀粉酶可以使棉織物高效退漿，纖維素酶處理可以使纖維更柔軟，果膠酶處理可以提高纖維吸濕性，生物水解酶可以增強(qiáng)棉織物的抗皺性[7]。然而，酶的使用對環(huán)境要求較高，使用環(huán)境的溫度、pH 值不當(dāng)會使酶失活。

3 棉纖維制品功能化發(fā)展

3.1 棉纖維制品阻燃整理

棉纖維是易燃纖維之一，其LOI 約為18%，燃燒溫度可達(dá)360℃～425℃，一旦被點(diǎn)燃，火焰迅速蔓延，有可能在15s 內(nèi)導(dǎo)致致命的燒傷，給人類的財(cái)產(chǎn)和生命帶來極大的威脅，故研究棉纖維阻燃整理對生產(chǎn)生活意義深遠(yuǎn)[37-38]。為使棉纖維具有阻燃性，最常見的方法就是負(fù)載阻燃劑，改變其分解溫度，防止可燃性揮發(fā)物的形成，促進(jìn)碳的形成[39]。

3.1.1 鹵系阻燃整理

早期棉的阻燃劑使用的是鹵系阻燃劑，如三(2-氯乙基)磷酸鹽、三(1，3-二氯異丙基)磷酸鹽、丙烯酸五溴芐酯、三(1-氯-2-丙基)磷酸鹽等，其阻燃效果良好[40]。然而，鹵系阻燃劑被證明對于環(huán)境以及人體有害，燃燒時(shí)釋放的煙霧和氣體含有致癌物質(zhì)以及有腐蝕性化合物，會干擾內(nèi)分泌并可能導(dǎo)致肝臟、甲狀腺和神經(jīng)發(fā)育毒性，且它們在環(huán)境中持續(xù)存在并在生物體中積累，這極大限制了鹵系阻燃劑的使用[38]。在2003 年，歐盟和美國明令禁止生產(chǎn)多溴聯(lián)苯醚(PBDEs) 和多溴聯(lián)苯(PBB)兩大類產(chǎn)品，因此各種無鹵阻燃劑在棉纖維上的使用成為研究熱點(diǎn)[41]。

3.1.2 含磷、氮、硅合成物阻燃整理

硅、氮、磷是阻燃劑中最常存在的元素，含硅阻燃劑在聚合物表面燃燒時(shí)往往能形成絕緣層，從而有效地阻礙氧氣、熱量和質(zhì)量的傳遞，降低聚合物的可燃性；含磷元素阻燃劑可以經(jīng)過脫水和碳化形成保護(hù)性碳層，從而有效降低聚合物的可燃性；含氮阻燃劑可以在物質(zhì)分解過程中吸收熱量，產(chǎn)生大量不可燃?xì)怏w，降低可燃物濃度[40]。Liu 等制備了一種含磷、硅、氮元素的無機(jī)有機(jī)雜化涂層(PPDPTES)，棉織物浸于PPD-PTES 溶液中30min，當(dāng)火源移除后，火焰立即熄滅，只留下一小塊燒焦區(qū)域[42]。Wang 等利用層層自組裝在共混棉滌織物上構(gòu)建了一種新型納米涂層，該涂層含有來自聚磷酸銨和膠體SiO2的磷、氮和硅三種元素，涂層織物的火焰蔓延較慢，續(xù)焰時(shí)間較長，測試后保留了大量的炭渣，隨著納米涂層重量從5.1wt%增加到15.5wt%，所有樣品都能實(shí)現(xiàn)自熄，最終損壞長度短至151±2 mm[43]。

3.1.3 生物質(zhì)材料阻燃整理

隨著人們對環(huán)境可持續(xù)性的關(guān)注，越來越多的生物質(zhì)材料，如殼聚糖[44]、植酸[45]、核酸[46]、海藻酸鹽[47]等被研究者用作阻燃劑，這些阻燃劑同樣可以用于棉纖維制品的阻燃整理。

殼聚糖是由甲殼素脫乙?；苌鴣淼模且环N有效的膨脹型阻燃劑，殼聚糖不僅由于多羥基結(jié)構(gòu)被用作碳源，還由于氮元素的存在使殼聚糖降解時(shí)釋放出氨氣被用作氣源[40，48]。用殼聚糖處理棉織物，經(jīng)垂直燃燒試驗(yàn)后，其能保留一定殘?zhí)苛?，且殘?zhí)咳猿尸F(xiàn)出完整的纖維結(jié)構(gòu)和形態(tài)，同時(shí)棉纖維的LOI 經(jīng)殼聚糖處理后由18%提高到21%[44]。植酸主要是從植物種子中提取一種天然磷系化合物，一個(gè)植酸分子包含六個(gè)磷酸分子，磷含量高達(dá)28%，可作為含磷阻燃劑[49]。用植酸處理后的棉織物，經(jīng)垂直燃燒試驗(yàn)后，余焰和余輝時(shí)間均為0 s，火焰均可自滅，極限氧指數(shù)提高到29%，但植酸的酸性會對棉纖維的力學(xué)性能有所損傷，因此將植酸與其他物質(zhì)復(fù)合協(xié)同改善棉纖維制品阻燃性或合成植酸衍生物阻燃的研究相繼出現(xiàn)[44]。Zhang 等以殼聚糖、植酸為阻燃體系，金屬離子為增效劑，通過簡便的浸漬-烘干工藝，在棉織物上實(shí)現(xiàn)高效阻燃[48]。首先，金屬離子作為脫氫反應(yīng)的催化劑催化炭的形成，可以阻止熱量和氧氣的傳遞，且釋放的水可以稀釋可燃?xì)怏w的濃度，并帶走部分熱量。其次，金屬離子作為催化劑，將聚合物交聯(lián)，形成更高質(zhì)量的炭層，能起到更有效的阻隔作用。第三，金屬離子有利于釋放大量非燃燒氣體，如H2O 等(圖3)。類似的，將殼聚糖添加到植酸鈉和3-氨基丙基三乙氧基硅烷涂層棉織物中，通過逐層組裝也可以進(jìn)一步改善棉織物阻燃性[50]。Feng 等用植酸和尿素合成了植酸銨，其是一種半耐久性阻燃劑，經(jīng)植酸銨處理的棉織物L(fēng)OI 值高達(dá)43.2%，洗滌30 次后LOI 值可保持在30.5%左右[38]。

圖3 棉纖維阻燃機(jī)理圖[48]

海藻酸鈉是由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古洛糖醛酸(G)殘基以不同比例的GG、MG 和MM塊排列而成的藻類提取物[51]。金屬離子，如Ba2＋、Zn2＋、Mn2＋、Ni2＋、Ca2＋、Co2＋、Fe3＋以及Al3＋，能交聯(lián)海藻酸鈉制備阻燃薄膜或纖維[52]。Pan 等首次利用帶正電荷的聚乙烯亞胺和帶負(fù)電荷的海藻酸鹽，再用鋇離子、鎳離子和鈷離子交聯(lián)制備改性棉織物[47]。經(jīng)不同金屬離子交聯(lián)海藻鹽燃燒后，均有不同程度殘?zhí)?，且鋇離子交聯(lián)海藻酸鹽處理棉織物的殘?zhí)孔顬橥暾?，與未處理棉織物相比，火焰的蔓延速率降低了28%，說明海藻酸鋇具有極好的保護(hù)棉織物機(jī)體的能力。最近，Wang 等將棉纖維與海藻酸鹽以不同比例進(jìn)行混紡，海藻酸鹽纖維提高了棉纖維在較高溫度下的熱穩(wěn)定性，表現(xiàn)為殘?zhí)亢康脑黾?，且海藻酸鹽纖維的加入明顯降低了纖維的熱釋放效率(HRR)、二氧化碳釋放量(CO2P)、煙氣產(chǎn)生率(SPR)[53]。

蛋白質(zhì)具有潛在的阻燃特性，特別是分別含有磷和硫元素的酪蛋白和疏水蛋白，已經(jīng)顯示出作為纖維素基質(zhì)阻燃體系的巨大潛力。Bosco 等證實(shí)了蛋白質(zhì)可實(shí)現(xiàn)棉織物的均勻覆蓋，并增強(qiáng)其阻燃性[54]。隨后，他們又探究了DNA 作為棉纖維阻燃劑的潛在應(yīng)用。DNA 具有能夠產(chǎn)生磷酸的磷酸基團(tuán)，脫氧核糖單位作為碳源和發(fā)泡劑(加熱多糖脫水形成炭和釋放水)和含氮的堿基(鳥嘌呤，腺嘌呤，胸腺嘧啶和胞嘧啶)可能釋放氨，因此DNA 處理棉織物在水平燃燒實(shí)驗(yàn)中可保持3s 不燃燒[55]。當(dāng)DNA 添加量為10wt%，棉花可實(shí)現(xiàn)自熄，當(dāng)DNA添加量為19wt%，能使棉織物對35kw/m2的輻射熱流產(chǎn)生抗性，可以大幅度降低熱釋放速率[56]。為增加棉纖維上DNA 的附著量，可對棉纖維織物進(jìn)行檸檬酸(CA)處理，以增加羧基含量，從而提高對DNA 的吸附[57]。然而，DNA 通常在分子生物學(xué)中用于分析，數(shù)量很少，價(jià)格非常昂貴，用DNA 制備阻燃棉織物很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

3.1.4 碳材料阻燃整理

近年來，石墨烯及其衍生物在多個(gè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，包括阻燃改性處理。石墨烯及其衍生物主要阻燃機(jī)理如下[58]:首先，石墨烯及其衍生物擁有特殊的二維層狀結(jié)構(gòu)，分解時(shí)可促進(jìn)密集連續(xù)炭層的形成。焦炭可以作為一個(gè)物理屏障，防止熱量從熱源傳遞。石墨烯及其衍生物的碳骨架具有極高的熱穩(wěn)定性，可以作為炭的模板，通過所謂的“迷宮效應(yīng)”增加氣態(tài)和凝聚態(tài)之間的熱量和質(zhì)量交換路徑。其次，石墨烯和氧化石墨烯比表面積大，能有效吸附可燃有機(jī)揮發(fā)成分或阻礙其在燃燒過程中的釋放和擴(kuò)散。Khose 等以磷和氧化石墨烯為原料，通過水熱制備了功能化阻燃石墨烯量子點(diǎn)(FR-GQD)，將其涂覆棉布后，棉布仍保持原有的顏色[59]。在燃燒測試中，F(xiàn)R-GQD 涂層布最初產(chǎn)生的煙霧很少，此后在超過300 s 的時(shí)間內(nèi)沒有著火，并保持了最初的形狀。通過熱流試驗(yàn)(～50 kW/cm2)和紊流預(yù)混火焰試驗(yàn)(～1400 ℃)，確定了FR-GQD 涂層布不具有復(fù)燃能力。更重要的是，氧化石墨烯帶負(fù)電荷，易于與其他阻燃劑進(jìn)行層層自組裝協(xié)同阻燃。Zeng 等利用層層自組裝將聚磷酸銨(APP)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、海藻酸鈉(SA)以及氧化石墨烯(GO)等多元化合物涂覆棉織物，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)自熄、抗菌、抗靜電等性能[60]。同樣的，氧化石墨烯與含二硫基團(tuán)的線型聚氨基胺(SS -PAAs)[61]、酪蛋白(CA)[62]以及磷酸鹽阻燃劑(PFR)[63]可以協(xié)同增強(qiáng)棉纖維阻燃效果。

碳納米管也具備阻燃效果，但是其與紡織品之間缺乏相容性和結(jié)合力，限制了它在紡織工業(yè)中的應(yīng)用[64]。Gashti 等首次利用乙烯基膦酸單體作為棉纖維和碳納米管之間的橋梁，碳納米管起熱隔絕的作用且增加棉纖維的導(dǎo)熱系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)棉纖維的高效阻燃整理[65]。?ukawski 等探究木質(zhì)素/碳納米管/碳酸鉀復(fù)合涂層對棉粗紗的阻燃效果的影響，經(jīng)涂層處理后棉粗紗的LOI 達(dá)到了38.5%，總熱釋放量(THR)和有效燃燒熱(EHC)分別降至1.9 MJ/m2和7.2 MJ/kg[66]。

3.1.5 金屬氧化物或金屬氫氧化物阻燃整理

金屬氧化物如二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)既可以作為輔助催化劑提高阻燃性能也可以直接作為阻燃劑。Poon 以Pyrovatex CP New 為阻燃劑，三聚氰胺樹脂為交聯(lián)劑，磷酸和TiO2為輔助催化劑制備了阻燃棉織物[67]。TiO2作為協(xié)同催化劑，提高了交聯(lián)反應(yīng)效率，阻燃性能得到了改善，且在傳統(tǒng)阻燃劑配方中加入TiO2可以降低織物撕裂強(qiáng)度的損失以及對白度沒有較大的負(fù)面影響。Wang 等在棉纖維表面生長或吸附ZnO 和ZnO/ZnS 的納米球或納米棒，相較于未改性的棉纖維，放熱速率分別由118 kW/m2降低到70.0 kW/m2，總煙氣釋放量18.3 m2/m2降至約6.00 m2/m2[68]。

Mao 等用檸檬酸處理棉織物，在其表面引入羧基吸附Mg(OH)2種子，然后通過二次生長的方法在結(jié)構(gòu)表面形成片狀Mg(OH)2晶膜[69]。Mg(OH)2燃燒時(shí)分解成MgO 和H2O，伴隨著熱量的吸收，大量Mg(OH)2分解過程中釋放的H2O 降低了棉織物周圍O2和可燃?xì)怏w的濃度，使表面燃燒更難進(jìn)行，并降低了纖維素的熱解速度。

3.2 棉纖維制品抗菌整理

3.2.1 天然抗菌劑

通過提取、分離和純化動植物以及微生物體內(nèi)的某些化學(xué)成分，可用于棉纖維制品抗菌整理。Ketema 等從蕁麻葉中提取抗菌物質(zhì)，用檸檬酸交聯(lián)在棉織物上，可以殺死超過99.75%的細(xì)菌[70]。殼聚糖是從動物中提取的抗菌物質(zhì)，其抗菌機(jī)理來自于以下兩方面:一是正電荷的-NH3＋能吸附在細(xì)胞表面，破壞細(xì)胞壁；二是其滲透到細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)胞內(nèi)陰離子物質(zhì)結(jié)合，使細(xì)胞失活[71]。將殼聚糖涂覆在植酸改性過的棉織物上，對大腸桿菌的抗菌效果由82.50%提高到99.83%[44]。這種利用天然抗菌物質(zhì)改性的棉纖維制品具有綠色、安全、來源廣泛等優(yōu)勢，存在的問題主要是提取過程復(fù)雜，抗菌效果維持時(shí)效較短[72]。

3.2.2 無機(jī)抗菌劑

目前應(yīng)用最多的無機(jī)類抗菌物質(zhì)是金屬、金屬氧化物和金屬氫氧化物，這類抗菌物質(zhì)抗菌效果維持時(shí)效長。在眾多金屬中，銀的抗菌效果良好，因此有很多學(xué)者將棉織物上涂覆銀納米顆粒，制備抗菌棉織物。Barani 等制備了Ag 納米顆粒涂覆棉織物，證實(shí)了Ag 顆粒尺寸越小，抗菌效果越強(qiáng)，該織物對大腸桿菌的抑菌效果比對金黃色葡萄球菌的抑菌效果更強(qiáng)[73]。金屬氧化物ZnO 涂覆棉織物同樣具備抗菌效果，是因?yàn)閹д姾傻腪nO 極易穿透帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞壁，這種滲透會造成細(xì)胞膜的損傷，造成液體泄漏，致使細(xì)胞死亡[74]。Seth 等將半晶型α-Ni(OH)2納米片涂覆在棉織物上，研究表明該織物在1 h 內(nèi)對大腸桿菌細(xì)菌菌落抗菌率約為97%，在4h 后對金黃色葡萄球菌的菌落抗菌率達(dá)到100%[75]。

3.2.3 有機(jī)抗菌劑

有機(jī)類抗菌物質(zhì)具有殺菌作用持續(xù)效果長以及殺菌速度快等優(yōu)勢，目前常用在棉纖維制品上的有機(jī)抗菌物質(zhì)有季銨鹽類、胍類以及鹵胺類。經(jīng)季銨鹽大分子處理的棉織物，可以產(chǎn)生活性氧，破壞細(xì)胞膜的完整性，損害細(xì)菌細(xì)胞正常呼吸功能，直接殺滅細(xì)菌[76]。然而，陽離子抗菌劑季銨鹽遇到陰離子添加劑或聚合物時(shí)會失活，因此將季銨鹽與其他抗菌物質(zhì)結(jié)合共同用于棉纖維制品抗菌功能化整理的研究逐漸增多。Han 等將季銨鹽和鹵胺結(jié)合在棉織物上制備了協(xié)同抗菌涂層，織物抗菌性能得到明顯改善，且在陰離子清洗劑的作用下機(jī)械清洗50 次后，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌作用仍超過95%[77]。胍類有機(jī)抗菌劑具備毒性較小、耐高溫、作用周期長、抗菌效果顯著等優(yōu)勢[78]。Wang 等將聚六亞甲基雙胍(PHMB)涂覆在棉織物上，由于PHMB 可與溴酚藍(lán)(BPB)在室溫下形成穩(wěn)定的水不溶性藍(lán)絡(luò)合物鹽，因此可以在制備抗菌棉織物的同時(shí)進(jìn)行染色，染色后抗菌效果僅有輕微下降[79]。然而，這些有機(jī)抗菌劑也存在著缺陷，如季銨鹽類抗菌劑對真菌、細(xì)菌芽孢作用有限，某些鹵胺對紫外線敏感，光照使會使織物變黃，胍類易使微生物產(chǎn)生耐藥性等[80]。

3.3 棉纖維制品疏水整理

超疏水表面一般是指水接觸角(CA)大于150°和滑動角(SA)低于10°的表面，制備超疏水表面是延長棉纖維制品壽命，保證其在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定性的有效途徑。此外，它還能賦予棉纖維足夠的自清潔能力。一般來說，棉纖維制品超疏水表面的制備方法有兩種:在其表面構(gòu)建微/納米粗糙結(jié)構(gòu)，或在粗糙結(jié)構(gòu)表面沉積低表面能的物質(zhì)[81]。按照所含物質(zhì)的不同將棉纖維制品疏水整理大致分為含氟超疏水和無氟超疏水表面兩類。

3.3.1 含氟超疏水表面

據(jù)報(bào)道，表面富含CF3基團(tuán)氟化物可將表面張力降低至約6.7 mN/m[82]。氟化烷基硅烷，由于其特殊的氟原子供應(yīng)，尤其是長鏈烷基全氟辛基三氯硅烷(PFOS)、十二烷基或十八烷基三氯硅烷(ODTS)以及長鏈全氟烷基三乙氧基硅烷(PFAS)等，可顯著降低碳原子表面自由能(SFE)。Li 等采用(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷(APTMS)修飾SrAl2O4:Eu2＋、Dy3＋粒子、SU8 和氟化烷基硅烷(FAS)在棉織物上制備了一種超疏水性和發(fā)光雙重功能涂層，該織物的接觸角大約為160°[83]。Xu等合成了一種雙嵌段共聚物，聚[(甲基丙烯酸甲酯)-b-(甲基丙烯酸三氟乙酯)](PMMA-b-PTFMA)，并用丙酮溶液進(jìn)行霧處理，在棉織物表面制造了一層可自愈的超疏水層，水接觸角在160°以上[84]。還有學(xué)者合成甲基丙烯酸六氟丁酯嵌段聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(HFBMA-b-PGMAs，F(xiàn)PGs)，并應(yīng)用于疏水性棉織物的制備，其優(yōu)異的疏水性主要來源于PGMA 塊體在棉纖維中起錨定作用，HFBMA 塊體具有較低的表面自由能且在棉纖維表面形成了納米和微尺度的粗糙結(jié)構(gòu)[85]。雖然，含氟類物質(zhì)對棉織物超疏水改性后性能優(yōu)異，但含氟類化合物通常而言成本高昂，因此目前大多數(shù)研究投身于成本低廉、具有環(huán)境友好型的無氟超疏水表面構(gòu)造。

3.3.2 無氟超疏水表面

目前基于棉纖維制品的無氟超疏水表面的研究，主要基于低表面能的無氟硅烷類物質(zhì)，但是由于單獨(dú)的無氟硅烷類物質(zhì)的表面能要比氟化物的表面能要高，因此要與其他物質(zhì)復(fù)合或改性。Gao等用聚多巴胺作為粘合劑在棉織物上先涂覆銀納米顆粒，然后再涂上聚二甲基硅氧烷，棉織物涂覆銀納米顆粒后，疏水角達(dá)到僅有120°，經(jīng)聚二甲基硅氧烷處理后疏水角可達(dá)到154°[81]。Agrawal 等利用氨基丙基三甲氧基硅烷(APTES)作為交聯(lián)劑，將ZnO 顆粒固定在原始棉織物上，再負(fù)載另外一種疏水性物質(zhì)十六烷基三甲氧基硅烷進(jìn)行改性，這種雙硅烷化方法使織物的疏水角達(dá)到154°，抗菌活性高達(dá)98%，阻隔紫外線能力是純棉的200 多倍[86]。此外，Nguyen-Tri 先將棉織物用堿和等離子體蝕刻處理，然后加入二氧化硅納米粒子和正硅酸四乙酯(TEOS)，采用不同的輸入變量和蝕刻技術(shù)，成功地制備了具有高化學(xué)耐久性和機(jī)械耐久性的超疏水棉織物，其接觸角可達(dá)173°[87]。未來的棉纖維制品超疏水表面的構(gòu)建將立足于無氟化、成本低、自修復(fù)、機(jī)械耐久性強(qiáng)等方面[88]。

3.4 棉纖維制品抗紫外整理

由于臭氧層耗竭導(dǎo)致的過量紫外線照射，對人體健康有潛在的損傷(紅斑、光老化甚至是皮膚癌)，紫外線防護(hù)服裝的需求正在迅速增長，正因?yàn)槿绱?，棉纖維制品的抗紫外整理意義深遠(yuǎn)?？棺贤饩€原理是將具有抗紫外性能的物質(zhì)負(fù)載在纖維制品上，當(dāng)纖維制品受到紫外線輻射時(shí)，絕大多數(shù)紫外線被纖維表面的抗紫外涂層反射或吸收，僅少數(shù)穿過纖維制品。

3.4.1 金屬及金屬氧化物

銀納米顆粒可以吸收局域表面等離子體共振光子，因此銀負(fù)載棉織物可以獲得紫外防護(hù)性能。Barani 等以不同的反應(yīng)溫度在棉織物上負(fù)載銀納米顆粒，結(jié)果表明，只有在120℃以上獲得的樣品才有較好的紫外防護(hù)性能(UPF＞50)，且抗紫外線效果隨納米銀含量的增加而提高[73]。然而，與銀納米顆粒相比，TiO2和ZnO 在織物改性中更容易獲得且經(jīng)濟(jì)[89]。

TiO2具有通過高折射率折射和/或散射大部分入射紫外線的能力，且TiO2無毒、成本低廉、來源廣泛，因此將TiO2固定在棉纖維制品上可以獲得理想的紫外線防護(hù)材料[90]。Pakdel 等將空心玻璃微珠(HGM)改性的棉織物表面涂覆一層薄薄的TiO2，可以使棉織物的 UPF 水平從 84 提高到196.55[91]。將TiO2和Cu2O 同時(shí)引入棉織物可以協(xié)同增強(qiáng)織物的抗紫外效果，當(dāng)Cu2O 負(fù)載量為9%，TiO2負(fù)載量為10%，改性后的棉織物的UPF 是原始棉織物的2.22 倍[92]。

ZnO 是一種帶隙寬(3.37 eV)的n 型半導(dǎo)體，具有無毒、生物安全、高溫和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，目前用ZnO 用作抗紫外劑的研究也很多[93]。經(jīng)ZnO 功能化的棉織物，即使經(jīng)過20 次洗滌，也表現(xiàn)出優(yōu)異的防紫外線性能，所得織物可用于戶外工作人員的防曬安全作業(yè)[94]。Noorian 先用PABA作為抗紫外線劑處理預(yù)處理后的棉織物，再采用聲化學(xué)的方法在PABA 氧化棉織物上原位合成納米ZnO，PABA 有益于ZnO 的形成并協(xié)同提高了ZnO的抗紫外線性能[89]。Ag/ZnO[95]、Ag/ZnO/Cu[96]、葉酸/ZnO/Cu2O[97]、ZnO/SiO2[98]等也可以協(xié)同改善棉織物的抗紫外線性能。

3.4.2 石墨烯/碳納米管

具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯可以通過吸收和反射兩種方式起到抗紫外的作用，波長小于281nm 的紫外線會被吸收，波長大于281nm 的紫外線被反射[99]。將石墨烯用水溶性聚氨酯(WPU)粘附在棉織物上，改性棉織物具有超強(qiáng)的紫外線防護(hù)能力，僅在加入0.4 wt%的石墨烯納米片后，UPF 可增加10 倍左右(從32.71 增加到356.74)[100]。石墨烯片上親水性基團(tuán)較少，故石墨烯的水溶性較差，作為石墨烯的衍生物氧化石墨烯(GO)在水溶液中易于均勻分散，得益于其表面含有大量的含氧官能團(tuán)(-OH，C-O 和C ＝O)，故加工到織物上較為容易，并通過化學(xué)或熱處理等方法還原為還原性氧化石墨烯，以實(shí)現(xiàn)功能性應(yīng)用[101]。同樣的，可以用WPU 提高氧化石墨烯與織物表面的附著力以及增加氧化石墨烯的負(fù)載量，特別的1.2% GO/WPU 復(fù)合棉織物UPF 值高達(dá)757，比原始棉織物高出98 倍[102]。除此之外，為增加氧化石墨烯與棉纖維制品表面的結(jié)合力，可用聚多巴胺(PDA)、聚乙烯亞胺(PEI)、硅烷偶聯(lián)劑(KH550)和牛血清白蛋白(BSA)對棉纖維進(jìn)行預(yù)處理[99]。

碳納米管改性棉織物可使其UPF 值上升到357，碳納米管對棉織物的抗紫外線作用機(jī)理主要是碳顆粒相互接觸形成一條導(dǎo)電路徑，電子流可以通過織物，碳粒子產(chǎn)生的能量將紫外線誘導(dǎo)為松散電流能量，然后轉(zhuǎn)化為熱能消耗，導(dǎo)致紫外線被吸收且減弱[103]。

3.5 棉纖維制品導(dǎo)電整理

導(dǎo)電紡織品在柔性可穿戴電子器件、傳感器、電磁屏蔽、超級電容器和電加熱等領(lǐng)域的新穎應(yīng)用，使其成為研究熱點(diǎn)。棉纖維制品進(jìn)行導(dǎo)電整理主要是運(yùn)用金屬納米粒子(銅、銀、鋁或鎳)以及金屬納米線(銀納米線)、碳材料(石墨烯或碳納米管)和導(dǎo)電聚合物(如聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩)以及MXene[30]。

3.5.1 金屬納米粒子/金屬納米線

金屬因其高導(dǎo)電性而被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電棉纖維制品的制備，尤其是銀納米顆粒或者銀納米線。Zhao 等采用PDA 沉積、化學(xué)鍍銀和NDM 自組裝的方法制備了一種具有高導(dǎo)電性、優(yōu)異抗菌活性和超疏水性的多功能棉織物，經(jīng)改性后棉織物的電阻率為10.2 Ω·cm[104]。銀納米線(AgNWs)具有大縱橫比、高導(dǎo)電性和良好的機(jī)械柔韌性。Zhang 等以棉織物作為基材，采用層層自組裝技術(shù)在其表面沉積植酸層和AgNWs，隨著AgNWs 含量的增加，形成一層有效的導(dǎo)電金屬屏蔽層，實(shí)現(xiàn)了2416.46 S/m 的高導(dǎo)電性和在X 波段的頻率范圍內(nèi)32.98 dB的電磁屏蔽效果[105]。不論是銀納米顆粒還是銀納米線價(jià)格都十分高昂，在對導(dǎo)電性要求不太高的情況下，也可以用鎳、銅等金屬進(jìn)行替代。將鎳涂覆在棉織物上的電導(dǎo)率高達(dá)2182 S/m，該織物運(yùn)用于可穿戴應(yīng)變傳感器，可以用來檢測手指彎曲，胳膊和腿的運(yùn)動情況[106]。金屬納米粒子或者金屬納米線制備導(dǎo)電棉纖維制品時(shí)，由于金屬易于氧化，導(dǎo)電性能會有所下降。

3.5.2 碳材料

在眾多導(dǎo)電物質(zhì)中，碳材料如石墨烯、碳納米管，本身具有輕質(zhì)、高導(dǎo)電性而被認(rèn)為是導(dǎo)電纖維制備的最理想的參與者。將銀粉與活性炭(AC)、石墨烯、碳納米管(CNTs)等多種碳源混合在紡織油墨里，可以制備出具有優(yōu)良彎曲性能的棉紡導(dǎo)電電極，當(dāng)0.3 g Ag 和0.15 g AC 加入時(shí)，掃描速率為5 mV/s 和10 mV/s 時(shí)，面積比電容分別達(dá)到3288 和2695 mF/cm2(0.3 Ag AC-0.15)[107]。石墨烯和碳納米管表面缺乏含氧官能團(tuán)，不易與棉纖維制品結(jié)合，一般存在結(jié)合牢度差或需要粘結(jié)物質(zhì)等缺點(diǎn)，為解決這一問題，可使用酸化碳納米管或采用氧化石墨烯[108]。Zhou 等使用兩種不同尺寸的氧化石墨烯(GO)染色織物，經(jīng)水合肼還原，制備了導(dǎo)電棉織物，經(jīng)過20 次洗滌，2000 次摩擦，1000次彎曲，織物的電導(dǎo)率保持率分別為86%、55%和99%[109]。

3.5.3 導(dǎo)電聚合物

導(dǎo)電聚合物具有高度Π 共軛的聚合物鏈，聚苯胺(PANI，0.01 S cm-1～5 S cm-1)、聚吡咯(PPy，0.3 S cm-1～100 S cm-1)、聚乙炔(PA，3 S cm-1～1000 S cm-1) 等都是典型的導(dǎo)電聚合物[110]。Alamer 等用DMSO 改善了PEDOT:PSS 的導(dǎo)電性，將21.7wt%的PEDOT:PSS 涂覆在棉織物，棉織物的方塊電阻為1.58 Ω/sq，通過導(dǎo)電棉纖維的最大電流是通過銅金屬的十五分之一，但銅的密度是導(dǎo)電棉織物密度的31 倍，因此制備的導(dǎo)電棉織物具有低電阻、大電流、低密度和低成本等優(yōu)勢[111]。將聚吡咯涂覆到棉織物上，聚吡咯/棉織物的電阻率大幅度下降為0.37Ω·cm，在施加5V 電壓下，聚吡咯/棉織物的溫度在3min 內(nèi)從室溫快速上升到168.3℃的穩(wěn)態(tài)最高溫度，且其抗拉強(qiáng)度達(dá)到58MPa[112]。同樣的，將聚苯胺與銀納米顆粒涂覆到棉織物，也能制備具有優(yōu)異導(dǎo)電性的棉纖維制品[113]。存在的問題之一是在棉纖維制品表面沉積的導(dǎo)電聚合物結(jié)合牢度差，可以利用等離子體刻蝕、微波等對棉纖維制品進(jìn)行預(yù)處理以改善[114]。

3.5.4 MXene

MXene 是一類具有二維層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物，它擁有金屬導(dǎo)電性、良好的親水性、獨(dú)特的電子、等離激元、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，已被用作超級電容器、Li 和Na 離子電池、電化學(xué)傳感器、電磁屏蔽和電磁波吸收、電催化材料等[115]。將77wt%的MXene 負(fù)載在棉紗線上，紗線的電導(dǎo)率可達(dá)440 S cm-1，作為電極時(shí)在2mV s-1時(shí)的比電容為759.5 mF cm-1，作為傳感器時(shí)具有高靈敏度(測量系數(shù)為6.02)、可壓縮20%的寬感知范圍和極佳的循環(huán)穩(wěn)定性(在14%壓縮應(yīng)變下可循環(huán)2000 次)[116]。同樣的，MXene 負(fù)載棉織物由于其良好的導(dǎo)電性，可用作焦耳加熱材料[117]。用MXene 制備導(dǎo)電棉纖維制品時(shí)，還存在以下幾個(gè)問題，第一，MXene 的制備復(fù)雜，且某些制備方法對環(huán)境和人體有害；第二，MXene 在環(huán)境中不穩(wěn)定易于發(fā)生氧化，致使其導(dǎo)電性下降，一般需要在MXene 涂層表面再涂覆一層疏水性涂層。

3.6 棉纖維制品光催化整理

TiO2和ZnO 受到紫外或高于其帶隙能量照射下會使自由電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴，自由傳導(dǎo)電子、粒子表面或價(jià)帶空穴上的捕獲電子與周圍分子，特別是與H2O 和O2反應(yīng)會產(chǎn)生活性物質(zhì)(·OH、.O2-等)，這些物質(zhì)是光催化過程的引發(fā)劑[90]。據(jù)報(bào)道，將TiO2包覆在棉纖維上，在紫外光照射3.5h 后，可以降解70%的R6G[118]。然而TiO2和ZnO 的光催化性能受到兩方面的限制，第一由紫外光激發(fā)，所需能量較高，另外光生電子空穴對容易迅速重組，導(dǎo)致其活性大幅度衰減，從這兩方面提高TiO2和ZnO 光催化性能的研究日益增多。S.Boufi 等采用低溫?zé)o水溶膠-凝膠路線和AgBr 水懸浮液，成功地研制了TiO2-Ag-AgBr功能化棉織物，在氙燈照射下，90min 可使RB 完全脫色[119]。將棉織物利用輻射誘導(dǎo)MAPS 接枝聚合改性，然后同時(shí)進(jìn)行ZnO 原位生成和Ag 納米顆粒負(fù)載，在氙燈照射下，僅在25min 內(nèi)對MB(5mg/L)的降解率高達(dá)98%[120]。

除此之外，也出現(xiàn)了鉍基光催化劑用于棉纖維制品光催化整理的報(bào)道。Qin 等用離子液體(AMIMCL)溶解棉纖維，加入光催化劑鎢酸鉍(Bi2WO6)制備了WCF/BWO 復(fù)合氣凝膠薄膜，Bi2WO6濃度為1.5%時(shí)，在可見光照射180 min 后，R對hB 和MB 的去除率分別為93.73%和97.04%，4次降解后對MB 的降解率仍達(dá)到89%，對廢水處理有潛在的應(yīng)用前景[121]。

4 結(jié)束語

棉纖維作為最大宗的天然纖維，柔軟舒適又價(jià)格低廉，且對其改性處理相對容易，改性后的棉纖維除改善自身缺點(diǎn)外又可賦予其新的性能。因此，棉纖維除應(yīng)用到紡織服裝領(lǐng)域，已經(jīng)逐漸滲透到各個(gè)高值化領(lǐng)域，如光催化、電磁防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等。棉纖維制品的功能化研究熱點(diǎn)主要有棉纖維阻燃、超疏水、導(dǎo)電、抗菌、光催化以及抗紫外整理。在科技高速發(fā)展以及人類需求不斷提高的前提下，棉纖維改性方式、棉纖維制品的功能化整理以及功能化棉纖維制品的產(chǎn)業(yè)化還將進(jìn)一步推進(jìn)。