米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）化学过程研究部[系主任 Takeshi Furuya] 微化学组 Satoshi Miyazawa 研究组组长 Masaki Nishioka 高级首席研究员是中空纤维等我们开发了一种在中空结构纤维内表面选择性合成功能性细颗粒和晶体的技术。
在该技术中，将原料溶液引入纤维的中空部分后，微波选择性加热引起的化学反应，在纤维的中空部合成功能性微粒和结晶，赋予其功能。例如天然纤维棉花在空心部分银纳米粒子可以合成生产具有抗菌性能的纤维。由于使用该技术生产的棉花仅在纤维的中空部分具有功能性颗粒，因此预计它将能够在保持质地等特性的同时抑制由于摩擦而导致的功能性劣化，并有望用于医疗用织物（医院服、床单等）。
新开发技术的详细信息将于 2020 年 1 月 29 日至 31 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的国际纳米技术展览和技术会议 nano tech 2020 上公布。
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| 将功能性微粒导入纤维中空部的图像 |
人们希望改进纺织品的功能性，以提高服装和生活的舒适度，例如运动服和医疗设施的内部装饰。实现这一目标的方法之一是将功能性化学品引入纺织品中。迄今为止，已知的将功能性化学物质引入到纤维中的技术包括在纤维原料的树脂制造过程中通过混炼引入功能性材料的技术，以及在生产后通过浸渍纤维来粘合和涂覆功能性材料的技术。然而，在混炼的情况下，存在赋予功能的工序仅限于制造时的问题。浸渍可应用于多种纤维，但它主要涉及在纤维表面添加功能性，这会带来诸如纤维质地变化以及由于摩擦和磨损而导致功能性恶化等问题。
AIST 正在进行研究和开发，旨在通过先进的化学反应控制，实现生产高附加值材料且对环境影响较小的化学工艺。在利用微波加热的反应控制技术的开发中，我们开发了纳米颗粒合成设备和电子元件安装设备（2010 年 2 月 15 日、AIST 2018 年 2 月 9 日新闻稿) 已宣布。
这次，我们重点关注广泛用作功能性纤维的中空结构纤维，并致力于开发一种技术，通过使用微波加热控制反应，将功能性化学品选择性地引入中空部件中。
在新开发的技术中，中空纤维预先用功能颗粒/晶体的原料溶液浸渍，原料溶液渗透到纤维的空隙中（图1①）。然后，将浸透了原料溶液的纤维不兼容溶剂（注射溶剂），脱气加压，注射溶剂渗透到纤维的空隙中，将原料溶液从空隙中挤出，引入中空部分（图1②）。通过使用微波吸收率低的注射溶剂，可以利用微波加热选择性地加热原料溶液，在纤维的中空部分合成所需的功能粒子和晶体（图1③）。
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| 图 1 新开发技术概述 |
图2氟基中空合成纤维内部沸石晶体的示例如下所示。在纤维的内表面（图2（a）中的箭头区域）观察到细颗粒的附着。将颗粒剥离并进行电子显微镜分析和结构分析（X射线衍射测量：XRD)时，确认了沸石的一种方钠石结构(图2(b)(c))。图3显示了在棉花（天然中空纤维）的中空部分合成具有抗菌活性的银纳米颗粒的示例。沿着纤维横截面的扫描电子显微镜（SEM）图像（图3（a））（图3（b））箭头线进行元素分析的结果表明，银元素存在于源自棉花纤维素的碳元素内部，并且证实了银纳米颗粒选择性地合成在中空部分的表面而不是棉花表面。
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| 图2中空化学纤维内部合成的沸石的扫描显微照片（b）和X射线衍射（XRD）分析结果（c）（（a）中的箭头区域） |
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| 图 3 棉花横截面 SEM 图像 (a) 和沿 SEM 图像箭头的元素分析结果 (b) |
本次开发的技术可广泛应用于具有中空结构的纤维，无论是天然纤维还是合成纤维。此外，还可以引入多种功能颗粒，包括沸石等无机晶体、药用有机晶体和导电颗粒。因此，利用该技术获得的功能性纤维以及由其制成的机织物有望在广泛的领域得到应用。例如，在医疗领域可以考虑抗菌防霉片材，在生活领域可以考虑具有除臭、调湿性能的衣服，在住宅领域可以考虑阻燃窗帘，在农业领域可以考虑防虫网等。
未来，我们将明确抗菌、调湿等特定功能表现所需的条件，并进行耐磨等性能评估。我们还将继续开发该技术实际应用所需的基本技术，例如建立质量合成技术。