稀土,不是土,而是因为富含众多稀有元素且分离困难,加之所获得的氧化物难以熔化也难溶于水,外观又形似土壤,故被称之为稀土。
稀土元素是元素周期表中第三类副族中的钪、钇和镧系元素的总称,共包含17种金属元素。这17种元素是:钪Sc、钇Y和镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Cd、铽Tb、镝Dv、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。
稀土用途广泛,不仅是很多高科技产品的基础性必需原料,也是很多普通工业产品宝贵的原、辅材料。
稀土由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。美军在冷战后几次局部战争中获得压倒性控制和优势,主要得益于稀土科技领域的技术。因此,稀土既有工业“黄金”的美誉,也有工业“纤维素”之美称。
今天,简要说一说稀土在我们纺织染整工程和纺织化学品领域的使用与作用。
稀土(镧系)元素化合物作为纺织化学品(纺织助剂或是纺织助剂的添加组分),在纺织染整工程中有着广泛的应用,目前已用于羊毛、亚麻、纯棉、真丝、粘胶、人造棉、腈纶等各种天然纤维及化纤等制品的加工。
稀土在纺织工程前处理、染色、后整理方面的作用简介如下:
一、前处理工程中的应用
织物在前处理过程中.处理液中加人适量稀土元素,其用量在不高于一定浓度时,会使织物白度增加、毛效提高和强力增强.
1、提高织物白度
稀土元素之所以能提高织物白度,原因在于两个方面:一是它对织物的漂白反应具有活性催化作用,具体表现为它活化纤维上的有色物质,降低漂白反应活化能,使漂白反应过程更加容易。二是稀土元素本身的最大吸收波(长580 nm),具有对黄光进行选择吸收的能力,从而增强织物白度提高。
2、提高织物毛效
稀土离子具有类似染色载体的功效,它能使纤维膨化、结构松弛,从而增强纤维吸湿能力。另外,稀土具有螯合分散性能,对纤维上杂质具有活化及络合功效,能使纤维杂质更易络合分散于处理液而被净洗.二者结合,从而提高了织物的毛细效应。
3、 提高织物强力
稀土元素具有强络合作用.其进人纤维的无定形区,借助配价键、共价键形成络合物,从而起一种交联保护的作用.使织物的强力得以提高。
二、在染色方面的应用
稀土具有反复吸收光能和释放长波的功能,因此它具有染色载体的膨化助染和染色增深增艳功效。所以,稀土是染色工程中的的优良纺织化学品。尤其添加在各类酸性染料中,可以提高上染率和染色牢度、还能改善纤维的色泽、外观质量及手感柔软度、从而节约染料,减少环境污染。
目前稀土染色助剂多是以高分子稀土络合物、稀土氧化物或稀土盐为主要成分的多组分、多功能染色助剂。此类染色助剂适应性强,能广泛应用于各种天然纤维、化纤及其混纺织物的染色;节约染料可达8%~20%.
三、在后整理工程中的使用
主要体现在以下方面:
1、用于抗菌整理
稀土元素具有恒久抗菌、抗肿瘤、抗艾滋病等生物活性,很早就用于医学领域的抗菌剂。
大量实验表明,稀土离子的多元复配物能使织物具有恒久的抑菌抗菌性能,这是由稀土离子的本身特性决定.稀土离子具有较高的电荷数(+3价)和较大的离子半径(85~106 pm),因而在织物的抗菌整理过程中,稀土离子可能与织物中氧、氮等配位原子形成螯合物,同时又与抑菌剂形成配合物或螯合物.使抑菌剂牢固地与织物结合。与此同时,不同抑菌剂之间以稀土离子为联结点,产生协同抑菌作用,从而使织物又具有广谱的抑菌效果。
2、用于蓄光、发光纤维的制造
由于需求多样性,发光织物的市场越来越大。发光织物可通过发光纤维或普通织物后整理制得。利用稀土材料作为发光体,经过特种纺丝工艺,可制成具有夜光性的具有新型高科技功能的蓄光型纤维,这种纤维最大特点,是在没有可见光的条件下,也能够发出各种色彩的光,而且此纤维不需任何包膜处理,其发光体可长期经受日光曝晒,即使在高温和低温等恶劣环境或强紫外线照射下,不发黑、不变质。
稀土发光纤维制成的纺织品,在白天与普通纤维具有完全一样的使用性能.不会使人感到有任何特异之。江南大学纺织服装学院已经成功研制出一种新型高科技纺织材料——稀土铝酸盐夜光丝,这种夜光丝是一种新型高科技功能纤维,它使自行发光的夜光衣成为了现实.
研究表明,采用稀土铝酸盐发光材料和纳米级助剂,经过特种纺丝工艺制成具有夜光性的蓄光型聚酯长丝,它只要吸收任何可见光l0 分钟.便能将光能蓄贮于纤维之中,在黑暗中能够持续发光l0h以上,且可无限次地循环使用.大大克服了传统夜光织物涂层不透气、易脱落的缺点。该产品无毒、无害.无放射性,符合纺织、环保等相关使用要求。
另外.将稀土发光化合物溶解于适当的溶剂中,然后与树脂液等粘合剂混合,制成发光色浆,将纤维在这种浆液中进行涂层处理,也可以得到具有发光性质的发光纤维。其操作比较简单,但由于发光化合物吸附于纤维的表面,故其耐洗性、耐溶剂、耐酸碱性都没有前者理想。
3、树脂整理中的催化作用
实验表明,稀土在织物树脂硬挺整理中具有催化作用。由于稀土离子有类似活性金属离子的作用,能与树脂单体在织物上产生相互作用,主要体现为:或以电子跃迁过程中释放的能量引发或活化树脂单体:或是通过获取孤对电子的形式与纤维和树脂单体中的氧、氮形成络合物直接参与树脂与纤维的交联反应,这种反应在一定程度上加强了纤维与树脂的架桥作用,从而使稀土工艺整理的织物比常规工艺具有更高的弹性和较低的强力损失;或者是以路易斯酸的方式释放出质子促进反应的进行,最终使树脂整理工艺降低成本.
但是,稀土与树脂的配伍具有选择性,也就是说,不是所有树脂和稀土都能相溶配伍。例如实验发现,稀土与2D树脂及其助剂有很好的相容性,但与NF—l无醛整理剂就无相容性.
4、阻燃方面的应用
稀土在阻燃方面的应用还不是很广泛,还有待深入研究。但有研究表明,将稀土氯化镧,直接加人到阻燃液中进行棉织物的阻燃整理,实验证实稀土在阻燃整理中能参与阻燃剂、树脂、棉纤维的交链,起架桥作用,能提高阻燃效果和织物强力,特别是经50次洗涤后效果更为明显。其原因是:阻燃液浓度高,在浸轧中难于进人棉纤维不可及区域.同时在酸性高温条件下对棉纤维有脆化性,从而降低阻燃效果和纤维强力。当稀土加人后,由于稀土元素的金属离子带正电荷,而且它的分子特别小,能够进人到纤维的各个区域.并且稀土元素特殊的化学活性有生成络合物的强烈倾向,使纤维、稀土、阻燃剂进行复杂的络合,从而达到提高阻燃效果和纤维强力的目的。另外,稀土加人后。不仅对成品的色泽、强力均无影响,反而强力有所提高。稀土加人阻燃液中,阻燃液也无变化。
稀土被誉为工业纤维素。我国是稀土大国,稀土工业已形成具有自己资源、科研、生产、应用特色的工业体系,在稀土的科研、生产、应用方面都取得了显著成效,稀土应用面也越来越广。可以预料,大量应用稀土的领域仍将是冶金、石油、玻璃陶瓷工业及电子电工部门,原子能工业、医学、农业、纺织工业等方面,也是应用稀土的重要领域。稀土在国民经济各个领域中所起的重要作用,越来越为人们所认识。稀土作为2l世纪广泛应用的新材料,必将会更加受到业界的青睐,必将作为最重要的战略资源,受到国人重视。
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