親水性纖維及紡織品

第十一章親水性纖維及紡織品第一節(jié)概述

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，制成的衣料(尤其是內(nèi)衣)在服用過程中不如天然纖維舒適。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；為了改進合成纖維服用材料的舒適性和衛(wèi)生性，人們將滌綸、腈綸、錦綸(聚酰胺)、丙綸等合成纖維通過化學或物理改性制成親水性纖維。

為改進合成纖維親水性，最早采用的方法是與天然纖維混紡．

1967年德國拜耳公司開發(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構，芯部沿纖維軸向有許多微孔，皮層也有導孔與芯部貫通。這種多孔結構使纖維的潤濕和吸水性接近棉纖維，而去濕速度是棉纖維的2—3倍，相對密度也較普通聚丙烯腈纖維小30％左右。

與此同時，日本的三菱人造絲、旭化成、愛克斯倫以及意大利蒙特公司也相繼開發(fā)和試制出親水性聚丙烯腈纖維。此外，日本的帝人、東麗、尤尼吉卡及東洋紡等公司先后研制出親水性聚酯和聚酰胺纖維。第二節(jié)纖維的親水性就紡織纖維而言，親水性一般是指纖維吸收水分并將水分向鄰近纖維輸送的能力。一般習慣上將纖維的親水性按機理分成吸濕性和吸水性兩種形式。氣態(tài)水分受到纖維表面和內(nèi)部的化學及物理作用而被吸收，這種性質(zhì)稱為纖維的吸濕性。吸濕性主要取決于纖維的化學結構，與物理結構的關系較小。纖維的吸濕性的強弱常用吸濕率表示。它指單位質(zhì)量的絕干纖維在一定溫濕條件(如20℃，相對濕度65％)下所能吸收的水分量。吸濕性對纖維的力學性質(zhì)、電學性質(zhì)及熱性質(zhì)等都有影響。一般來說，纖維的模量、強度、彈性回復等均因纖維吸濕而降低。纖維的吸濕性好，不易產(chǎn)生靜電，有利于紡織染整加工，穿著舒適性好。纖維吸收水分后，其耐熱性有所減弱，特別是在水中，纖維高分子的玻璃化溫度有明顯的降低，容易發(fā)生變形或導致纖維制品的尺寸不穩(wěn)定。液態(tài)水分在纖維表面擴散，被纖維中的空隙、毛細管和纖維之間的空隙所吸收，這種性質(zhì)稱為纖維的吸水性。吸水性的強弱既與纖維化學結構有關，也與物理結構相聯(lián)系。對于疏水性纖維，后者起主要作用，即纖維中的空隙或毛細孔是決定其吸水性大小的主要因素。一、影響纖維親水性的主要因素纖維的親水性取決于其化學結構和物理結構。纖維大分子中的極性基團，常見的有羧基(-C00H)、酰氨基(-CONH-)、羥基(-OH)、氨基(一NH2)等，都是親水性基團，對水分子有相當?shù)挠H和力，主要是通過氫鍵和水分子的締合作用，使水分子失去熱運動的能力，留存在纖維中。因此，纖維高分子結構中親水性基團的數(shù)目越多，基團的極性越強，纖維的親水性越好。部分極性基團的親水性大小按以下順序排列：表11-1列出了幾種天然纖維和合成纖維的吸濕率和保水率。物理結構也是決定纖維親水性的重要因素。一般認為，在纖維高分子的結晶區(qū)和高序區(qū)，活性基團之間形成交聯(lián)。如纖維素中的羥基間形成氫鍵，聚酰胺中的酰胺基團之間形成氫鍵所以水分子不容易滲入結晶區(qū)，呈現(xiàn)硫水性。而在非晶區(qū)或低序區(qū)以及形態(tài)結構粗糙、微孔或空隙很多的區(qū)域，水分子易于擴散和停留，表現(xiàn)為親水性。二、纖維吸收水分后性能的變化（一）吸著熱和潤濕熱吸著熱：表示一無限質(zhì)量的纖維材料在給定回潮率下吸收1g水時所放出的熱量。潤濕熱：是表示干燥的、質(zhì)量為1g的纖維材料在給定的回潮率下完全浸濕時放出的熱量。具有高度吸濕能力的纖維潤濕熱最大，非吸濕性疏水纖維潤濕熱非常小。纖維的線密度也會影響潤濕熱的大小，單纖維越細，潤濕熱越大。(二)纖維的膨脹具有親水基團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。(三)纖維力學性能的變化纖維吸收水分會使纖維機械性質(zhì)發(fā)生變化。幾種常用纖維在潤濕狀態(tài)下的強伸度變化列于表11-2。由表可見，除滌綸以外，所有這些纖維隨著回潮率增加，水分進入纖維內(nèi)部改變了分子間作用力，從面使強度下降，斷裂伸長增加。所以隨著回潮率增加，纖維的塑性形變增加，容易變形，柔軟，纖維表面摩擦系數(shù)也隨著回潮率增加而增大。(四)纖維的電學性能親水性纖維回潮率的變化，會影響纖維的電學性質(zhì)，纖維回潮率較大可使纖維電阻和介電系數(shù)明顯下降。例如羊毛在相對濕度10％時體積比電阻為1013Ω·cm，而在相對濕度90％時體積比電阻下降為107Ω·cm以下。三、纖維親水性與服用舒適性的關系從生理角度考慮，纖維制成的衣料在使用時能調(diào)節(jié)體溫和保護機體。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，纖維內(nèi)部的空洞(微孔、毛細孔和表面缺陷等)以及纖維之間的空隙所產(chǎn)生的毛細管效應應，，也也使使水水分分在在材材料料中中吸吸附附、、擴擴散散和和放放濕濕。。兩兩種種作作用用的的結結果果導導致致水水分分發(fā)發(fā)生生遷遷移移。。前前一一種種作作用用主主要要與與纖纖維維大大分分子子的的化化學學結結構構有有關關，，后后一一種種作作用用則則與與纖纖維維的的物物理理結結構構相相關關。。第三三節(jié)節(jié)合合成成纖纖維維親親水水化化方方法法一、、概概述述要使使合合成成纖纖維維親親水水，，總總的的方方向向就就是是要要使使合合成成纖纖維維在在保保持持原原有有基基本本特特性性的的基基礎礎上上，，具具有有類類似似天天然然纖纖維維的的親親水水性性能能。。要要賦賦予予合合成成纖纖維維親水水性性能能，，就就必必須須使使合合成成纖纖維維具具有有類類似似天天然然纖纖維維的的親親水水基基團團和和親親水水結結構構。。要在在纖纖維維中中引引進進各各種種親親水水基基團團，，通通過過它它們們建建立立氫氫鍵鍵與與水水分分子子締締合合，，使使水水分分子子失失去去熱熱運運動動的的能能力力，，暫暫時時留留存存在在纖纖維維上上。。常常見見的的親親水水基基團團有有羧羧基基(-C00H)、酰酰氨氨基基(-CONH-)、羥羥基基(-OH)、氨氨基基(一NH2)等。。目前前合合成成纖纖維維親親水水化化的的方方法法大大致致可可分分為為化化學學方方法法和和物物理理方方法法兩兩大大類類。?；瘜W學方方法法包包括括：與與親親水水性性單單體體共共聚聚、、親親水水性性單單體體接接枝改改性性、、纖纖維維表表面面的的親親水水化化處處理理、、與與親親水水性性組組分分共共混混及及含含親親水水性性組組分分的的復復合合纖纖維維；；物理理方方法法則主主要要有有使使纖纖維維具具有有多多孔孔結結構構、、表表面面粗粗糙糙化化及及橫橫截截面面異異形形化化等等。。二、、化化學學改改性性通過化化學改改性方方法使使纖維維獲得得親水水性的的主要要途徑徑有下下列三三種。。(一)大分子子結構構的親親水化化天然纖纖維之之所以以有良良好的的親水水性，，其主主要原原因在在于纖纖維大大分子子中含含有大大量的的親水水性基基團，，所以以通過過均聚聚或共共聚在在纖維維大分分子主主鏈上上引入入親水水性基基團，，是改改進疏疏水性性合成成纖維維親水水性的的有效效方法法之一一。聚酰胺胺纖維維：主要原原因之之一是是酰氨氨基在在整個個大分分子的的比例例太少少。若若設法法增加加酰氨氨基的的比例例，減減少非非極性性的亞亞甲基基(-CH2)的比例例，則則纖維維的吸吸濕性性就明明顯增增加。。聚酯纖纖維是是一種種結晶晶性纖纖維，，大分分子主主鏈上上不含含親水水性基基團，，是疏疏水性性的，，吸濕濕性差差，易易產(chǎn)生生靜電電。采采用共共聚的的方法法在聚聚酯大大分子子主鏈鏈上引引進親親水性性基團團，改改進纖纖維親親水性性。(二)與親水水性物物質(zhì)控控枝共共聚接枝是是指在在有一一種或或幾種種單體體生成成的大大分子子主鏈鏈上接接上由由另一一種單單體組組成的的支鏈鏈的共共聚反反應。。在纖纖維改改性中中，接接枝反反應常常常在在纖維維成型型后進進行。。丙烯酸酸接枝枝、甲甲醛接接枝低溫等等離子子體處處理(三)纖維維表面面的親親水化化纖維或或者織織物表表面親親水處處理的的關鍵鍵是要要有優(yōu)優(yōu)良的的親水水整理理劑。。通常常親水水整理理劑與與纖維維大分分子不不形成成化學學鍵締締合。。用作作親水水整理理劑的的化合合物應應具備備下述述性質(zhì)質(zhì)；（1）使處處理后后的纖纖維或或織物物具有有良好好的親親水性性；（2）不影影響染染色牢牢度；；（3）耐久久性好好；（4）處理理方法法簡單單。目前使使用的的親水水整理理劑大大致分分為兩兩類。。一類類是丙烯酸酸系單體體。在在整理理過程程中，，他們們往往往與纖纖維表表面的的大分分子通通過引引發(fā)游游離基基進行行接枝枝共聚聚。一類是是親水水整理理劑商商品。。親水水整理理劑的的結構構一般般由兩兩個部部分組組成。。第一一部分分就是是親水水性部部分。。這種種親水水性結結構一一般要要求耐耐洗滌滌，有有持久久的親親水效效果，，要能能夠使使水在在織物物表面面迅速速擴散散，而而且化化學性性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定。。具體體來說說，它它們往往往是是聚醚醚類化化合物物或離離子型型表面面活性性劑。。第二二個組組成部部分是是固著著性部部分。固著著性部部分一一般要要求能能形成成柔軟軟的薄薄膜，，或者者其結結構是是與合合成纖纖維的的分子子結構構相類類似的的單元元，例如：：用于于聚酯酯纖維維的親親水整整理劑劑中的的固著著性部部分往往往是是在整整理過過程中中，通通過焙焙烘能能和被被整理理的聚聚酰胺胺纖維維形成成低的的共熔熔結晶晶。綜上所所述，，纖維維表面面親水水處理理法的的優(yōu)點點是：：①方方法簡簡便，，成本本低廉廉。②②能夠夠在基基本保保持纖纖維原原有特特性的的情況況下，，增加加纖維維的吸吸濕性性和吸吸水性性。三、物物理改改性通過物物理改改性方方法使使纖維維獲得得親水水性的的主要要途徑徑主要要有下下列三三種(一)與親水水性物物質(zhì)共共混共混是是在紡紡絲之之前，，把親親水性性物質(zhì)質(zhì)混入入高聚聚物熔熔體或或高聚聚物濃濃溶液液，然然后按按常規(guī)規(guī)紡絲絲方法法進行行紡絲絲就可可以得得到親親水性性纖維維。采采用聚聚丙烯烯酰胺胺和聚聚丙烯烯腈共共混制制得高高吸濕濕性的的腈綸綸；用用聚乙乙二醇醇衍生生物、、聚亞亞烷基基二醇醇等親親水性性高聚聚物與與聚酯酯共混混可以以得到到高吸吸濕的的聚酯酯纖維維。復合纖纖維也也屬于共共混纖纖維的的范疇疇。復復合纖纖維就就是將將兩種種或兩兩種以以上成成纖高高聚物物熔體體或濃濃溶液液利用用其組組成、、配比比、黏黏度或或品種種的不不同，，分別別輸人人同一一紡絲絲組件件，由由同一一噴絲絲孔擠擠出成成型．．從而而使一一根纖纖維同同時具具有兩兩種或或兩種種以上上的組組分。。紡絲絲時，，選擇擇一種種親水水性組組分和和一種種疏水水性組組分。。前者者使纖纖維具具有親親水性性，后后者賦賦予纖纖維其其他性性能。。由于于兩種種組分分的物物理化化學性性質(zhì)不不同，，復合合纖維維在吸吸濕、、吸水水后還還往往往顯示示自然然卷曲曲的性性質(zhì)，，使纖纖維具具有良良好的的疏松松性。。(二)纖維維微孔化化纖維的的聚合合物組組成和和吸水水性有有密切切關系系，而而纖維維的物物理結結構也也是一一個影影響吸吸水性性的重重要因因素素。纖纖維微微孔化化的方方法著著眼于于改變纖纖維的的形態(tài)態(tài)結構構，使使合成成纖維維也像像棉、、羊毛毛等天天然纖纖維那那樣，，具有有許多多內(nèi)外外貫通通的微微孔，，利用用毛細細管現(xiàn)現(xiàn)象吸吸水。。因此此纖維維微孔孔化方方法只只能改改善纖纖維的的吸水水性。。但是是這類類纖維維具有有密度度小、、干燥燥快、、保暖暖性好好、耐耐污垢垢性能能好等等優(yōu)點點。(三)纖維表表面粗粗糙化化一般來來說，，水分分子不不能在在纖維維的晶晶區(qū)擴擴散，，水分分子僅僅能通通過非非晶區(qū)區(qū)，因因此非非晶區(qū)區(qū)域越越多，，其結結構就就越粗粗糙，，水分分子就就容易易吸附附、擴擴散、、適水水、透透濕、、放濕濕、放放水等等。通通過改改變纖纖維截截面形形狀，，使之之異型型化和和粗糙糙化、、超細細化，，可以以達到到提高高吸水水性的的效果果。第四節(jié)節(jié)親親水性性纖維維的生生產(chǎn)一、親親水性性滌綸綸改善滌滌綸親親水性性的方方法大大致可可分為為兩類類：一一種是是通過過共聚聚(包括接接枝和和嵌段段共聚聚)、共混混、表表面涂涂層等等引入入親水水性基基團；；另一一種是是改變變纖維維截面面形狀狀、減減少單單絲特特數(shù)以以及使使纖維維內(nèi)部部具有有微孔孔型結結構。。(一)多孔型型吸水水滌綸綸的制制造制造多多孔型型滌綸綸的方方法可可分為為三種種，見見表11-4。溶出法法制備備多孔孔型親親水滌滌綸的的生產(chǎn)產(chǎn)工藝藝如下下：(二)其他親親水性性滌綸綸的超超備接枝改改性滌滌綸：：接枝共共聚物物常兼兼有骨骨架聚聚合物物和構構成支支鏈型型聚合合物的的特性性。利利用這這一特特性，，選擇擇具有有親水水性能能的單單體或或聚合合物作作為支支鏈在在滌綸綸大分分子上上接枝枝，就就可以以賦予予滌綸綸親水水性能能。表面處處理的的親水水滌綸綸：用含有有親水水基團團的表表面處處理劑劑處理理纖維維或織織物，，也可可改善善它們們的親親水性性，這這些表表面處處理劑劑大致致分為為四類類。第一類類：非非離子子型乙乙氧基基化的的有機機物、、含有有乙氧氧基的的芳香香族羧羧酸、、聚酰酰胺類類衍生生物、、具有有不同同鏈長長的聚聚乙二二醇-醚類衍衍生物物。第二類類：陰陰離子子型化化合物物、苯苯磺酸酸衍生生物。。第三類類：陽陽離子子型化化合物物、含含有二二羥基基二甲甲基胺胺的脂脂肪酸酸類衍衍生物物。第四類類：丙丙烯酸酸類聚聚合物物、丙丙烯酸酸與甲甲基丙丙烯酸酸的分分散體體系、、丙烯烯酸與與甲基基丙烯烯酸酯酯混合合體系系。通常采采用下下面三三種方方法對對纖維維或織織物進進行表表面處處理：：1、使表表面處處理劑劑在纖纖維表表面形形成耐耐久性性皮膜膜表面處處理劑劑一般般是由由兩種種物質(zhì)質(zhì)組成成的一一個體體系，，其中中一種種物質(zhì)質(zhì)是含含有親親水基基團的的水溶溶性聚聚合物物，另另一種種是聯(lián)聯(lián)結水水溶性性聚合合物與與纖維維的交交聯(lián)劑劑。如如水溶溶性高高分子子化合合物與與三聚聚氰胺胺衍生生物的的組合合所構構成的的表面面處理理劑可可以賦賦予纖纖維持持久的的親水水性。。2、通過過熱處處理使使表面面處理理劑與與纖維維共結結晶含有親親水性性基團團的化化合物物與聚聚酯纖纖維的的共結結晶是是提供供纖維維持久久親水水性的的有效效方法法。應應用較較多的的是合合有聚聚乙二二醇-醚基團團的共共聚物物與聚聚酯纖纖維的的共結結晶。。首先先將含含有聚聚乙二二酵-醚基團團的共共聚物物溶解解在水水溶性性乙烯烯基化化合物物中構構成表表面處處理劑劑。然然后將將纖維維浸漬漬在表表面處處理劑劑中或或將表表面處處理劑劑噴霧霧在纖纖維表表面上上，使使纖維維和表表面處處理劑劑兩者者乳膠膠化。。再經(jīng)經(jīng)過熱熱處理理后，，含有有聚乙乙二醇醇-醚基團團的共共聚物物就牢牢固地地結合合在纖纖維表表面上上。3、通過過在纖纖維表表面形形成活活性中中心而而發(fā)生生化學學反應應(三)異型截截面親親水性性滌綸綸的制制造普通的的滌綸綸截面面為圓圓型，，表面面完整整而光光滑，，沒有有吸收收和保保存水水分的的能力力。通通過在在紡絲絲時改改變噴噴絲孔孔的形形狀可可紡制制異形形截面面的纖纖維，，如中中空纖纖維、、三角角形纖纖維、、三葉葉形纖纖維、、c形纖維維和L形截面面的纖纖維等等。使使得纖纖維表表面趨趨于不不完整整，不不光滑滑，產(chǎn)產(chǎn)生毛毛細現(xiàn)現(xiàn)象而而具有有吸水水能力力；或或者增增大纖纖維的的表面面積，，使纖纖維內(nèi)內(nèi)的親親水基基團(在纖維維內(nèi)含含有親親水基基團的的情況況下)更多地地與人人體表表面接接觸，，提高高吸濕濕性。。此外外，異異形截截面纖纖維由由于纖纖維間間的接接觸面面積小小，紗紗線或或長絲絲間的的空隙隙率高高。因因此，，由其其制成成的織織物其其透氣氣性可可提高高20％左右右。二、親親水性性腈綸綸成孔的的方法法基本本上有有三大大類：：1．孔洞洞固定定法將經(jīng)過過拉伸伸、水水洗的的初級級溶脹脹纖維維先進進行汽汽蒸熱熱處理理，然然后再再經(jīng)過過干燥燥工序序。在在微孔孔中的的水分分雖然然蒸發(fā)發(fā)，但但微孔孔卻保保留下下來。。在干干燥過過程中中沒有有發(fā)生生致密密化現(xiàn)現(xiàn)象。。2．孔洞洞穩(wěn)定定劑添添加法法在腈綸綸原液液中加加入一一種物物質(zhì)，，待紡紡絲成成型后后，再再設法法從纖纖維中中去除除這種種物質(zhì)質(zhì)，使使纖維維中出出現(xiàn)無無數(shù)微微孔。。這種種能使使纖維維中產(chǎn)產(chǎn)生微微孔的的物質(zhì)質(zhì)稱之之為孔孔洞穩(wěn)穩(wěn)定劑劑。這這種方方法的的關鍵鍵是尋尋找合合適的孔洞洞穩(wěn)定定劑。。3．高聚聚物共共混法法在腈綸綸原液液中混混入少少量的的另一一種高高分子子物，，通過過紡絲絲成型型就可可以形形成微微孔纖纖維。。這種種微孔孔纖維維是一一種共共混合合金纖纖維，，利用用二種種高聚聚物的的相分分離，，在相相界面面上形形成許許多孔孔隙。。三、親親水性性錦綸綸(一)大分子子主鏈鏈化學學結構構的改改性聚酰胺胺纖維維的親親水性性隨著著大分分子中中極性性酰氨氨基團團-CONH-與非極極性的的亞甲甲基-CH2-比例而而變化化。在在強堿堿性物物質(zhì)存存在下下，進進行陰陰離于于活化化聚合合成聚聚丁內(nèi)內(nèi)酰胺胺，(二)共聚聚法法在聚聚酰酰胺胺纖纖維維大大分分子子中中引引入入親親水水基基團團-COOH，-NH2，-CN，-OH等，，是是提提高高聚聚酰酰胺胺纖纖維維吸吸濕濕性性最最為為有有效效的的方方法法。。把把含含有有極極性性基基團團的的短短鏈鏈接接枝枝在在大大分分子子鏈鏈上上的的方方法法稱稱為為接接枝枝共共聚聚法法；；把把含含有有極極性性基基團團的的單單體體共共聚聚入入大大分分子子主主鏈鏈則則稱稱為為嵌嵌段段共共聚聚法法。。1、接接核核共共聚聚法法杜邦邦公公司司用用輻輻射射引引發(fā)發(fā)聚聚合合，，將將親親水水性性組組分分在在錦錦綸綸66長絲絲上上接接枝枝共共聚聚獲獲得得高高吸吸濕濕性性的的纖纖維維。。接接枝枝聚聚合合大大都都是是非非均均相相反反應應，，通通常常接接枝枝反反應應發(fā)發(fā)生生在在非非晶晶區(qū)區(qū)，，因因此此接接枝枝后后纖纖維維的的力力學學性性能能只只是是稍稍有有變變化化，，而而吸吸濕濕性性、、可可染染性性有有很很大大提提高高。。2、嵌嵌段段共共聚聚法法3、改改變變纖纖維維的的物物理理結結構構纖維維的的物物理理結結構構是是影影響響纖纖維維親親水水性性的的重重要要因因素素。。通通常常，，水水分分子子不不能能在在纖纖維維晶晶區(qū)區(qū)擴擴散散，，僅僅能能通通過過非非晶晶區(qū)區(qū)。。纖纖維維中中非非晶晶區(qū)區(qū)含含且且高高，，纖纖維維中中存存在在微微孔孔、、中中孔孔、、表表面面粗粗糙糙，，水水分分子子容容易易被被吸吸附附、、擴擴散散、、透透水水、、透透濕濕，，所所以以改改變變纖纖維維截截面面形形狀狀，，使使之之異異形形化化、、超超細細化化、、表表面面粗粗糙糙化化、、微微孔孔化化可可以以提提高高纖纖維維的的親親水水性性。。4、后后整整理理加加工工作為為纖纖維維親親水水化化后后整整理理方方法法，，一一種種是是將將具具有有親親水水基基團團的的單單體體或或齊齊聚聚物物在在纖纖維維表表面面上上聚聚合合、、交交聯(lián)聯(lián)，，或或以以一一層層薄薄膜膜狀狀態(tài)態(tài)固固著著在在單單纖纖維維表表面面；；另另一一種種是是將將具具有有與與纖纖維維基基質(zhì)質(zhì)高高分分子子有有強強的的親親和和性基基團團的的親親水水性性化化合合物物在在纖纖維維表表面面吸吸著著后后，，經(jīng)經(jīng)過過熱熱處處理理使使其其固固定定在在纖纖維維表表面面。。這這種種對對纖纖維維或或織織物物表表面面親親水水化化整整理理，，提提高高了了水水分分子子遷遷移移能能力力，，并并且且利利用用毛毛細細管管現(xiàn)現(xiàn)象象增增加加了了纖