吸湿排汗纤维最新国内外专利进展,该文是有关研究进展学士学位论文范文跟排汗和专利研究进展和吸湿有关硕士学位论文范文.
研究进展论文参考文献：
吸湿排汗纤维指具有吸湿、速干作用的化学纤维,该类纤维制成的服装不仅穿着舒适透气,还具有洗后快干、轻便易收纳等效果,受到了消费者的普遍欢迎.在世界化纤市场持续低迷的大环境下,我国很多化纤企业产能过剩,生产效益不断减少,企业之间的竞争持续升级,如何提高传统产品的附加值是我国众多企业所面临的问题.吸湿排汗纤维相对于普通化学纤维而言具有更高的附加值,近年来一直保持了良好的市场需求,是化纤新产品研发的主要方向之一.
一、吸湿排汗原理
研究人员发现[1],吸湿排汗纤维吸湿、放湿的整个过程为首先使内层纤维表面润湿,进而被纤维中的孔隙、空腔及纤维间形成的毛细管所吸收、保持,当织物外表面纤维中的水分挥发到大气中后,与织物持水部分形成干湿差异（即形成压力差）,促进水分在纤维内部及纤维之间快速运输、转移,一段时间之后纤维中的水分挥发完成,纤维恢复干燥状态.由此可知,纤维的吸湿排汗性能与其原材料、纤维形态、纤维表面状态等均有关联.目前吸湿排汗纤维的改性方法包括在纤维内部或外表面引入亲水基团增加纤维的润湿能力；使纤维超细化、异型化或中空化增加纤维内部或纤维之间的孔洞数量,促进毛细效应的发挥；改变纤维表面的粗糙程度来提高蒸发性能等.
吸湿排汗纤维自诞生以来,纤维结构形态研究一直处于首要研发方向[2].目前市场上成熟的吸湿排汗产品也几乎均为异形截面纤维、中空纤维或超细纤维,如杜邦的COOLMAX聚酯纤维,单纤维截面呈扁平“十”字型,该纤维的比表面积比同细度普通圆形截面纤维大19.8 %；美国英威达的C O O L M A X A I R聚酯纤维的截面为螺旋桨形；日本帝人株式会社的聚酯中空纤维具有许多贯通的细孔；韩国晓星株式会社开发的A E R O C O O L聚酯纤维的截面为“苜蓿草”四叶子形,纤维表面具有细微沟槽和孔洞；日本东洋纺株式会社的TRIACTOR聚酯纤维的截面为Y型.然而数十年过去,吸湿排汗纤维产品的研发方向趋于细化,例如提高纺丝效率、提高纤维可加工性、纤维强力、可染性、改进纤维复合性能、扩展吸湿排汗纤维应用领域等众多方面.笔者对近几年最新吸湿排汗纤维国内外专利申请的技术内容进行了比较全面的挖掘和分析,在下文中将从原材料聚合、纤维纺丝、表面改性、附加功能等几个方面对吸湿排汗纤维的研发情况进行较为详细的介绍.
二、国内外专利技术进展
1. 原材料共聚合改性
吸湿排汗纤维的原材料为聚酯、聚酰胺等,这些聚合物的分子主链一般呈疏水性.研究人员通过共聚反应将羟基、酰胺基、氨基、羧基等亲水性基团引入上述疏水性大分子链中可以改善纤维的亲水性.这种共聚改性获得的亲水性可以永久存在,不会因水洗次数的增加而下降.
浙江恒逸高新材料有限公司的李龙真等[3]发明了一种亲水性聚酯纤维的制备方法,其目的在于解决现有技术中亲水性改性剂添加量过高导致聚合和纺丝难以进行的问题.其制备方法包括：亲水性聚酯纤维由原料精对苯二甲酸( P T A )、乙二醇、催化剂和助剂经混合后进行第一酯化,然后加入封端山梨醇进行第二酯化,再经缩聚、熔融纺丝制备而成.其中封端山梨醇的制备方法为：将山梨醇和二丁基氧化锡溶解于甲醇中,回流2 ～5 h,然后蒸发溶剂,干燥；将所得产物溶于甲苯中,将乙酸酐在0 ℃逐滴加入,室温反应6 ～24 h得到.该技术方案的重点在于,在加入多羟基山梨醇时,先进行定向封端,然后在聚合后期进行解端,从而得到了支化少的亲水性聚酯纤维,并且解端较为容易,有效地改善了聚酯纤维的亲水性和可染性.
东华大学的王华平等[4]发明了一种多羟基聚酯纤维的制备方法.其指出现有技术的聚酯制备过程中多步酯化工艺中二元醇均过量,中间产物都以羟基封端,能进一步反应的羧基极少,为改善聚酯吸湿性能而添加的共聚改性单体多羟基醇很难参与到酯化反应中,仅以小分子的形式存在聚酯体系中,反应体系中还存在未完全反应的多元醇,不仅达不到引入多羟基改性的效果,还对共聚酯纺丝成型造成严重的不利影响.王华平的技术方案中通过将二元醇与多羟基醇按照一定的摩尔比混合,利用分阶段酯化,第一酯化阶段酸微过量,保证多元醇中参加酯化反应能力较低的单体充分反应,接入到聚酯分子链中.在第二酯化阶段补充二元醇对共聚酯的端羧基进行调控,再经缩聚反应制备出多羟基聚酯,使共聚酯的端羧基含量控制在稳定的范围内.该技术方案的一个实施例得到的聚酯短纤维表面接触角为50°,回潮率为2.2 ％,吸水率为260 ％,纤维的电阻为109Ω·cm,与传统纤维相比染色深度与色牢度都有明显提高.
台北的洪硕廷等[5]研究出一种用于制备亲水性聚酯的组合物、亲水性聚酯及制备方法.该技术方案要解决的技术问题是现有共聚改性方法中亲水性改性剂间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠（S I P E）与由对苯二甲酸和乙二醇酯化反应形成的聚酯寡聚物无法均匀混合的问题,由于亲水性结构无法均匀分布在聚对苯二甲酸乙二醇酯（P E T）分子链间,导致聚酯分子链中一部分分子间的作用力大于其他部分,这些部分聚集在一起形成胶体部,在纺丝时容易堵塞喷丝孔.而且由于亲水性嵌段的磺酸盐含量高,染色时亲水性嵌段区域容易产生深染现象.该技术方案实验结果表明通过在聚合反应中添加相容剂,所得到的亲水性聚酯的数目平均序列分布长度L明显低于未添加相容剂的比较例,证明添加相容剂能使亲水性结构均匀地分布在聚酯分子链之间.该技术方案中制备亲水性聚酯的组合物包含：①聚酯寡聚物；②含磺酸金属盐基的间苯二甲酸酯；③相容剂.其中,相容剂与含磺酸金属盐基的间苯二甲酸酯的重量比范围为0.1∶ 100 ～5∶ 100.说明书实施例部分介绍制备相容剂的工艺为：分别制备疏水嵌段聚酯寡聚物、含磺酸金属盐基的间苯二甲酸酯（即亲水嵌段寡聚物）,将二者于230℃及隔离氧气的环境下混合,进行共聚合反应1h后,制得相容剂.
2. 纤维形态及纺丝工艺
吸湿排汗纤维一般通过熔融纺丝工艺制成,即聚合物的高温融体进入纺丝组件经过异形喷丝孔冷却凝固形成纤维.由于融体以粘流态通过喷丝孔,经过喷丝孔后在没有完全冷却的情况下受表面张力影响纤维截面的异形度会受到一定程度的损失,而纤维截面的异形度直接影响纤维的吸湿性能,因而调控喷丝板各组件的结构、形态、距离等对获得具有优良吸湿排汗性能的纤维起着至关重要的作用.
（1）喷丝装置
韩国晓星株式会社[6]研究出了一种用于制造复合纱线的喷丝装置（图1）,其技术方案包括将含有1 %～5 %（质量分数）平均粒径为0.8 ～1.2 μm的二氧化钛掺入合成树脂作为芯组分,含有1 %～3 %（质量分数）平均粒径为0.2～0.4 μm的二氧化钛混合合成树脂作为皮层,在截面至少有2个分支的喷丝孔中同时挤出形成纱线.该技术方案强调,如图1所示,喷丝装置中合流孔4到喷出孔6的距离d为5 ～20 mm,如果距离d在5 mm以下则喷丝性能变差,若距离在20 mm以上则纤维截面形状难以保证.其指出,该专门设计的纺丝喷嘴可以生产具有快速热稳定性的纤维,纤维的异形度好,比表面积大,可以增加纤维的吸水效果.
韩国晓星株式会社的另一篇发明[7]介绍了一种尼龙异形纱的制造方法,该方法得到的尼龙异形纤维具有优异的异形截面,纱线纵向均匀性良好.异形纤维喷丝孔示意图如图2所示,其中（a）为异形纤维喷丝孔截面示意图,（b）为喷丝孔纵剖面示意图.该方案指出：X为喷丝孔横截面横向长度B与狭缝宽度A之比（B / A）,Y是出口宽度W与入口宽度w之比（W/ w）,要求满足① 3≤X≤ 8以及② 0.5≤Y≤ 1.0.当喷丝孔的狭缝宽度A等于喷丝孔的入口宽度w时,满足下面的等式③ 3.75≤Z≤ 20,其中,Z是喷丝孔横截面横向长度B与喷丝孔W之比（B /W）.喷丝孔引入部（l）长度为0.2 ～0.3 m m,排出部L的长度优选为0.2 ～0.3 m m.喷丝头的横截面可以是各种形状,如三叶形、T形,+形或六叶形等.该技术方案的实例1中,使用粘度为3.0 d L / g的尼龙聚合物纺丝,A为0.05 mm,B为0.2 m m,W为0.05 m m,w为0.07 m m,L为0.25 m m,l为0.25 m m.尼龙纤维通过以4 300 m / m i n的纺丝速度施加1.4倍的拉伸比.经实验证明,通过该方法得到长丝的平均偏差明显小于传统方法.
（2）纺丝工艺
中国石油化工股份有限公司的王鸣义等[8]研究得到了一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法,包括：①将对苯二甲酸与乙二醇进行混合,进行预聚反应,所得预聚物经终聚釜缩聚后,得到亲水改性共聚酯熔体；②将熔体直接输送至纺丝箱体,经异形喷丝板挤出后,制得亲水导湿聚酯短纤维.其通过将具有吸湿性的反应官能团引入到以PET为主体结构的聚酯体系中,采用钛催化剂和复合抗氧化热稳定剂,同时将聚醚类亲水改性剂在预缩聚阶段加入,减少了聚醚在釜内的停留时间,避免聚醚发生降解,并减少了聚酯切片干燥的步骤,进一步降低聚醚键断裂,聚酯降解的可能性,因而以较低的特性粘数制备得到力学性能优异的纤维.
许志强等[9]发明了一种花色异染凉感复合纤维,该纤维用聚酰胺作为芯层,用聚乙烯作为皮层,且由聚乙烯构成的皮层沿纤维长度方向上无序或规则地间断裸露芯层的聚酰胺.该技术方案利用聚乙烯与聚酰胺不同的特点达到了凉爽、干爽的使用效果,并且经过染色可产生不规则的花色或芝麻点的特殊效果,复合纤维断裂强度为3.67 ～4.78 c N / d t e x,断裂伸长率为38.81％～69 ％,接触冷暖感Q - m a x为0.235 ～0.268,具有较明显的接触冷感,其他各项性能能够很好的满足使用要求.
沈剑等[10]发明了一种双组份复合纤维,复合纤维中含有15％～85％（质量分数）的可溶性热塑性聚合物、85％～15 ％（质量分数）的难溶性热塑性聚合物,通过难溶性热塑性聚合物与共聚溶出型聚酯聚合物的复合纺丝,制得复合纤维,再通过溶出后加工处理,去除纤维中的溶出型共聚聚酯,纤维中产生微细轴向沟槽.其中,可溶性热塑性聚合物是以对苯二甲酸乙二醇酯单元为主要重复单元的共聚酯,共聚酯中还含有相对于共聚酯5 %～30 %（质量分数）的聚乙二醇单元,相对于酸成分总摩尔数为1.5 %～4.5 %（物质的量分数）的5- -磺酸钠-间苯二甲酸乙二醇酯单元,以及0 ～10 %（物质的量分数）的间苯二甲酸乙二醇酯单元.其中,柔性链段聚乙二醇单元的引入是为了改善聚合物的分子的刚性,提高聚合物的可纺性,同时进一步提高该聚合物的溶出性能.其实施例中以分别以聚酰胺尼龙6、聚酰胺尼龙66、聚对苯二甲酸乙二醇酯为难溶性热塑性聚合物制备纤维.经检测,纤维中微细沟槽宽度平均尺寸为0.7 ～2.0μ m,微沟槽体积百分含量为16.5 %～82.5 %,织物芯吸高度达到75 ～105 m m ,织物水分蒸发率为70 %～90 %,速干性能吊干时间为19 ～35 m i n ,吸湿性能（ΔMR）达到1.7 %～1.9 %.
江苏恒科新材料有限公司的印成等[11]人研究出一种8字中空形聚酯纤维F D Y丝及其制备方法,该方法在聚酯分子中引入少量的刚性结构链段增加聚酯分子链的刚性,从而够减弱挤出胀大效应,进而制备保形效果较好的异形纤维.其还在纺丝熔体中加入了饱和脂肪酸金属盐,相当于加入了润滑剂,可有效减小纺丝时的滤后压力,进而有效减少出口膨胀,即减弱挤出胀大比,使产品具有良好的保形效果；同时饱和脂肪酸金属盐也可以作为成核剂,促进聚酯纤维结晶,增加纤维的固化速度,进一步提高纤维的保形效果；另外饱和脂肪酸金属盐对聚酯纤维结构规整性没有大的破坏,保持了聚酯纤维的优良性能.
3. 纤维表面改性
在纤维的表面均匀涂覆亲水性物质也可以改善纤维的亲水性,这种改性通常在纤维成丝后以后处理的方式进行.但是这种改性方式的耐水洗牢度有所欠缺,一般随着水洗次数增加,亲水性会逐渐下降.
东华大学的胡祖明[12]采用碳酸溶液作为壳聚糖凝胶的溶剂,将壳聚糖涂覆于聚酯纤维表面；再通过氧化石墨烯与壳聚糖之间的相互作用,在聚酯纤维表面形成稳定的氧化石墨烯/壳聚糖涂层；洗涤干燥后获得亲水、抗静电聚酯纤维.
吕景春等[13]发明了一种用于提高聚酯纤维抗静电性的复配整理剂,该复配整理剂由25 ～35份聚酯聚醚型亲水整理剂；4 ～6份壳聚糖溶液；25 ～35份非离子表面活性剂；50 ～70份高分子亲水物质；以及800 ～1 200份去离子水配制得到,可使聚酯纤维同时具有优异的亲水性和抗静电性.
4. 附加功能及纤维应用吸湿排汗纤维的附加功能也是目前各大企业的研发热点,使纤维在具备好良好吸湿排汗功能的同时兼具保温、除臭、抗菌、抗静电、阻燃等种种优异性能.开发人员还将吸湿排汗纤维与其他种类纤维制成并列、包覆等形态的复合丝,进一步拓展了吸湿排汗纤维的应用领域.
王栋等[14]研究了一种具有保温、发热功能的吸湿排汗纤维,其技术方案中纤维主体圆形圆周上有均匀的若干个凸起,纤维本体内部开设有圆形空腔,纤维本体由发热纤维单丝并列集束在一起构成,构成发热纤维单丝的聚酯由质量百分比为60 %～99.9 %∶ 0.1 %～40 %的聚酯和无机发热粒子构成,无机发热粒子为远红外陶瓷粉、石墨烯、碳纳米管、过渡金属的碳化物中的一种或一种以上按任意配比的混合物,粒径为1 000 ～15 000目.
韩国H U V I S公司[15]开发出一种弹性复合纱,其将4叶-8叶中空异形截面纤维覆盖于P B T弹性纱之外,得到了一种环境友好、吸湿率高的运动型鞋面材料.
东华大学的彭治汉[16]等发明了一种阻燃亲水性聚酯树脂,树脂的极限氧指数为30 ～40,吸水率为0.5 %～1.5 %,其制备方法为,首先将三羟氧化膦与对苯二甲酸或对苯二甲酸衍生物配置成浆料；将浆料、催化剂、热稳定剂和抗氧化剂混合,共同加入酯化反应釜中进行第一酯化反应；然后加入有机二元醇,进行第二酯化反应,得到酯化物；最后将酯化物进行缩聚反应,制得阻燃亲水性聚酯树脂.该技术方案中通过对三羟基氧化膦的加入量的控制,达到控制分子量大小、分子量分布、吸水性的目的.
三、结语
根据近几年专利申请数据分析,中国、韩国在吸湿排汗纤维新技术的专利申请数量上明显超越日美等国.然而对专利申请的技术内容进行分析则发现,该领域的核心技术仍然为日美等传统技术强国所把持.我国化纤企业的研发方向大多集中于纺丝工艺流程改进、吸湿排汗纤维的复合利用等,仅有少数有实力的大企业以及东华大学等科研院校对亲水聚酯的合成进行了一定程度的探索.基础性专利所蕴含的市场价值显著高于再开发型专利是不言而喻的,可见我国目前吸湿排汗纤维专利申请呈现多而不优的局面.但通过专利申请数量的增加变化可以看出,我国化纤企业的自主研发意识业已成熟,各企业都在努力的提高产品的附加值,增加产品的差别化,提高技术水平和资源利用率.然而企业在进行技术投资时,一定要首先全面了解领域国内外技术发展水平,寻找一个合适的切入点,才能避免盲目投入,提高研发资源利用率.
10.19599/j.issn.1008-892x.2018.02.012
参考文献
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[14] 武汉纺织大学.一种吸湿排汗、发热和保温多功能纤维及其制备方法:中国,CN106757439A[P].2017-05-31.
[15] 韩国HVUIS公司.具有吸湿特点的弹性复合纱:韩国,KR10-2017-0123839A[P].2017-11-09.
[16] 东华大学.一种阻燃亲水性聚酯树脂及其制备方法:中国,CN106366302A[P].2017-02-01.
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