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溫馨。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；為了改良合成纖維服用資料的溫馨性和衛(wèi)生性，人們將滌綸、腈綸、錦綸(聚酰胺)、丙綸等合成纖維經(jīng)過化學(xué)或物理改性制成親水性纖維。為改良合成纖維親水性，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構(gòu)造，芯部沿纖維軸向有許多微孔，皮層也有導(dǎo)孔與芯部貫穿。這種多孔構(gòu)造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(shí)，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，親水性普通是指纖維吸收水分并將水分向臨近纖維保送的才干。普通習(xí)慣上將纖維的親水性按機(jī)理分成吸濕性和吸水性兩種方式。氣態(tài)水分遭到纖維外表和內(nèi)部的化學(xué)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(xué)構(gòu)造，與物理構(gòu)造的關(guān)系較小。纖維的吸濕性的強(qiáng)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(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)及熱性質(zhì)等都有影響。普通來說，纖維的模量、強(qiáng)度、彈性回復(fù)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，穿著溫馨性好。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?qū)е吕w維制品的尺寸不穩(wěn)定。液態(tài)水分在纖維外表分散，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)稱為纖維的吸水性。吸水性的強(qiáng)弱既與纖維化學(xué)構(gòu)造有關(guān)，也與物理構(gòu)造相聯(lián)絡(luò)。對于疏水性纖維，后者起主要作用，即纖維中的空隙或毛細(xì)孔是決議其吸水性大小的主要要素。一、影響纖維親水性的主要要素纖維的親水性取決于其化學(xué)構(gòu)造和物理構(gòu)造。纖維大分子中的極性基團(tuán)，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(tuán)，對水分子有相當(dāng)?shù)挠H和力，主要是經(jīng)過氫鍵和水分子的締協(xié)作用，使水分子失去熱運(yùn)動的才干，留存在纖維中。因此，纖維高分子構(gòu)造中親水性基團(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)的親水性大小按以下順序陳列：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。物理構(gòu)造也是決議纖維親水性的重要要素。普通以為，在纖維高分子的結(jié)晶區(qū)和高序區(qū)，活性基團(tuán)之間構(gòu)成交聯(lián)。如纖維素中的羥基間構(gòu)成氫鍵，聚酰胺中的酰胺基團(tuán)之間構(gòu)成氫鍵所以水分子不容易滲入結(jié)晶區(qū)，呈現(xiàn)硫水性。而在非晶區(qū)或低序區(qū)以及形狀構(gòu)造粗糙、微孔或空隙很多的區(qū)域，水分子易于分散和停留，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)量的纖維資料在給定回潮率下吸收1g水時(shí)所放出的熱量。潤濕熱：是表示枯燥的、質(zhì)量為1g的纖維資料在給定的回潮率下完全浸濕時(shí)放出的熱量。具有高度吸濕才干的纖維潤濕熱最大，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(xì)，潤濕熱越大。(二)纖維的膨脹具有親水基團(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、外形、挺直度、透氣性和密度的變化。(三)纖維力學(xué)性能的變化纖維吸收水分會使纖維機(jī)械性質(zhì)發(fā)生變化。幾種常用纖維在潤濕形狀下的強(qiáng)伸度變化列于表11-2。由表可見，除滌綸以外，一切這些纖維隨著回潮率添加，水分進(jìn)入纖維內(nèi)部改動了分子間作用力，從面使強(qiáng)度下降，斷裂伸長添加。所以隨著回潮率添加，纖維的塑性形變添加，容易變形，柔軟，纖維外表摩擦系數(shù)也隨著回潮率添加而增大。(四)纖維的電學(xué)性能親水性纖維回潮率的變化，會影響纖維的電學(xué)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(shí)體積比電阻為1013Ω·cm，而在相對濕度90％時(shí)體積比電阻下降為107Ω·cm以下。三、纖維親水性與服用溫馨性的關(guān)系從生理角度思索，纖維制成的衣料在運(yùn)用時(shí)能調(diào)理體溫暖維護(hù)機(jī)體。從皮膚外表蒸發(fā)的氣態(tài)水分，首先被纖維資料所吸濕，然后由資料外表放濕。同時(shí)，纖維內(nèi)部的空洞(微孔、毛細(xì)孔和外表缺陷等)以及纖維之間的空隙所產(chǎn)生的毛細(xì)管效應(yīng)，也使水分在資料中吸附、分散和放濕。兩種作用的結(jié)果導(dǎo)致水分發(fā)生遷移。前一種作用主要與纖維大分子的化學(xué)構(gòu)造有關(guān)，后一種作用那么與纖維的物理構(gòu)造相關(guān)。第三節(jié)合成纖維親水化方法一、概述要使合成纖維親水，總的方向就是要使合成纖維在堅(jiān)持原有根本特性的根底上，具有類似天然纖維的親水性能。要賦予合成纖維親水性能，就必需使合成纖維具有類似天然纖維的親水基團(tuán)和親水構(gòu)造。要在纖維中引進(jìn)各種親水基團(tuán)，經(jīng)過它們建立氫鍵與水分子締合，使水分子失去熱運(yùn)動的才干，暫時(shí)留存在纖維上。常見的親水基團(tuán)有羧基(-C00H)、酰氨基(-CONH-)、羥基(-OH)、氨基(一NH2)等。

目前合成纖維親水化的方法大致可分為化學(xué)方法和物理方法兩大類?；瘜W(xué)方法包括：與親水性單體共聚、親水性單體接枝改性、纖維外表的親水化處置、與親水性組分共混及含親水性組分的復(fù)合纖維；物理方法那么主要有使纖維具有多孔構(gòu)造、外表粗糙化及橫截面異形化等。二、化學(xué)改性經(jīng)過化學(xué)改性方法使纖維獲得親水性的主要途徑有以下三種。(一)大分子構(gòu)造的親水化天然纖維之所以有良好的親水性，其主要緣由在于纖維大分子中含有大量的親水性基團(tuán)，所以經(jīng)過均聚或共聚在纖維大分子主鏈上引入親水性基團(tuán)，是改良疏水性合成纖維親水性的有效方法之一。聚酰胺纖維：主要緣由之一是酰氨基在整個(gè)大分子的比例太少。假設(shè)設(shè)法添加酰氨基的比例，減少非極性的亞甲基(-CH2)的比例，那么纖維的吸濕性就明顯添加。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主鏈上引進(jìn)親水性基團(tuán)，改良纖維親水性。(二)與親水性物質(zhì)控枝共聚接枝是指在有一種或幾種單體生成的大分子主鏈上接上由另一種單體組成的支鏈的共聚反響。在纖維改性中，接枝反響經(jīng)常在纖維成型后進(jìn)展。丙烯酸接枝、甲醛接枝低溫等離子體處置(三)纖維外表的親水化纖維或者織物外表親水處置的關(guān)鍵是要有優(yōu)良的親水整理劑。通常親水整理劑與纖維大分子不構(gòu)成化學(xué)鍵締合。用作親水整理劑的化合物應(yīng)具備下述性質(zhì)；〔1〕使處置后的纖維或織物具有良好的親水性；〔2〕不影響染色牢度；〔3〕耐久性好；〔4〕處置方法簡單。目前運(yùn)用的親水整理劑大致分為兩類。一類是丙烯酸系單體。在整理過程中，他們往往與纖維外表的大分子經(jīng)過引發(fā)游離基進(jìn)展接枝共聚。一類是親水整理劑商品。親水整理劑的構(gòu)造普通由兩個(gè)部分組成。第一部分就是親水性部分。這種親水性構(gòu)造普通要求耐洗滌，有耐久的親水效果，要可以使水在織物外表迅速分散，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。詳細(xì)來說，它們往往是聚醚類化合物或離子型外表活性劑。第二個(gè)組成部分是固著性部分。固著性部分普通要求能構(gòu)成柔軟的薄膜，或者其構(gòu)造是與合成纖維的分子構(gòu)造相類似的單元，例如：用于聚酯纖維的親水整理劑中的固著性部分往往是在整理過程中，經(jīng)過焙烘能和被整理的聚酰胺纖維構(gòu)成低的共熔結(jié)晶。綜上所述，纖維外表親水處置法的優(yōu)點(diǎn)是：①方法簡便，本錢低廉。②可以在根本堅(jiān)持纖維原有特性的情況下，添加纖維的吸濕性和吸水性。三、物理改性經(jīng)過物理改性方法使纖維獲得親水性的主要途徑主要有以下三種(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)展紡絲就可以得到親水性纖維。采用聚丙烯酰胺和聚丙烯腈共混制得高吸濕性的腈綸；用聚乙二醇衍生物、聚亞烷基二醇等親水性高聚物與聚酯共混可以得到高吸濕的聚酯纖維。復(fù)合纖維也屬于共混纖維的范疇。復(fù)合纖維就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、黏度或種類的不同，分別輸人同一紡絲組件，由同一噴絲孔擠出成型．從而使一根纖維同時(shí)具有兩種或兩種以上的組分。紡絲時(shí)，選擇一種親水性組分和一種疏水性組分。前者使纖維具有親水性，后者賦予纖維其他性能。由于兩種組分的物理化學(xué)性質(zhì)不同，復(fù)合纖維在吸濕、吸水后還往往顯示自然卷曲的性質(zhì)，使纖維具有良好的疏松性。(二)纖維微孔化纖維的聚合物組成和吸水性有親密關(guān)系，而纖維的物理構(gòu)造也是一個(gè)影響吸水性的重要因素。纖維微孔化的方法著眼于改動纖維的形狀構(gòu)造，使合成纖維也像棉、羊毛等天然纖維那樣，具有許多內(nèi)外貫穿的微孔，利用毛細(xì)管景象吸水。因此纖維微孔化方法只能改善纖維的吸水性。但是這類纖維具有密度小、枯燥快、保暖性好、耐污垢性能好等優(yōu)點(diǎn)。(三)纖維外表粗糙化普通來說，水分子不能在纖維的晶區(qū)分散，水分子僅能經(jīng)過非晶區(qū)，因此非晶區(qū)域越多，其構(gòu)培育越粗糙，水分子就容易吸附、分散、適水、透濕、放濕、放水等。經(jīng)過改動纖維截面外形，使之異型化和粗糙化、超細(xì)化，可以到達(dá)提高吸水性的效果。第四節(jié)親水性纖維的消費(fèi)一、親水性滌綸改善滌綸親水性的方法大致可分為兩類：一種是經(jīng)過共聚(包括接枝和嵌段共聚)、共混、外表涂層等引入親水性基團(tuán)；另一種是改動纖維截面外形、減少單絲特?cái)?shù)以及使纖維內(nèi)部具有微孔型構(gòu)造。(一)多孔型吸水滌綸的制造制造多孔型滌綸的方法可分為三種，見表11-4。溶出法制備多孔型親水滌綸的消費(fèi)工藝如下：(二)其他親水性滌綸的超備接枝改性滌綸：接枝共聚物常兼有骨架聚合物和構(gòu)成支鏈型聚合物的特性。利用這一特性，選擇具有親水性能的單體或聚合物作為支鏈在滌綸大分子上接枝，就可以賦予滌綸親水性能。外表處置的親水滌綸：用含有親水基團(tuán)的外表處置劑處置纖維或織物，也可改善它們的親水性，這些外表處置劑大致分為四類。第一類：非離子型乙氧基化的有機(jī)物、含有乙氧基的芳香族羧酸、聚酰胺類衍生物、具有不同鏈長的聚乙二醇-醚類衍生物。

第二類：陰離子型化合物、苯磺酸衍生物。第三類：陽離子型化合物、含有二羥基二甲基胺的脂肪酸類衍生物。第四類：丙烯酸類聚合物、丙烯酸與甲基丙烯酸的分散體系、丙烯酸與甲基丙烯酸酯混合體系。通常采用下面三種方法對纖維或織物進(jìn)展外表處置：1、使外表處置劑在纖維外表構(gòu)成耐久性皮膜外表處置劑普通是由兩種物質(zhì)組成的一個(gè)體系，其中一種物質(zhì)是含有親水基團(tuán)的水溶性聚合物，另一種是結(jié)合水溶性聚合物與纖維的交聯(lián)劑。如水溶性高分子化合物與三聚氰胺衍生物的組合所構(gòu)成的外表處置劑可以賦予纖維耐久的親水性。2、經(jīng)過熱處置使外表處置劑與纖維共結(jié)晶含有親水性基團(tuán)的化合物與聚酯纖維的共結(jié)晶是提供纖維耐久親水性的有效方法。運(yùn)用較多的是合有聚乙二醇-醚基團(tuán)的共聚物與聚酯纖維的共結(jié)晶。首先將含有聚乙二酵-醚基團(tuán)的共聚物溶解在水溶性乙烯基化合物中構(gòu)成外表處置劑。然后將纖維浸漬在外表處置劑中或?qū)⑼獗硖幹脛﹪婌F在纖維外表上，使纖維和外表處置劑兩者乳膠化。再經(jīng)過熱處置后，含有聚乙二醇-醚基團(tuán)的共聚物就結(jié)實(shí)地結(jié)合在纖維外表上。3、經(jīng)過在纖維外表構(gòu)成活性中心而發(fā)生化學(xué)反響(三)異型截面親水性滌綸的制造普通的滌綸截面為圓型，外表完好而光滑，沒有吸收和保管水分的才干。經(jīng)過在紡絲時(shí)改動噴絲孔的外形可紡制異形截面的纖維，如中空纖維、三角形纖維、三葉形纖維、c形纖維和L形截面的纖維等。使得纖維外表趨于不完好，不光滑，產(chǎn)生毛細(xì)景象而具有吸水才干；或者增大纖維的外表積，使纖維內(nèi)的親水基團(tuán)(在纖維內(nèi)含有親水基團(tuán)的情況下)更多地與人體外表接觸，提高吸濕性。此外，異形截面纖維由于纖維間的接觸面積小，紗線或長絲間的空隙率高。因此，由其制成的織物其透氣性可提高20％左右。二、親水性腈綸成孔的方法根本上有三大類：1．孔洞固定法將經(jīng)過拉伸、水洗的初級溶脹纖維先進(jìn)展汽蒸熱處置，然后再經(jīng)過枯燥工序。在微孔中的水分雖然蒸發(fā)，但微孔卻保管下來。在枯燥過程中沒有發(fā)生致密化景象。2．孔洞穩(wěn)定劑添加法在腈綸原液中參與一種物質(zhì)，待紡絲成型后，再設(shè)法從纖維中去除這種物質(zhì)，使纖維中出現(xiàn)無數(shù)微孔。這種能使纖維中產(chǎn)生微孔的物質(zhì)稱之為孔洞穩(wěn)定劑。這種方法的關(guān)鍵是尋覓適宜的孔洞穩(wěn)定劑。3．高聚物共混法在腈綸原液中混入少量的另一種高分子物，經(jīng)過紡絲成型就可以構(gòu)成微孔纖維。這種微孔纖維是一種共混合金纖維，利用二種高聚物的相分別，在相界面上構(gòu)成許多孔隙。三、親水性錦綸(一)大分子主鏈化學(xué)構(gòu)造的改性聚酰胺纖維的親水性隨著大分子中極性酰氨基團(tuán)-CONH-與非極性的亞甲基-CH2-比例而變化。在強(qiáng)堿性物質(zhì)存在下，進(jìn)展陰離于活化聚合成聚丁內(nèi)酰胺，(二)共聚法在聚酰胺纖維大分子中引入親水基團(tuán)-COOH，-NH2，-CN，-OH等，是提高聚酰胺纖維吸濕性最為有效的方法。把含有極性基團(tuán)的短鏈接枝在大分子鏈上的方法稱為接枝共聚法；把含有極性基團(tuán)的單體共聚入大分子主鏈那么稱為嵌段共聚法。1、接核共聚法杜邦公司用輻射引發(fā)聚合，將親水性組分在錦綸66長絲上接枝共聚獲得高吸濕性的纖維。接枝聚合大都是非均相反響，通常接枝反響發(fā)生在非晶區(qū)，因此接枝后纖維的力學(xué)性能只是稍有變化，而吸濕性、可染性有很大提高。2、嵌段共聚法3、改動纖維的物理構(gòu)造纖維的物理構(gòu)造是影響纖維親水性的重要要素。通常，水分子不能在纖維晶區(qū)分散，僅能經(jīng)過非晶區(qū)。纖維中非晶區(qū)含且高，纖維中存在微孔、中孔、外表粗糙，水分子容易被吸附、分散、透水、透濕，所以改動纖維截面外形，使之異形化、超細(xì)化、外表粗糙化、微孔化可以提高纖維的親水性。4、后整理加工作為纖維親水化后整理方法，一種是將具有親水基