高吸水性纖維

[編輯:Cyx]  [發布時間:2015-11-27 13:11:44]  []

　　高吸水性纖維是纖維狀高吸水性功能高分子材料，能夠吸收自重幾十至幾千倍的水分。與傳統吸水材料如脫脂棉、纖維素纖維相比，它不但擁有極高的吸水量，而且保水性強，即使在高壓下也不失水。制造高吸水性纖維的高吸水性樹脂是水溶性聚合物的延伸與拓展，它通過交聯、水解技術，具有低交聯度、高溶脹率、不溶于水的結構和性能特征。高吸水性樹脂是一個低交聯度的三維網絡，其主鏈或側鏈上含有親水基因如羧基。酰胺基、羥基、磺酸基等，其微觀結構因合成體系不同而呈現多樣性如海島型結構、蜂窩型結構和顆粒狀結構。
　　傳統吸水材料主要靠大分子鏈上的親水基團及材料中的孔隙達到吸水的目的，這種吸水方式的吸水量非常有限，且在壓力作用下纖維的保水性很差。而高吸水性高聚物則不同。WY Lee等對離子型高吸水性樹脂的吸水機理進行了探討，認為網絡內外的滲透壓差是樹脂大量吸水的關鍵；K NAKAMURA等運用DSC、NMR法分析樹脂凝膠中水的結合狀態時也證明了這一點；林潤雄等運用DSC、NMR法分析樹脂凝膠中水的結合狀態時也證明了這一點；林潤雄等運用Flory HUggins熱力學理論和溶液熱力學理論對高吸水性樹脂的吸水熱力學、動力學進行了探討；Zeng L等用NMR研究了高吸水性纖維與丙綸混紡織物的吸水特性。
　　高吸水性樹脂按原料可分為三大類：①淀粉系（淀粉接枝、羧甲基化等）；②纖維素系（纖維素羧甲基化、接枝等）；③合成聚合物系（包括聚丙烯酸系、聚乙烯醇系等）。其中聚丙烯酸（鹽）類占高吸水性樹脂總產量的80％以上。這類高分子交聯體屬于離子型電解質，吸水能力特別強，且貯運方便。
　　高吸水性聚合物在實際運用中主要有片狀、膜狀、粒狀、粉狀及纖維狀。其中纖維狀的吸水材料吸水表面積大、吸水速度快、柔軟、與皮膚接觸舒適，特別適合制造吸水性紡織品，使高吸水性材料獲得更廣泛的應用。

　　1 高吸水性纖維的制造
　　目前纖維狀高吸水材料的制造方法主要有兩種：
　　1．1纖維的親水化改性
　　纖維的親水化改性是目前制造高吸水性纖維最常用的方法。它是將一般纖維如棉纖維、粘膠纖維或合成纖維如聚乙烯酸纖維、聚酞胺纖維、聚丙烯睛纖維等通過物理或化學方法處理來提高其吸水性能。物理改性是將一般纖維與吸水性纖維混紡，也可在一般纖維中加人吸水性粉末，或者將高吸水性樹脂的分散溶液涂覆在一般纖維或纖維制品上以提高纖維的吸水率。章悅庭等將丙烯酸接技淀粉用NaOH處理后涂覆到非織造布上，制得的高吸水性非織造布每平方米可吸水幾十公斤，吸水速度比顆粒狀樹脂快很多，且手感柔軟。化學處理則是用一般纖維與反應性物質反應制取高吸水性纖維。如將聚乙烯醇纖維加至順丁烯二酸配的有機溶劑中，加熱使聚乙烯醇分子的側鏈一部分酯化，引人羧基，同時使分子間形成交聯結構，從而制得高吸水聚乙烯酸纖維。日本理上義治、小倉真人等用類似方法制得吸水倍率為110倍的水凝膠。用NaOH溶液處理后的聚丙烯睛纖維，經鹽酸中和，再用甲醛處理也可得到高吸水性的纖維。此外，纖維素的醚化及纖維素纖維、粘膠纖維接枝丙烯酸皆屬于纖維的化學法親水化改性。特別是改性纖維素纖維，不但原料豐富、價廉，而且力學性能好，因而具有非常廣闊的前景。
　　1.2高吸水性樹脂紡絲法
　　該法須先制得可紡性高吸水性樹脂，然后再紡絲成形制成纖維。目前可紡性高吸水性樹脂主要采用吸水性單體與非親水性（或親水性?。┪镔|共聚的方法制鑷。共聚使用的單位體主要是含氰基、酰胺基、酯基、羧酸基、磺酸鈉基等乙稀基的不飽和單體，如丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸鈉、甲基丙烯酸甲酯、亞甲基雙丙烯酰胺、對苯乙烯磺酸鈉等。聚合多采用乳液聚合（或反向乳液聚合）、懸浮聚合（或反向懸浮聚合）。有時亦采用溶液聚合。紡絲方法可分為溶液紡絲與熔融紡絲兩種。溶液紡絲是將上述聚合物溶解到有機溶劑中配成均勻的分散溶液，再經干法或濕法紡絲制成高吸水性纖維。選用的溶劑主要有硫氰酸鈉水溶液、二甲基甲酸胺、丙酮等。Westerink等用纖維素、磷酸（酐）等制成紡絲原液。采用濕法紡絲將其擠人含有丙酮的凝固浴中，制得吸水能力為10g（水）/g（纖維），吸鹽水能力為10g（鹽水）/g（纖維）的高吸水性纖維素纖維。熔融紡絲則是將高聚物熔融成粘流態后擠出成絲。例如在尼龍6中加人微量的聚丙烯酸鈉吸水劑，經熔融紡絲制得的改性尼龍6纖維的吸水及保水性都比純尼龍6纖維有較大提高。

　　2 高吸水性纖維用途
　　纖維狀高吸水材料吸水表面積大，吸水速度快，手感柔軟，大大拓寬了高吸水性材料的應用范圍，尤其適合制造高吸水性紡織品。其用途主要分為以下幾個方面：
　　2.1醫療衛生保健用品
　　據報道，個人衛生護理用品每年大約用去95％的吸水樹脂，采用高吸水性纖維制造的嬰兒尿片、成人失禁墊等不但吸收速率高、吸量大，而且更加舒適、貼膚；餐巾、抹布、手紙中加人高吸水性纖維也可大大提高其使用性能。表1對幾種衣料的吸水性能作了一個比較，從中可見添加了高吸水性纖維的貼身衣物能更有效地保持皮膚干爽，人體舒適感大大增加。

　　
　　在醫用方面，將高吸水性纖維用于手術墊、手術手套、手術上衣、手術棉等可以迅速吸收血液、體液，保持醫療環境的干爽、潔凈。將高吸水性纖維用于病床墊褥還可避免褥瘡。用人造纖維接技制成的止血栓現已大量用于臨床醫療。
　　2.2工業
　　含有高吸水性纖維的非織造布，具有平衡水分功能，在高濕度下能吸收水分，低溫度時又能釋放水分，用于內墻裝飾可有效地防止結露。吸收了大量水而成凝膠狀的高吸水性纖維亦可用來制造防火材料。如與易燃纖維混紡能改善其阻燃性，是制造消防服的良好材料。一些陰離子高吸水劑，如纖維素接枝丙烯腈水解物、纖維素接枝丙烯酸具有很高的重金屬離子吸附量，用這類纖維材料制成的濾布是理想的環保材料。
　　2.3食品
　　高吸水性纖維在食品加工中的應用為現代食品工業開創了一片新天地。用于食品中的高吸水性纖維一般是天然的食物纖維，如果膠、蛋白質等。用大豆蛋白與少量的高吸水劑——聚丙烯酸鈉共混，采用濕紡制得改性蛋白質纖維，添加到人造肉中，可以增加蛋白質的粘附力，大大改善人造肉的風味和口感，而且確保無毒。

　　3 高吸水性纖維發展前景
　　高吸水性纖維吸水面積大，吸水速度快，力學性能優異，用途廣泛，前景看好。但目前由于理論和技術上的原因，高吸水性纖維的生產遠遠不能滿足實際的需要。今后高吸水性纖維主要在以下幾個方面有很大的發展空間：
　　1.拓寬原材料范圍，豐富產品種類。如開發與無機材料混合的復合材料，或從纖維的吸水、吸濕、保水、耐鹽、吸香、吸放藥劑等專項功能方面開發新產品。
　　2.創新纖維成形技術。大多數的高吸水性聚合物都是交聯物，現有的紡絲技術遠遠不能滿足需求，如能進一步在紡絲技術上創新,必將為開發出更多的高吸水性纖維開辟一條廣闊道路。
　　3.加強應用開發的研究。高吸水性纖維的用途廣泛，可以說是有水的地方就有其用武之地目前最主要的用途還是在醫療衛生方面，如果進一步在其他方面拓寬其用途，必將給高吸水性纖維的發展注人活力。