高吸水纤维 2

高吸水纤维
1综述
长期以来人类在对水的保存和利用中，发现了许多吸水和吸湿材料，如脱脂棉、海绵、明胶、氯化钙、活性炭、硫酸等。

这些材料虽然来源广、价廉易得，但吸水能力较弱，一般只能吸收自重几倍至几十倍的水，并且保水能力差。

阁此随着社会的不断发展，这些吸水材料已远远不能满足人类生产和生活的需要，因此有必要开发吸水性能和保水性能更好的材料。

高吸水纤维是在高吸水树脂的基础上发展起来的一种功能性纤维。

高吸水纤维具有吸水能力寿、保水能力强，吸水后仍具有较好的强度，能保持纤维吸水后的完整性，而且易于加工的特点，因此高吸水纤维应用前景广阔。

高吸水树脂通常是粉末状的，应用时通常将其均匀地分散在基材上做成产品，因此产品的生产过程中粉末不固定，易移动，铺展不均匀，影响吸水后的强度和完整性，并且在生产和使用过程中易造成粉尘污染。

高吸水纤维的出现弥补了高吸水树脂的一些不足之处。

2分类
高吸水纤维根据原料与制备方法可以分为以下四类：
(1)纤维素类
通过对纤维素进行化学改性，将强亲水性的羧基引入纤维素的大分予链，进行羧甲基化，可制得吸水倍率达10倍以上的吸水纤维。

(2)聚羧酸类
以聚羧酸和羧酸的共聚物为主要原料，添加其它可纺性较好的聚台物纺丝制备高吸水纤维。

所制备的高吸水纤维可热交联，也可加入适量的多元醇交联。

常用的不饱和羧酸单体主要有丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸等。

(3)聚丙烯腈类
通过对腈纶纤维的外层进行选择性亲水改性，改性后的外层和未发生变化的内层共同构成皮芯结构高吸水纤维。

(4)改性聚乙烯醇类
聚乙烯醇是一种有大量亲水基团的聚合物，它具有水溶性，不能吸收大量的水分，向聚乙烯醇分子内引入羧基后，可以制得吸水能力为100倍
左右的高吸水纤维。

3高吸水纤维的吸水机理
纤维的吸水性是纤维吸收液相水分的性质，它主要取决于羟基（–OH）、氨基（–NH2）、酰胺基(–CONH–)、羧基(–COOH)亲水基团的数量和
种类，通过它们建立氢键与水分子的缔合，使水分子失去热运动能力，
暂时存留在纤维上，当纤维中大分子化学结构中有亲水性基团存在时，它们能与水分子形成水合物；另外还取决于纤维内部微孔、缝隙和纤维之间的毛细孔隙，微孔结构的形成既可成倍地增加比表面积，通过表面效应依靠范德华力吸附水分子，又可通过毛细管效应吸收和传递水分。

纤维表面具有凹槽或断面异形化，不仅增加了表面积，使纤维表面吸附水分增加，还使纤维间毛细空隙保持的水分增加，因此异形纤维和表面凹凸化的纤维其吸水倍率高于同组分的表面光滑、圆形截面的纤维。

纤维中除了亲水基团直接吸收水分外，已被吸着的水分子，由于它们也是极性的，因而有可能再与其它的水分子相互作用。

这样，后来被吸着的水分子，积聚在第一批水分子上面，形成多层分子吸着，称为间接吸着的水分子。

4制造方法
4.1纤维同吸水树脂复合法制造吸水纤维复合法是指通过纤维表面与吸水树脂进行化学反应制造吸水纤维及纤维改性制成吸水纤维的方法。

此类方法生产的高吸水纤维强度和完整性均较好，且吸水速度快，是一类较好的方法。

4.2后加工法
后加工法是指将非织造布等纤维基材浸渍聚合物单体水溶液后进行聚
合或将聚合物水溶液涂到基材上后再使之交联的方法。

4.3单纺及混纺
4.3.1单纺法
单纺必须是先制得可纺性高吸水树脂，然后再纺丝形成高吸水纤维。

目前可纺性高吸水树脂脂主要采用吸水性单体与非亲水性(或亲水性小)
物质共聚的方法制取。

共聚使用的单体主要是含氰基、酰胺基、酯基、羧酸基、硫酸钠基等乙烯基的不饱和单体。

聚合采用乳液聚合(或反向乳液聚合)、悬浮聚合(或反悬浮聚合)或溶液聚合。

纺丝方法可分为溶液纺丝与熔融纺丝。

Wbst舐11k等用纤维素、磷酸(酐)等制成纺丝原液，采用湿法纺丝将其挤入含有丙酮的凝固浴中，制得吸水能力为109(水)／g(纤维)，吸盐水能力为109(盐水)／g(纤维)的高吸水性纤维素纤维。

熔融纺丝则是将高聚物熔融成粘流态后挤出成丝
4.3.2混纺法
混纺法是指将两种或两种以上的聚合物纺制成纤维的方法。

美国Ac∞公司开发出将高吸水聚合物纺成纤维的技术，即具有一个或两个羧基(或者可转变为羧基的官能团)的a，B一不饱和化合物(如丙烯酸、马来酸酐等)聚合后，用碱中和部分高聚物上的羧基，再与具有两个以上羟基的
化合物或至少具有一个羟基和一个氨基的化合物混合，然后纺成纤维，经热处理交联固化得到高吸水纤维的过程。

4.4涂布法生产吸水纤维
涂布法是指将高吸水聚合物涂敷到纤维基材上制成吸水性纤维材料，通常用粘合剂固定吸水树脂。

严格说这只是粉末状吸水树脂的一种加工工艺，可以看成是一种物理改性方法制备吸水纤维。

5高吸水纤维的应用
5.1生理卫生用品
由于高吸水纤维具有良好的吸水性、保水性，因而作为一次性尿布、卫生巾、医用敷料中的高吸收材料是非常适合的。

它不仅可使生理卫生用品保持较好的吸水性，而且可使制品做得比含高吸水树脂粉末的制品更薄、更柔软，无粒状物泄出，减轻湿疹等皮肤病。

5.2防止结霜用材料
高吸水纤维具有呼吸性(即吸湿放湿性)，可用于包装袋内、室内墙纸、天花板及集装箱内，以防止内部环境过湿而产生结露，使袋内、室内的东西不发霉，不变质。

5.3油水分离材料
以往除去工业用油及化学药品中的水分要靠离心分离、沉淀分离、蒸馏等手段，能耗大，成本高。

若用高吸水纤维制成的油水分离材料也可达到上述目的，并节约能耗。

目前该油水分离材料用于两个方面，一种是除去润滑油等工业用油中的微量水分。

另一种是与亲油材料复合，制成既亲油，又易脱油的分离材料，用于船舶、陆上油污水的分离回收。

5.4农林、园艺用保水材料
高吸水纤维在农业及园艺方面具有潜在的应用前景，可使土壤水分不易流失，而且缓慢释放水分，节约了人工，减轻了劳动强度。

同时高吸水纤维吸水时产生膨润，放湿时发生收缩，使土壤透气性增加，有改良土壤的怍用。

5.5离子交换材料
用高吸水纤维制成的离子交换材料，交换速度快，再生时间短，可除去水中的Cu2+、M92+、Cs2+等金属离子。

5.6保鲜材料
用高吸水非制造布与薄膜复合，制成蔬菜水果等包装袋，可起到保水、以防水果蔬菜干枯的作用。

5.7吸热阻火材料
高吸水纤维制品，在热的作用下，其中吸收的水分会变成水气，同时吸
收大量的热，从而用于阻火、冷却等方面。

6 高吸水纤维的研究进展
由于高吸水纤维具有很多优越性，国内外对高吸水纤维做了大量的研究开发工作。

目前，全球总共有3 家高吸水纤维的生产厂家，它们是日本东洋纺公司、英国TAL 公司以及美国Camelot super absorbents 公司。

日本东洋纺公司采用的是腈纶水解技术路线，而其他公司多采用干法纺丝技术路线。

钟纺合纤公司的年生产能力达到3500t。

日本东洋纺织公司已研制出吸水能力达到棉的300 倍以上的“Lanseal”高吸水纤维。

大阪工业技术研究所等单位开发的聚丙烯腈纤维Swift 和Colax，具有优良的吸水吸汗性。

日本Unitika 公司成功开发出一种新型皮芯结构高吸水高放湿纤维，商品名称为“HYGRA”，是一种同心复合皮芯型的复合纤维，皮是尼龙，芯是由Unitika 公司独自开发的具有特殊网状结构的高吸放湿聚合物。

“HYGRA”可纯纺或与其它纤维混纺，用于内衣、妇女衣料、运动衣及室内装饰物和工业用织物。

另外，美国杜邦公司研制的名为“Coohnax”的纤维有四道凹槽，产品规格为1.54dtex，该纤维具有吸湿、可呼吸、速干等功能。

国内也有许多关于制备高吸水纤维的相关研究。

但只有南通江潮纤维制品有限公司(商品名“白兰”，中国纺织科学研究院技术)实现了工业化生产。

中国纺织研究院研发的超吸水纤维是以丙烯酸、丙烯酸钠等丙烯酸酯在水溶液中聚合制得共聚物水溶液；将共聚物水溶液和聚乙烯醇水溶液分别作为皮层或芯层，经皮-芯型复合喷丝头挤出，进行干法纺丝，再经过热交联得到超吸水纤维。

南通中银纤维制品有限公研制的超吸水纤维是用丙烯酸系原料单体与增韧材料加水一次性投料、加压、分段控制，再进行共聚共混、脱单体脱泡、挤出喷丝、流变态拉伸、固化成型、热交联处理，最后制得超吸水纤维，该纤维吸纯水倍率高达220倍，吸生理盐水倍率达55 倍。

中国石油化工股份有限公司与天津工业大学合作研发的共聚丙烯腈高吸水纤维是将共聚丙烯腈溶液通过湿法纺丝制得共聚丙烯腈纤维，再将所得的纤维在松弛状态下沸水浴处理后进行热交联，得到高吸水纤维
7 市场需求
高吸水纤维的市场需求近年来，我国对高吸水高分子材料的需求逐年增大，对其质量也日益提高，加快高吸水高分子材料的研究对我国有着非常重要的意义。

主要需作好以下四方面的工作：一是寻求价格低廉的原材料，二是保证产品的绿色环保性，三探讨高效的合成工艺，四是开发高性能的产品。

总之，高吸水纤维提供了以往高吸水材料不可能的使用方法及不可能的产品设计，不仅可为高吸水材料已有应用领域提供更高
性能的产品，而且开辟了许多新的用途，不论是对于现有市场还是全新市场，都具有十分诱人的前景。