高吸水性纤维

    高吸水性纤维是纤维状高吸水性功能高分子材料，能够吸收自重几十至几千倍的水分。与传统吸水材料如脱脂棉、纤维素纤维相比，它不但拥有极高的吸水量，而且保水性强，即使在高压下也不失水。制造高吸水性纤维的高吸水性树脂是水溶性聚合物的延伸与拓展，它通过交联、水解技术，具有低交联度、高溶胀率、不溶于水的结构和性能特征。高吸水性树脂是一个低交联度的三维网络，其主链或侧链上含有亲水基因如羧基。酰胺基、羟基、磺酸基等，其微观结构因合成体系不同而呈现多样性如海岛型结构、蜂窝型结构和颗粒状结构。
　　传统吸水材料主要靠大分子链上的亲水基团及材料中的孔隙达到吸水的目的，这种吸水方式的吸水量非常有限，且在压力作用下纤维的保水性很差。而高吸水性高聚物则不同。WY Lee等对离子型高吸水性树脂的吸水机理进行了探讨，认为网络内外的渗透压差是树脂大量吸水的关键；K NAKAMURA等运用DSC、NMR法分析树脂凝胶中水的结合状态时也证明了这一点；林润雄等运用DSC、NMR法分析树脂凝胶中水的结合状态时也证明了这一点；林润雄等运用Flory HUggins热力学理论和溶液热力学理论对高吸水性树脂的吸水热力学、动力学进行了探讨；Zeng L等用NMR研究了高吸水性纤维与丙纶混纺织物的吸水特性。
　　高吸水性树脂按原料可分为三大类：①淀粉系（淀粉接枝、羧甲基化等）；②纤维素系（纤维素羧甲基化、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（盐）类占高吸水性树脂总产量的80％以上。这类高分子交联体属于离子型电解质，吸水能力特别强，且贮运方便。
　　高吸水性聚合物在实际运用中主要有片状、膜状、粒状、粉状及纤维状。其中纤维状的吸水材料吸水表面积大、吸水速度快、柔软、与皮肤接触舒适，特别适合制造吸水性纺织品，使高吸水性材料获得更广泛的应用。

　　1 高吸水性纤维的制造
　　目前纤维状高吸水材料的制造方法主要有两种：
　　1．1纤维的亲水化改性
　　纤维的亲水化改性是目前制造高吸水性纤维最常用的方法。它是将一般纤维如棉纤维、粘胶纤维或合成纤维如聚乙烯酸纤维、聚酞胺纤维、聚丙烯睛纤维等通过物理或化学方法处理来提高其吸水性能。物理改性是将一般纤维与吸水性纤维混纺，也可在一般纤维中加人吸水性粉末，或者将高吸水性树脂的分散溶液涂覆在一般纤维或纤维制品上以提高纤维的吸水率。章悦庭等将丙烯酸接技淀粉用NaOH处理后涂覆到非织造布上，制得的高吸水性非织造布每平方米可吸水几十公斤，吸水速度比颗粒状树脂快很多，且手感柔软。化学处理则是用一般纤维与反应性物质反应制取高吸水性纤维。如将聚乙烯醇纤维加至顺丁烯二酸配的有机溶剂中，加热使聚乙烯醇分子的侧链一部分酯化，引人羧基，同时使分子间形成交联结构，从而制得高吸水聚乙烯酸纤维。日本理上义治、小仓真人等用类似方法制得吸水倍率为110倍的水凝胶。用NaOH溶液处理后的聚丙烯睛纤维，经盐酸中和，再用甲醛处理也可得到高吸水性的纤维。此外，纤维素的醚化及纤维素纤维、粘胶纤维接枝丙烯酸皆属于纤维的化学法亲水化改性。特别是改性纤维素纤维，不但原料丰富、价廉，而且力学性能好，因而具有非常广阔的前景。
　　1.2高吸水性树脂纺丝法
　　该法须先制得可纺性高吸水性树脂，然后再纺丝成形制成纤维。目前可纺性高吸水性树脂主要采用吸水性单体与非亲水性（或亲水性小）物质共聚的方法制镊。共聚使用的单位体主要是含氰基、酰胺基、酯基、羧酸基、磺酸钠基等乙稀基的不饱和单体，如丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸甲酯、亚甲基双丙烯酰胺、对苯乙烯磺酸钠等。聚合多采用乳液聚合（或反向乳液聚合）、悬浮聚合（或反向悬浮聚合）。有时亦采用溶液聚合。纺丝方法可分为溶液纺丝与熔融纺丝两种。溶液纺丝是将上述聚合物溶解到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性纤维。选用的溶剂主要有硫氰酸钠水溶液、二甲基甲酸胺、丙酮等。Westerink等用纤维素、磷酸（酐）等制成纺丝原液。采用湿法纺丝将其挤人含有丙酮的凝固浴中，制得吸水能力为10g（水）/g（纤维），吸盐水能力为10g（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。例如在尼龙6中加人微量的聚丙烯酸钠吸水剂，经熔融纺丝制得的改性尼龙6纤维的吸水及保水性都比纯尼龙6纤维有较大提高。

　　2 高吸水性纤维用途
　　纤维状高吸水材料吸水表面积大，吸水速度快，手感柔软，大大拓宽了高吸水性材料的应用范围，尤其适合制造高吸水性纺织品。其用途主要分为以下几个方面：
　　2.1医疗卫生保健用品
　　据报道，个人卫生护理用品每年大约用去95％的吸水树脂，采用高吸水性纤维制造的婴儿尿片、成人失禁垫等不但吸收速率高、吸量大，而且更加舒适、贴肤；餐巾、抹布、手纸中加人高吸水性纤维也可大大提高其使用性能。表1对几种衣料的吸水性能作了一个比较，从中可见添加了高吸水性纤维的贴身衣物能更有效地保持皮肤干爽，人体舒适感大大增加。

　　
　　在医用方面，将高吸水性纤维用于手术垫、手术手套、手术上衣、手术棉等可以迅速吸收血液、体液，保持医疗环境的干爽、洁净。将高吸水性纤维用于病床垫褥还可避免褥疮。用人造纤维接技制成的止血栓现已大量用于临床医疗。
　　2.2工业
　　含有高吸水性纤维的非织造布，具有平衡水分功能，在高湿度下能吸收水分，低温度时又能释放水分，用于内墙装饰可有效地防止结露。吸收了大量水而成凝胶状的高吸水性纤维亦可用来制造防火材料。如与易燃纤维混纺能改善其阻燃性，是制造消防服的良好材料。一些阴离子高吸水剂，如纤维素接枝丙烯腈水解物、纤维素接枝丙烯酸具有很高的重金属离子吸附量，用这类纤维材料制成的滤布是理想的环保材料。
　　2.3食品
　　高吸水性纤维在食品加工中的应用为现代食品工业开创了一片新天地。用于食品中的高吸水性纤维一般是天然的食物纤维，如果胶、蛋白质等。用大豆蛋白与少量的高吸水剂——聚丙烯酸钠共混，采用湿纺制得改性蛋白质纤维，添加到人造肉中，可以增加蛋白质的粘附力，大大改善人造肉的风味和口感，而且确保无毒。

　　3 高吸水性纤维发展前景
　　高吸水性纤维吸水面积大，吸水速度快，力学性能优异，用途广泛，前景看好。但目前由于理论和技术上的原因，高吸水性纤维的生产远远不能满足实际的需要。今后高吸水性纤维主要在以下几个方面有很大的发展空间：
　　1.拓宽原材料范围，丰富产品种类。如开发与无机材料混合的复合材料，或从纤维的吸水、吸湿、保水、耐盐、吸香、吸放药剂等专项功能方面开发新产品。
　　2.创新纤维成形技术。大多数的高吸水性聚合物都是交联物，现有的纺丝技术远远不能满足需求，如能进一步在纺丝技术上创新,必将为开发出更多的高吸水性纤维开辟一条广阔道路。
　　3.加强应用开发的研究。高吸水性纤维的用途广泛，可以说是有水的地方就有其用武之地目前最主要的用途还是在医疗卫生方面，如果进一步在其他方面拓宽其用途，必将给高吸水性纤维的发展注人活力。