高吸水纤维及其应用综述_许虎

日本东洋纺公司采用的是睛纶水解技术路线 , 而其
他 公 司 多采 用干 法 纺 丝技 术路 线 。 日本东 洋 纺 织公 司 已 研 制 出 吸水 能 力达到 棉 的 倍 以上 的 “ ” 高吸
部使 其 强力 性能得 到改 善 , 而纤 维 表面 又不 失舒 适感 即
高吸水纤维及其应用综述
总第
期
使纤维 芯部吸湿 , 纤维仍 能保持滑爽 , 因为外部有尼 龙 包援 。 该纤维 兼有吸水 性和放水性 ,抗静 电性较好等特
作为交联剂制成纺丝液 , 然后纺成纤维 , 也可 与其它纤
维共混制成优 良性能的复合纤维 。 美国杜邦公司研制的 名 为 “ 。。 ” 的纤 维 有 四道 凹槽 , 产 品规 格 为
和
简化 了卫生用品的制作工艺 , 使 吸水性材料获得更广泛
的应用 。
, 该纤维具有吸湿 、 可呼吸 、 速干等功能 。 大
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 倍 , 吸生理 盐水 倍率 达 倍。
造过程中混入特殊 的微孔形成剂进行熔体纺丝而形成的 ,
有优 良的吸汗快
高吸水纤维的制备方法
高吸水纤维 的制备方法主要有两种 , 即亲水性单体
的共 聚纺 丝法 和 常规纤 维 的亲水 性 改性 。
高吸水纤维 的吸水原理
第 一 , 从 化 学 角 度上 讲 , 纤 维 的 吸水 性 是纤 维 吸 收 液相水分 的性质 , 它主要取决于轻基 《 、 酞胺 基 、 狡基 日 、 氮基 亲 水基 团 当纤 维 中
共架纺 丝法 该方法是将含有亲水性单体的聚合体系通过共聚得
到 吸湿 和吸 水 性共 聚 物 , 再 将其 通 过熔 融 法 或者 溶 液 法
需求日益提高 。 高吸水纤维与传统吸水材料相 比 , 它不
但拥有较高 的吸水性 , 而且保水性较强 , 经水 中浸渍后
的纤维 , 即使离心脱水后仍能保持
以上的水分 , 在
一定的压力下使用也不易失水 。 高吸水纤维是通过交联
与水解技术制备 的 , 具有低交联度 、 高溶胀率 、 不溶于
水的结构 、 性能特征 。 超强吸水剂 多为粉状 、 粒状或块状 , 有许 多不利之 处 , 如生产和使 用过程中造成粉 尘污染 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 强度和完整性等 。 相对而言 , 纤维状高吸水材料表面积 大 、 吸水速率快 , 而且柔软 、 与皮肤接触舒适 , 吸水后 凝胶不流动 , 能保持吸水纤维原有的强度和完整性 , 还 能制备各种形式 的产品 , 特别是能制备吸水性纺织品 ,
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 一 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
第四 , 通过物理 改性在纤维表面形成微孔或形成表 面微孔与内部中空的结构 , 以达到吸水 的目的 。 可 以将
烯睛 纤 维 在 日 的 溶 液 中加 热 直 到 沸腾 , 回流 再 进 行 水解 , 之后 再 用一 定 浓 度 的盐 酸 中和 , 从 而 制 得高 吸 水 纤维 制 品 。 此 外 , 纤 维 素 的醚 化及 纤 维 素 纤维 、 粘 胶纤
送进纺丝机 中 , 加热不断熔融至粘流态后压入喷丝板而 挤 出成丝 , 通过冷却成形制得纤维 。
妇女衣料 、 运动衣及室内装饰物和工业用织物 。 日本水 上义胜 、 手岛勉制备的高吸水纤维是由含有 具有梭基
的乙烯基单体聚合单元 , 但是该聚合单元的一部分梭基
形成 盐或 盐和 如具有氨基的乙烯基单体 , 以及具
有狂基和氨基的乙烯基单体之类的单体形成 的聚合单元
的共 聚体 构成 的 。 该高吸水 性纤维具有优 良的高吸水
性 、 纤维基本不着色 、 对生理盐水 的吸水性优 良 , 可在
通常的纺织条件下生产 。 国内也有许 多关于高 吸水纤维 的相关研究 。 但只有 南通江潮纤维制品术 实现 了工业化生产 。 武汉农翔生物技术 有限公司研发 了一种魔芋高吸水性纤维 , 其特征为 由
应 , 聚乙烯醇分子侧链的一部分发生醋化 , 引入梭基 ,
同时大分子间形成 交联结构 , 制成高吸水性聚乙烯醇纤
维
吸水性粘胶 纤维是将粘胶 短纤维 加入含有氢 氧化
剂 主要有二 甲基 甲酞胺 、 硫氛酸钠水溶液 、 丙 酮等 。 等将纤维素 、 磷酸等制成纺丝原液 , 然后采用
湿法纺丝 , 从一定孔径的喷丝头喷出 , 将其挤进含有丙 酮的凝固浴 中 , 经过拉伸 、 水洗等处理后 , 制得每克纤
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天 津 纺 织 科 技
高吸水 纤维及 其应 用综述
许 虎 许 娟
天津工业大学材料科学与工程学院 , 天津市改性与功能纤维重点实验室
摘 关, 月
摘要 本文介绍 了高吸水纤维的国内外研究现状 、 主要制备方法 、 吸水原理及应用 。 高吸水 纤维 研究现状 应用
随着经济的高速发展和人民生活质量 的提高 以及环 保意识 的增强 , 吸水性材料 的应用范 围不断扩大 , 市场
魔芋精粉经胶体研磨 、 脱色精制后得到的魔芋微粉 , 其
特性粘度为 一 。 它是 以水为溶剂 , 按重量
维 。纤维中除了亲水基团直接吸收水分外 , · 已被吸着的 水另 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
点 。 “日 丫 日 ” 可 纯纺 或 与其 它纤 维混 纺 , 用于 内衣 、
因此适 当地控制水解温度 、 水解时间以及碱浓度 , 阻止 碱液渗透到纤维 内部 , 以防纤维的强度和伸长等品质遭 到破坏 , 从而使纤维具有吸水性 。 第二 , 纤维有一定的交联度 , 具有三维网络结构 , 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
阪 工 业 技 术 研 究 所 等 单 位 开 发 的聚 丙 烯 睛 纤 维 , 具 有优 良 的吸 水 吸 汗 性 。 日本 钟 纺 公 司 开 发 出 一种食 品包 装用高吸水纤维 , 商 品名称 为 “ ” ,
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
维 吸水 能 力 为 , 吸盐水能力为 的 高吸 水 纤 维 素 纤 维 。 熔 融 纺 丝则 是 将共 聚 物或 者聚 合 物 的混 合物 粉 末
钠 、 双 丙 烯酞 胺 、 丙 烯 酞胺 和 乙 酸组 成 的 水 溶 液 中 , 室
温下浸溃 分钟 , 经过滤后加热至
℃进行聚合反应 ,
再经过干燥 、 盐酸溶液 中和 、 过滤 、 甲醇洗净 、 干燥最 终制得吸水性纤维状产品 。 聚丙烯睛纤维的水解是聚丙
纺公 司 商 品名
已正式用作食 品包装材料 , 并取得了美国食品与药物管 理局 的认可 , 用这种高吸水 、 高吸湿的纤维 制成 的水 , 比原来使用
℃高温 , 即使 ,, , 公 司成 功 开发 出 一种
的研究开发工作 。 目前 , 国外主要有 家
“ 一 ” , 日本 东洋纺 和埃 克斯 兰
公司实现了高吸水纤维 的工业化生产 , 它们是 日本东洋 公司技术 、
分 。纤维内取向的线形大分子借助基团之间相互作用聚 集为较粗的分子束 ,分子束之间的非键合作用能小于大分 子链 的共价键能 , 在溶胀过程 , 类似撕裂纤维成形 , 分
裂成无数原纤 , 原纤之间存在交联网络结构 。 原纤之间 含有大量细长的空洞 , 可以吸收大量的水分 。 第三 , 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
的水 分子 。
比配 成 魔 芋 微 粉 的 浓 度 为 一
一 拉伸倍数为 的纺丝液 一
、 交联剂浓度 为
纺丝液经过滤 、 真空脱泡处理
后 , 经喷丝头挤 出 , 进入凝 固浴凝 固 , 同时进行拉伸 , , 最后要进行洗涤和干燥 , 从而制得 魔芋高吸水性纤维 。 中国纺织研究院研发的超吸水纤维 是 以丙烯酸 、 丙烯酸钠等丙烯酸醋在水溶液 中聚合制得
至吸水后凝胶化 , 即使承受一定的压 力 , 也不会散失掉
所 吸 收 的水分 。 英 国考 陶 尔纤 维 公 司 与英 国联 合 胶体 公
司合作研发了一种可 以吸收 自重
。 化学 公司研制 了可吸收 自重
倍 以上水的高吸水纤
一 倍 的水 的
维 , 该纤维是基于聚丙烯酸盐技术生产的 。 另外 , 美国 匕 纤维 , 该纤维是在聚梭酸中添加适量的多元醇
一般纤维与吸水纤维 混纺或加入成 孔剂制备搞 吸水纤 维 , 如 日本帝人 公 司开 发 的 “ 维 罗凯 ” , 是一 种含 有许
多从纤维表面到中空部分连通的微孔的中空纤维 , 该纤维具有较高的吸水速度和含水率 ,
干性 能 。
在制
制 品有限公 司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
“ 匕” , 美 国 公 司 商 品名 “ 和联 合胶 体 公 司技术 。
的非织造布 片材 , 每克可吸收
高 压也 能保 持 其水 分 。 日本
的纸 桨 片材 的 吸水 能力 高约 倍 , 可耐
公司 商品名
化 学公 司技术 及 , 英 国考 陶 尔
新型皮芯结构高吸水高放湿纤维 , 商 品名称为 ` , 丫
维接枝丙烯酸皆属于纤维 的化学法亲水化改性 。 特别是
进行纺丝 , 得到高吸水纤维 。 制备吸水性纤维所用单体
主要是含睛 基 一 、 醋基 一 、 甲基 丙烯 酸 甲醋 、 酸胺基 、 亚 甲基
一
日 、 狡基 一
日 、 磺酸盐基等乙烯基不饱和
单 体 , 如 丙烯睛
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高吸水纤维及其应用综述
双丙烯酞胺
、 对苯乙烯磺酸钠等 。共聚合实施的
反应性物质从而制得吸水性纤维 。 这方面 的研究相对较 多 , 如聚乙烯醇纤维 的改性 、 吸水性人造丝和聚丙烯睛 纤维的水解 。 聚乙烯醇纤维 的改性是将聚 乙烯醇纤维加 到顺丁二烯二酸配的有机溶剂 中 、 加热从而发生化学反
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 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 , 所 以它们对 水分 子有 着很 强 的亲 和力 ,
是 一种 同心 复 合 皮芯 型 的复 合 纤 维 , 皮 是 尼龙 , 芯是 由 公 司独 自开 发 的具 有 特殊 网状 结构 的 高 吸放湿 聚 合 物 。 这 种 皮 芯 结 构 使 纤 维 具 有 更 好 的功 能 性 和 舒 适
性 , 一 方 面芯 部使 之有 良好 的吸 放 湿 能力 , 另一 方面 皮
方法大多采用乳液聚合 或反相乳液聚合 、 悬浮聚合 或 反相悬浮聚合 , 有时也采用溶液聚合 。 纺丝的方法包括 溶液纺丝与熔融纺丝两种 。 溶液纺丝法分为湿法纺丝和
干法纺丝 。 目前的吸水性纤维通 常采用湿法纺丝 。溶液
纺丝是将上述聚合物溶解在有机溶剂中配成均匀的分散 溶液 , 再经干法或湿法纺丝制成高吸水纤维 。 选用的溶
水纤维 。 该纤维是 以聚丙烯睛系纤维为原料 , 碱性水解 处理 占纤维 睛 系纤维的 的表层部分 , 表层部分则成为 了含有攒 的芯部是没有发生变化的 , 从而保 留了 基 的水溶性高分子的交联体 , 具有高吸水性能 。 聚丙烯 纤维的性能 。 表层部分和芯部的层间结构是连续的化学
变化 , 通 过 化 学方 式进 行 结合 。 该 纤维 吸水 时 , 表 面水 溶 性 的高 聚 物分 子 间进 入 水分 后 , 纤 维 会 径 向膨 胀 , 直