親水性纖維及紡織品 產(chǎn)業(yè)用功能纖維及紡織品 教學(xué)課件.ppt

第十二章親水性纖維及紡織品 第一節(jié)概述 合成纖維具有許多優(yōu)良特性 在機(jī)械性能 物理和化學(xué)性質(zhì)等方面 許多指標(biāo)都超過(guò)了天然纖維 與天然纖維相比 大多數(shù)合成纖維是疏水性的 吸濕性和透氣性差 易產(chǎn)生靜電 易沾污和易燃等 制成衣料在服用過(guò)程中不如天然纖維舒適 第一節(jié)概述 天然纖維棉 麻 絲 毛均屬于親水性纖維 而合成纖維滌綸 腈綸 丙綸均為疏水性纖維 為改進(jìn)合成纖維的親水性 最早采用方法是與天然纖維混紡 1967年 德國(guó)拜耳公司開(kāi)發(fā)出一種在水中不溶脹的親水性聚丙烯腈纖維 該纖維具有皮芯雙重結(jié)構(gòu) 芯部沿纖維有許多微孔 皮層也有導(dǎo)孔與芯部連通 第二節(jié)纖維的親水性 由人體皮膚表面分泌出來(lái)的水分有兩種形式 一 親水性 指纖維吸收水分并將水分向鄰近纖維輸送的能力 氣態(tài)的濕氣 液態(tài)的汗水 二 纖維親水性機(jī)理 1 吸濕性機(jī)理 第二節(jié)纖維的親水性 吸濕性 氣態(tài)水分受到纖維表面和內(nèi)部的化學(xué)及物理作用而被吸收 這種性質(zhì)稱(chēng)為纖維的吸濕性 吸濕性主要取決于纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu) 吸濕率 單位質(zhì)量的絕干纖維在一定溫度濕度條件下所能吸收的水分量 纖維模量 強(qiáng)度 彈性回復(fù)等均因吸濕降低 纖維吸濕性好 不易產(chǎn)生靜電 纖維吸水后 耐熱性減弱 二 纖維親水性機(jī)理 2 吸水性機(jī)理 第二節(jié)纖維的親水性 吸水性 液態(tài)水分在纖維表面擴(kuò)散 被纖維中的空隙 毛細(xì)管和纖維之間的空隙所吸收 這種性質(zhì)稱(chēng)為纖維的吸水性 吸水性強(qiáng)弱既與纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān) 也與物理結(jié)構(gòu)相聯(lián)系 對(duì)于疏水性纖維 物理結(jié)構(gòu)起主要作用 保水率來(lái)表示纖維吸水性 三 影響纖維親水性的主要因素 第二節(jié)纖維的親水性 極性基團(tuán) 羧基 COOH 酰胺基 CONH 羥基 OH 氨基 NH2 纖維高分子結(jié)構(gòu)中親隨行基團(tuán)的數(shù)目越多 基團(tuán)的極性越強(qiáng) 纖維的親水性越好 部分極性基團(tuán)的親水性大小順序 COO NH3 NH2 COOH 三 影響纖維親水性的主要因素 第二節(jié)纖維的親水性 物理結(jié)構(gòu) 一般認(rèn)為 在纖維高分子的結(jié)晶區(qū)和高序區(qū) 活性基團(tuán)之間形成交聯(lián) 如氫鍵 所以水分子不容易滲入結(jié)晶區(qū) 呈現(xiàn)疏水性 在非晶區(qū)或低序區(qū)以及形態(tài)結(jié)構(gòu)粗糙 微孔或空隙很多的區(qū)域 水分子易于擴(kuò)散和停留 表現(xiàn)為親水性 晶區(qū)大小 晶區(qū)小 晶粒表面積大 晶粒表面未鍵合親水基團(tuán)多 四 纖維吸收水分后性能的變化 第二節(jié)纖維的親水性 一 吸著熱和潤(rùn)濕熱 微分吸著熱Q 一無(wú)限質(zhì)量的纖維材料在給定回潮率下吸收1g水時(shí)所放出的熱量 Qv QL L L 作用溫度下水的冷凝潛熱 又稱(chēng)膨脹熱 四 纖維吸收水分后性能的變化 第二節(jié)纖維的親水性 一 吸著熱和潤(rùn)濕熱 積分吸著熱W 潤(rùn)濕熱 表示干燥的 質(zhì)量為1g的纖維材料在給定的回潮率下完全浸濕時(shí)釋放的熱量 r 回潮率 四 纖維吸收水分后性能的變化 第二節(jié)纖維的親水性 二 纖維的膨脹 具有親水性基團(tuán)的纖維在吸濕吸水后 體積發(fā)生變化 橫向和縱向發(fā)生膨脹 隨之引起紗線和織物的大小 形狀 挺直度 透氣性和密度的變化 四 纖維吸收水分后性能的變化 第二節(jié)纖維的親水性 三 纖維力學(xué)性能的變化 水分進(jìn)入纖維內(nèi)部改變了分子間作用力 從而使強(qiáng)度下降 斷裂伸長(zhǎng)增加 所以隨著回潮率增加 纖維塑性形變?cè)黾?容易變形 柔軟 纖維表面的摩擦系數(shù)也隨著回潮率增加而增大 四 纖維的電學(xué)性能 纖維回潮率較大可使纖維電阻和介電系數(shù)明顯下降 五 纖維親水性與服用舒服性的關(guān)系 第二節(jié)纖維的親水性 從生理角度考慮 纖維制成的衣料在使用時(shí)能調(diào)節(jié)體溫和保護(hù)機(jī)體 不感蒸發(fā) 當(dāng)環(huán)境溫度低于25 28 時(shí) 對(duì)流和輻射等非發(fā)汗蒸發(fā)傳熱是主要的 此時(shí)體內(nèi)水分經(jīng)皮膚向外界傳輸?shù)倪^(guò)程 感知蒸發(fā) 如果環(huán)境溫度在30 以上 環(huán)境與人體的溫差小 發(fā)汗蒸發(fā)作用就成為主要的體溫調(diào)節(jié)形式 五 纖維親水性與服用舒服性的關(guān)系 第二節(jié)纖維的親水性 人體處于靜止?fàn)顟B(tài)下 不感蒸發(fā)量約為15g m2h 人體所處環(huán)境溫度較高或從事重體力活動(dòng) 從人體蒸發(fā)出來(lái)的水分量 約10015g m2h 不感蒸發(fā)和感知蒸發(fā)示意圖 五 纖維親水性與服用舒服性的關(guān)系 第二節(jié)纖維的親水性 從皮膚表面蒸發(fā)的氣態(tài)水分 首先被纖維材料所吸濕 然后由材料表面放濕 同時(shí) 纖維內(nèi)部的空洞 微孔 毛細(xì)孔 表面缺陷等 以及纖維之間的空隙所產(chǎn)生的毛細(xì)管效應(yīng) 也使水分在材料中吸附 擴(kuò)散和放濕 前一種作用主要與纖維大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān) 后一種作用則與纖維的物理結(jié)構(gòu)有關(guān) 水分遷移能力和放濕能力除取決于纖維的特性外 纖維的密度 重量 組織及商品設(shè)計(jì)的影響也很大 五 纖維親水性與服用舒服性的關(guān)系 第二節(jié)纖維的親水性 用疏水性的合成纖維作表層 親水性的天然纖維作里層 這樣制成的雙重結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)服以及布表面凹凸的縐紗內(nèi)衣 貫通中空的微孔 中空部 水 纖維 高吸水滌綸微孔吸水過(guò)程 一 概述 第三節(jié)合成纖維親水化方法 要使合成纖維親水 總的方向是要使合成纖維在保持原有基本特征的基礎(chǔ)上 具有類(lèi)似天然纖維的親水性能 使合成纖維具有類(lèi)似天然纖維的親水基團(tuán)和親水結(jié)構(gòu) 引入親水性基團(tuán) 引入孔隙 微孔 裂縫 合成纖維親水化方法 化學(xué)方法 與親水性單體共聚 親水性單體介質(zhì)改性 纖維表面親水化處理 與親水組分共混及含親水性組分的符合纖維 物理方法 使纖維具有多孔結(jié)構(gòu) 表面粗糙化 橫截面異形化等 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 一 大分子結(jié)構(gòu)的親水化 通過(guò)均聚或共聚在纖維大分子鏈上引入親水性基團(tuán) 對(duì)于聚酰胺 分子結(jié)構(gòu)中存在親水性基團(tuán)酰胺基 但聚酰胺6或聚酰胺66的吸濕性與棉纖維相比差別很大 主要原因之一是酰胺基在整個(gè)大分子的比例太少 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 一 大分子結(jié)構(gòu)的親水化 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 一 大分子結(jié)構(gòu)的親水化 在聚酰胺大分子結(jié)構(gòu)中 亞甲基的數(shù)量越少 纖維的吸濕性越好 聚酰胺纖維的結(jié)晶度及晶區(qū)大小對(duì)纖維吸濕性有明顯影響 通過(guò)共聚的途徑 改變大分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性 從而適當(dāng)降低纖維結(jié)晶度或縮小晶區(qū)的方法 雖然少量其他單體的加入 使得酰胺數(shù)目減少 但是處于游離狀態(tài) 能夠形成氫鍵與水分子締合的酰氨基數(shù)目反而增多 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 一 大分子結(jié)構(gòu)的親水化 通過(guò)在纖維大分子主鏈中引進(jìn)親水性基團(tuán)改進(jìn)纖維親水性的方法 對(duì)其他合成纖維亦同樣適用 聚酯纖維是一種結(jié)晶性纖維 大分子主鏈上不含親水性基團(tuán) 是疏水性的 吸濕性差 易產(chǎn)生靜電 采用共聚的方法在聚酯大分子鏈上引入親水性基團(tuán)改進(jìn)纖維親水性 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 二 與親水性物質(zhì)接枝共聚 接枝是指在有一種或幾種單體生產(chǎn)的大分子主鏈上接上由另一種單體組成的支鏈的共聚反應(yīng) 通過(guò)Co60放出的 射線進(jìn)行輻射 可將丙烯酸接枝到聚酰胺6纖維上 丙烯酸鈉鹽接枝的纖維回潮率最高 且接枝量越高 回潮率一般也越高 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 三 纖維表面的親水化 合成纖維表面親水處理 可以是在纖維狀態(tài)進(jìn)行表面處理 也可以是對(duì)合成纖維織物進(jìn)行表面處理 親水性整理劑的化合物應(yīng)具備下述性質(zhì) 使處理后的纖維或織物具有良好的親水性 不影響染色牢度 耐久性好 處理方法簡(jiǎn)單 二 化學(xué)改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 三 纖維表面的親水化 目前使用的親水整理劑大致分為兩類(lèi) 一類(lèi)是丙烯酸系單體 在整理過(guò)程中 他們往往與纖維表面的大分子通過(guò)引發(fā)游離基進(jìn)行接枝共聚 另一類(lèi)是親水整理劑商品 親水整理劑結(jié)構(gòu)一般由兩個(gè)部分組成 第一部分是親水性部分 這種結(jié)構(gòu)一般要求耐洗滌 有持久的親水效果 要能使織物表面迅速擴(kuò)散 且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 第二部分是固著性部分 固著性部分一般要求能形成柔軟的薄膜 三 物理改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 一 與親水性物質(zhì)共混 共混是在紡絲之前 把親水性物質(zhì)混入高聚物熔體或高聚物濃溶液 然后按常規(guī)紡絲方法進(jìn)行紡絲 復(fù)合纖維也屬于共混纖維的范圍 復(fù)合纖維是將兩種或兩種以上成纖高聚物熔體或濃溶液利用其組成 配比 黏度或品種的不同 分別輸入同一紡絲組件 由同一噴絲孔擠出成型 從而使一根纖維具有兩種或兩種以上的組分 三 物理改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 二 纖維微孔化 纖維微孔化的方法著眼于改變纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 使合成纖維也像棉 羊毛等天然纖維那樣 具有許多內(nèi)外貫通的微孔 利用毛細(xì)管現(xiàn)象吸水 因此 纖維微孔化的方法只能改善纖維的吸水性 這類(lèi)纖維密度小 干燥快 保暖性好 乃污垢性能好等優(yōu)點(diǎn) 三 物理改性 第三節(jié)合成纖維親水化方法 三 纖維表面粗糙化 一般來(lái)說(shuō) 水分子不能在纖維的晶區(qū)擴(kuò)散 水分子僅能通過(guò)非晶區(qū) 因此非晶區(qū)域越多 結(jié)構(gòu)越粗糙 水分子就容易吸附 擴(kuò)散 透水 透濕 放濕 放水等 通過(guò)改變纖維截面形狀 使之異型化和粗糙化 超細(xì)化 可以達(dá)到提高吸水性的效果 實(shí)現(xiàn)纖維截面異型化 對(duì)熔紡纖維可以通過(guò)噴絲孔上孔的異型化來(lái)實(shí)現(xiàn) 一 親水性滌綸 第四節(jié)親水性纖維的生產(chǎn) 一 多孔型滌綸的制造 可分三種方法 溶出法 發(fā)泡法 相分離法 改善滌綸親水性的方法大致可分為兩類(lèi) 1 共聚 共混 表面涂層等引入親水性基團(tuán)2 改變纖維截面形狀 減少單絲特?cái)?shù)以及使纖維內(nèi)部具有微孔型結(jié)構(gòu) 一 親水性滌綸 第四節(jié)親水性纖維的生產(chǎn) 二 其他親水性滌綸的制備 接枝改性滌綸 表面處理的改性滌綸 異型截面親水滌綸 二 親水性腈綸 第四節(jié)親水性纖維的生產(chǎn) 由于腈綸大分子之間的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 腈綸分子結(jié)構(gòu)中的氰基很少與水分子締合 初生纖維中存在許多微孔 隨著拉伸 干燥 熱定型等工序進(jìn)行 纖維中微孔基本上致密化而大部分消失 多孔性吸水腈綸的開(kāi)發(fā) 孔洞固定法 孔