12 亲水性纤维及纺织品 产业用功能纤维及纺织品 教学课件.ppt

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1、第十二章第十二章 亲水性纤维及纺织品亲水性纤维及纺织品第一节第一节 概概 述述 合成纤维具有许多优良特性，在机械性能、物理和化学性质等方面，许多指标都超过了天然纤维。 与天然纤维相比，大多数合成纤维是疏水性的，吸湿性和透气性差，易产生静电，易沾污和易燃等，制成衣料在服用过程中不如天然纤维舒适。第一节第一节 概概 述述 天然纤维棉、麻、丝、毛均属于亲水性纤维，而合成纤维涤纶、腈纶、丙纶均为疏水性纤维。 为改进合成纤维的亲水性，最早采用方法是与天然纤维混纺。 1967年，德国拜耳公司开发出一种在水中不溶胀的亲水性聚丙烯腈纤维，该纤维具有皮芯双重结构，芯部沿纤维有许多微孔，皮层也有导孔与芯部连通。第

2、二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性由人体皮肤表面分泌出来的水分有两种形式一、亲水性： 指纤维吸收水分并将水分向邻近纤维输送的能力。 气态的湿气 液态的汗水二、纤维亲水性机理二、纤维亲水性机理1 1、吸湿性机理、吸湿性机理第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性 吸湿性：吸湿性：气态水分受到纤维表面和内部的化学及物理作用而气态水分受到纤维表面和内部的化学及物理作用而被吸收，这种性质称为纤维的吸湿性。被吸收，这种性质称为纤维的吸湿性。 吸湿性主要取决于纤维的化学结构。吸湿性主要取决于纤维的化学结构。 吸湿率吸湿率：单位质量的绝干纤维在一定温度湿度条件下所能吸：单位质量的绝干纤维在一定温度湿度条件下

3、所能吸收的水分量。收的水分量。 纤维模量、强度、弹性回复等均因吸湿降低；纤维吸湿性好，纤维模量、强度、弹性回复等均因吸湿降低；纤维吸湿性好，不易产生静电；纤维吸水后，耐热性减弱。不易产生静电；纤维吸水后，耐热性减弱。二、纤维亲水性机理二、纤维亲水性机理2 2、吸水性机理、吸水性机理第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性 吸水性：吸水性：液态水分在纤维表面扩散，被纤维中的空隙、毛细液态水分在纤维表面扩散，被纤维中的空隙、毛细管和纤维之间的空隙所吸收，这种性质称为纤维的吸水性。管和纤维之间的空隙所吸收，这种性质称为纤维的吸水性。 吸水性强弱既与纤维化学结构有关，也与物理结构相联系。吸水性强弱既与纤

4、维化学结构有关，也与物理结构相联系。对于疏水性纤维，物理结构起主要作用。对于疏水性纤维，物理结构起主要作用。 保水率保水率来表示纤维吸水性来表示纤维吸水性三、影响纤维亲水性的主要因素三、影响纤维亲水性的主要因素第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性 极性基团：极性基团：羧基羧基-COOH-COOH、酰胺基、酰胺基-CONH-CONH-、羟基、羟基-OH-OH、氨基、氨基-NH-NH2 2。 纤维高分子结构中亲随行基团的数目越多，基团的极性越强，纤维高分子结构中亲随行基团的数目越多，基团的极性越强，纤维的亲水性越好。纤维的亲水性越好。部分极性基团的亲水性大小顺序：部分极性基团的亲水性大小顺序：

5、-COO-COO- - -NH -NH3 3+ + -NH -NH2 2 -COOH -COOH 三、影响纤维亲水性的主要因素三、影响纤维亲水性的主要因素第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性 物理结构物理结构一般认为，在纤维高分子的结晶区和高序区，活性基团之间形成一般认为，在纤维高分子的结晶区和高序区，活性基团之间形成交联，如氢键，所以水分子不容易渗入结晶区，呈现疏水性。交联，如氢键，所以水分子不容易渗入结晶区，呈现疏水性。在非晶区或低序区以及形态结构粗糙、微孔或空隙很多的区域，在非晶区或低序区以及形态结构粗糙、微孔或空隙很多的区域，水分子易于扩散和停留，表现为亲水性。水分子易于扩散和停留，

6、表现为亲水性。晶区大小：晶区小，晶粒表面积大，晶粒表面未键合亲水基团多晶区大小：晶区小，晶粒表面积大，晶粒表面未键合亲水基团多四、纤维吸收水分后性能的变化四、纤维吸收水分后性能的变化第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性（一）吸着热和润湿热（一）吸着热和润湿热微分吸着热微分吸着热Q Q：一无限质量的纤维材料在给定回潮率下吸收：一无限质量的纤维材料在给定回潮率下吸收1g1g水时所放出的热量。水时所放出的热量。纤维纤维+ +蒸汽蒸汽纤维纤维+ +液态水液态水纤维纤维+ +吸收的水量吸收的水量QvQvL LQ QL LQvQv = Q = QL L + L + LL L：作用温度下水的冷凝潜热，：作

7、用温度下水的冷凝潜热，又称膨胀热又称膨胀热四、纤维吸收水分后性能的变化四、纤维吸收水分后性能的变化第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性（一）吸着热和润湿热（一）吸着热和润湿热积分吸着热积分吸着热W W（润湿热）：表示干燥的、质量为（润湿热）：表示干燥的、质量为1g1g的纤维材料的纤维材料在给定的回潮率下完全浸湿时释放的热量。在给定的回潮率下完全浸湿时释放的热量。drdWQL100r r：回潮率：回潮率四、纤维吸收水分后性能的变化四、纤维吸收水分后性能的变化第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性（二）纤维的膨胀（二）纤维的膨胀具有亲水性基团的纤维在吸湿吸水后，体积发生变化，横向具有亲水性基团的

8、纤维在吸湿吸水后，体积发生变化，横向和纵向发生膨胀，随之引起纱线和织物的大小、形状、挺直度、和纵向发生膨胀，随之引起纱线和织物的大小、形状、挺直度、透气性和密度的变化。透气性和密度的变化。四、纤维吸收水分后性能的变化四、纤维吸收水分后性能的变化第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性（三）纤维力学性能的变化（三）纤维力学性能的变化水分进入纤维内部改变了分子间作用力，从而使强度下降，水分进入纤维内部改变了分子间作用力，从而使强度下降，断裂伸长增加。所以随着回潮率增加，纤维塑性形变增加，容断裂伸长增加。所以随着回潮率增加，纤维塑性形变增加，容易变形，柔软，纤维表面的摩擦系数也随着回潮率增加而增大。易

9、变形，柔软，纤维表面的摩擦系数也随着回潮率增加而增大。（四）纤维的电学性能（四）纤维的电学性能纤维回潮率较大可使纤维电阻和介电系数明显下降。纤维回潮率较大可使纤维电阻和介电系数明显下降。五、纤维亲水性与服用舒服性的关系五、纤维亲水性与服用舒服性的关系第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性从生理角度考虑，纤维制成的衣料在使用时能调节体温和保从生理角度考虑，纤维制成的衣料在使用时能调节体温和保护机体。护机体。不感蒸发：不感蒸发：当环境温度低于当环境温度低于25-2825-28时，对流和辐射等非发时，对流和辐射等非发汗蒸发传热是主要的，此时体内水分经皮肤向外界传输的过程。汗蒸发传热是主要的，此时体内

10、水分经皮肤向外界传输的过程。感知蒸发感知蒸发：如果环境温度在：如果环境温度在3030以上，环境与人体的温差小，以上，环境与人体的温差小，发汗蒸发作用就成为主要的体温调节形式。发汗蒸发作用就成为主要的体温调节形式。五、纤维亲水性与服用舒服性的关系五、纤维亲水性与服用舒服性的关系第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性人体处于静止状态下，不感蒸发量约为人体处于静止状态下，不感蒸发量约为15g/(m15g/(m2 2h h）；人体所）；人体所处环境温度较高或从事重体力活动，从人体蒸发出来的水分量，处环境温度较高或从事重体力活动，从人体蒸发出来的水分量，约约10015g/(10015g/(m m2 2h

11、 h） 。不感蒸发和感知蒸发示意图。不感蒸发和感知蒸发示意图。衣服材料衣服材料皮肤表面皮肤表面防水（干燥）防水（干燥）透水透水吸水吸水身体身体身体身体外界外界放湿（干燥）放湿（干燥）透湿透湿吸湿吸湿无感觉蒸发无感觉蒸发 气相水分气相水分有感觉蒸发排泄有感觉蒸发排泄 液相水分液相水分五、纤维亲水性与服用舒服性的关系五、纤维亲水性与服用舒服性的关系第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性从皮肤表面蒸发的气态水分，首先被纤维材料所吸湿，然后从皮肤表面蒸发的气态水分，首先被纤维材料所吸湿，然后由材料表面放湿。同时，纤维内部的空洞（微孔、毛细孔、表由材料表面放湿。同时，纤维内部的空洞（微孔、毛细孔、表面缺

12、陷等）以及纤维之间的空隙所产生的毛细管效应，也使水面缺陷等）以及纤维之间的空隙所产生的毛细管效应，也使水分在材料中吸附、扩散和放湿。前一种作用主要与纤维大分子分在材料中吸附、扩散和放湿。前一种作用主要与纤维大分子化学结构有关，后一种作用则与纤维的物理结构有关。化学结构有关，后一种作用则与纤维的物理结构有关。水分迁移能力和放湿能力除取决于纤维的特性外，纤维的密水分迁移能力和放湿能力除取决于纤维的特性外，纤维的密度、重量、组织及商品设计的影响也很大。度、重量、组织及商品设计的影响也很大。五、纤维亲水性与服用舒服性的关系五、纤维亲水性与服用舒服性的关系第二节第二节 纤维的亲水性纤维的亲水性用疏水性的

13、合成用疏水性的合成纤维作表层，亲水纤维作表层，亲水性的天然纤维作里性的天然纤维作里层，这样制成的双层，这样制成的双重结构的运动服以重结构的运动服以及布表面凹凸的绉及布表面凹凸的绉纱内衣。纱内衣。 ) ( ) (贯通中空的微孔贯通中空的微孔中空部中空部水水纤维纤维高吸水涤纶微孔吸水过程高吸水涤纶微孔吸水过程一、概述一、概述第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法 要使合成纤维亲水，总的方向是要使合成纤维在保持原有基要使合成纤维亲水，总的方向是要使合成纤维在保持原有基本特征的基础上，具有类似天然纤维的亲水性能。本特征的基础上，具有类似天然纤维的亲水性能。 使合成纤维具有类似天然纤维的亲水

14、基团和亲水结构。使合成纤维具有类似天然纤维的亲水基团和亲水结构。 引入亲水性基团；引入孔隙、微孔、裂缝。引入亲水性基团；引入孔隙、微孔、裂缝。 合成纤维亲水化方法：合成纤维亲水化方法： 化学方法：与亲水性单体共聚、亲水性单体介质改性、纤维表面亲水化处化学方法：与亲水性单体共聚、亲水性单体介质改性、纤维表面亲水化处理、与亲水组分共混及含亲水性组分的符合纤维。理、与亲水组分共混及含亲水性组分的符合纤维。 物理方法：使纤维具有多孔结构、表面粗糙化、横截面异形化等。物理方法：使纤维具有多孔结构、表面粗糙化、横截面异形化等。二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（一）

15、大分子结构的亲水化（一）大分子结构的亲水化 通过均聚或共聚在纤维大分子链上引入亲水性基团通过均聚或共聚在纤维大分子链上引入亲水性基团 对于聚酰胺，分子结构中存在亲水性基团酰胺基。但聚酰胺对于聚酰胺，分子结构中存在亲水性基团酰胺基。但聚酰胺6 6或聚酰胺或聚酰胺6666的吸湿性与棉纤维相比差别很大。主要原因之一是酰的吸湿性与棉纤维相比差别很大。主要原因之一是酰胺基在整个大分子的比例太少胺基在整个大分子的比例太少二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（一）大分子结构的亲水化（一）大分子结构的亲水化纤维种类 单体名称大分子基本结构式吸湿率%相对湿度65%相对湿度1

16、00%聚酰胺4丁内酰胺NH(CH2)3COn9.112.8聚酰胺6己内酰胺NH(CH2)5COn4.34.79.511.0聚酰胺8辛内酰胺NH(CH2)7COn1.71.83.94.2聚酰胺10 癸内酰胺NH(CH2)9COn1.251.43.94.2聚酰胺12 十二内酰胺 NH(CH2)11COn1.31.52.7二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（一）大分子结构的亲水化（一）大分子结构的亲水化 在聚酰胺大分子结构中，亚甲基的数量越少，纤维的吸湿性在聚酰胺大分子结构中，亚甲基的数量越少，纤维的吸湿性越好。聚酰胺纤维的结晶度及晶区大小对纤维吸湿性有明显影

17、响越好。聚酰胺纤维的结晶度及晶区大小对纤维吸湿性有明显影响 通过共聚的途径，改变大分子结构的规整性，从而适当降低通过共聚的途径，改变大分子结构的规整性，从而适当降低纤维结晶度或缩小晶区的方法。虽然少量其他单体的加入，使得纤维结晶度或缩小晶区的方法。虽然少量其他单体的加入，使得酰胺数目减少，但是处于游离状态、能够形成氢键与水分子缔合酰胺数目减少，但是处于游离状态、能够形成氢键与水分子缔合的酰氨基数目反而增多。的酰氨基数目反而增多。二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（一）大分子结构的亲水化（一）大分子结构的亲水化 通过在纤维大分子主链中引进亲水性基团改进纤维

18、亲水性的通过在纤维大分子主链中引进亲水性基团改进纤维亲水性的方法，对其他合成纤维亦同样适用。方法，对其他合成纤维亦同样适用。 聚酯纤维是一种结晶性纤维，大分子主链上不含亲水性基团，聚酯纤维是一种结晶性纤维，大分子主链上不含亲水性基团，是疏水性的，吸湿性差，易产生静电。采用共聚的方法在聚酯大是疏水性的，吸湿性差，易产生静电。采用共聚的方法在聚酯大分子链上引入亲水性基团改进纤维亲水性。分子链上引入亲水性基团改进纤维亲水性。二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（二）与亲水性物质接枝共聚（二）与亲水性物质接枝共聚 接枝是指在有一种或几种单体生产的大分子主链上接上由

19、另接枝是指在有一种或几种单体生产的大分子主链上接上由另一种单体组成的支链的共聚反应。一种单体组成的支链的共聚反应。 通过通过CoCo6060放出的放出的射线进行辐射，可将丙烯酸接枝到聚酰胺射线进行辐射，可将丙烯酸接枝到聚酰胺6 6纤维上。丙烯酸钠盐接枝的纤维回潮率最高，且接枝量越高，回纤维上。丙烯酸钠盐接枝的纤维回潮率最高，且接枝量越高，回潮率一般也越高。潮率一般也越高。二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（三）纤维表面的亲水化（三）纤维表面的亲水化 合成纤维表面亲水处理，可以是在纤维状态进行表面处理，合成纤维表面亲水处理，可以是在纤维状态进行表面处理，也

20、可以是对合成纤维织物进行表面处理。也可以是对合成纤维织物进行表面处理。 亲水性整理剂的化合物应具备下述性质亲水性整理剂的化合物应具备下述性质 使处理后的纤维或织物具有良好的亲水性使处理后的纤维或织物具有良好的亲水性 不影响染色牢度不影响染色牢度 耐久性好耐久性好 处理方法简单处理方法简单二、化学改性二、化学改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（三）纤维表面的亲水化（三）纤维表面的亲水化目前使用的亲水整理剂大致分为两类目前使用的亲水整理剂大致分为两类 一类是丙烯酸系单体。在整理过程中，他们往往与纤维表面一类是丙烯酸系单体。在整理过程中，他们往往与纤维表面的大分子通过引发游离基进

21、行接枝共聚。的大分子通过引发游离基进行接枝共聚。 另一类是亲水整理剂商品。另一类是亲水整理剂商品。 亲水整理剂结构一般由两个部分组成，第一部分是亲水性部分，这种结构亲水整理剂结构一般由两个部分组成，第一部分是亲水性部分，这种结构一般要求耐洗涤，有持久的亲水效果，要能使织物表面迅速扩散，且化学性一般要求耐洗涤，有持久的亲水效果，要能使织物表面迅速扩散，且化学性质稳定；第二部分是固着性部分，固着性部分一般要求能形成柔软的薄膜。质稳定；第二部分是固着性部分，固着性部分一般要求能形成柔软的薄膜。三、物理改性三、物理改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（一）与亲水性物质共混（一）与亲水

22、性物质共混 共混是在纺丝之前，把亲水性物质混入高聚物熔体或高聚物共混是在纺丝之前，把亲水性物质混入高聚物熔体或高聚物浓溶液，然后按常规纺丝方法进行纺丝。浓溶液，然后按常规纺丝方法进行纺丝。 复合纤维也属于共混纤维的范围。复合纤维是将两种或两种复合纤维也属于共混纤维的范围。复合纤维是将两种或两种以上成纤高聚物熔体或浓溶液利用其组成、配比、黏度或品种的以上成纤高聚物熔体或浓溶液利用其组成、配比、黏度或品种的不同，分别输入同一纺丝组件，由同一喷丝孔挤出成型，从而使不同，分别输入同一纺丝组件，由同一喷丝孔挤出成型，从而使一根纤维具有两种或两种以上的组分。一根纤维具有两种或两种以上的组分。三、物理改性三

23、、物理改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成纤维亲水化方法（二）纤维微孔化（二）纤维微孔化 纤维微孔化的方法着眼于改变纤维的形态结构，使合成纤维纤维微孔化的方法着眼于改变纤维的形态结构，使合成纤维也像棉、羊毛等天然纤维那样，具有许多内外贯通的微孔，利用也像棉、羊毛等天然纤维那样，具有许多内外贯通的微孔，利用毛细管现象吸水。因此，纤维微孔化的方法只能改善纤维的吸水毛细管现象吸水。因此，纤维微孔化的方法只能改善纤维的吸水性。性。 这类纤维密度小、干燥快、保暖性好、乃污垢性能好等优点。这类纤维密度小、干燥快、保暖性好、乃污垢性能好等优点。三、物理改性三、物理改性第三节第三节 合成纤维亲水化方法合成

24、纤维亲水化方法（三）纤维表面粗糙化（三）纤维表面粗糙化 一般来说，水分子不能在纤维的晶区扩散，水分子仅能通过一般来说，水分子不能在纤维的晶区扩散，水分子仅能通过非晶区，因此非晶区域越多，结构越粗糙，水分子就容易吸附、非晶区，因此非晶区域越多，结构越粗糙，水分子就容易吸附、扩散、透水、透湿、放湿、放水等。扩散、透水、透湿、放湿、放水等。 通过改变纤维截面形状，使之异型化和粗糙化、超细化，可通过改变纤维截面形状，使之异型化和粗糙化、超细化，可以达到提高吸水性的效果。以达到提高吸水性的效果。 实现纤维截面异型化，对熔纺纤维可以通过喷丝孔上孔的异实现纤维截面异型化，对熔纺纤维可以通过喷丝孔上孔的异型化

25、来实现。型化来实现。一、亲水性涤纶一、亲水性涤纶第四节第四节 亲水性纤维的生产亲水性纤维的生产（一）多孔型涤纶的制造（一）多孔型涤纶的制造 可分三种方法：溶出法、发泡法、相分离法。可分三种方法：溶出法、发泡法、相分离法。 改善涤纶亲水性的方法大致可分为两类：改善涤纶亲水性的方法大致可分为两类： 1.1.共聚、共混、表面涂层等引入亲水性基团共聚、共混、表面涂层等引入亲水性基团 2.2.改变纤维截面形状、减少单丝特数以及使纤维内部具有改变纤维截面形状、减少单丝特数以及使纤维内部具有微孔型结构。微孔型结构。一、亲水性涤纶一、亲水性涤纶第四节第四节 亲水性纤维的生产亲水性纤维的生产（二）其他亲水性涤纶

26、的制备（二）其他亲水性涤纶的制备 接枝改性涤纶接枝改性涤纶 表面处理的改性涤纶表面处理的改性涤纶 异型截面亲水涤纶异型截面亲水涤纶二、亲水性腈纶二、亲水性腈纶第四节第四节 亲水性纤维的生产亲水性纤维的生产 由于腈纶大分子之间的聚集态结构，腈纶分子结构中的氰基由于腈纶大分子之间的聚集态结构，腈纶分子结构中的氰基很少与水分子缔合。很少与水分子缔合。 初生纤维中存在许多微孔，随着拉伸、干燥、热定型等工序初生纤维中存在许多微孔，随着拉伸、干燥、热定型等工序进行，纤维中微孔基本上致密化而大部分消失。进行，纤维中微孔基本上致密化而大部分消失。 多孔性吸水腈纶的开发多孔性吸水腈纶的开发 孔洞固定法孔洞固定法

27、 孔洞稳定剂添加法孔洞稳定剂添加法 高聚物共混法高聚物共混法三、亲水性锦纶三、亲水性锦纶第四节第四节 亲水性纤维的生产亲水性纤维的生产（一）大分子主链化学结构的改性（一）大分子主链化学结构的改性 接枝共聚法接枝共聚法 嵌段共聚法嵌段共聚法 改变纤维的物理结构改变纤维的物理结构（二）共聚法（二）共聚法 后整理加工后整理加工一、微孔性质的检测一、微孔性质的检测第五节第五节 纤维亲水性的检测纤维亲水性的检测 测亲水性纤维的微孔，大多借助现代微结构测量技术，如压测亲水性纤维的微孔，大多借助现代微结构测量技术，如压汞法、汞法、X X光小角散射法、气体吸附法、电子显微镜等。结果常用光小角散射法、气体吸附法、电子显微镜等。结果常用孔径、孔径分布、比表面积、多孔纤维的形态等参数来表征。孔径、孔径分布、比表面积、多孔纤维的形态等参数来表征。二、纤维亲水性测定二、纤维亲水性测定 吸湿率吸湿率 保水率保水率