CN102182063A

CN102182063A - 一种亲水性聚酯纤维的制备方法

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Publication number: CN102182063A
Application number: CN2010102782838A
Authority: CN
Inventors: 李水荣; 金欣; 王闻宇; 郭成越; 俞凤娣; 马立东; 袁文冲; 杨宝华; 吴扬君; 刘奇良
Original assignee: Tianjin Polytechnic University; RONGSHENG PETROCHEMICAL CO Ltd
Current assignee: Tianjin Polytechnic University; RONGSHENG PETROCHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-09-14

Abstract

一种具有亲水功能聚酯纤维的制备方法，该方法是：将未上油或去油的聚酯纤维通过浸沾或喷涂的方法，将带有亲水基团的光敏聚合物溶液均匀涂在聚酯纤维表面，并利用紫外光照射下，涂层发生固化原理，使带有亲水基团的光敏聚合物被固定在聚酯纤维表面制得，其涂层溶液的固含量为1%~50%；所述的带有亲水基团的光敏聚合物涂层发生固化过程中，紫外光源波长控制在280—350nm，功率150—250mW/cm²，照射时间2—15s；与现有技术相比，本发明具有工艺简单，成本较低等特点，所述亲水功能聚酯纤维具有涂层不易脱落、亲水性持久、手感柔软、服用舒适等优点。

Description

一种亲水性聚酯纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种亲水性聚酯纤维的制备方法及其制品，属于功能纤维技术领域。

背景技术

在各种服用纤维中，聚酯纤维以其优良的适纺性，资源可开发性以及消费者的可接受性，获得了比其他合纤更广泛的应用。但聚酯纤维属于疏水性纤维，分子链排列紧密，结晶和取向度高，而且分子链结构本身极性小，缺乏亲水性基团。因而吸湿性很差，导致其舒适性方面比棉等天然纤维差得多。随着人们生活水平的不断提高，人们对穿着舒适性的要求也在不断提高。如何能在不破坏聚酯纤维其他优良特性的基础上，改善聚酯纤维的吸湿排汗特性，是目前诸多纤维研究者们和涤纶纤维生产厂家都在努力追求的目标。

理论上来讲，只要纤维完成对汗液的吸水-保水-蒸发过程，就能达到舒适性要求。但实际过程要复杂的多，它涉及到组织结构，纤维间空隙、纤维截面形状、粗细等多因素。但无论怎样，纤维本身应具有吸湿功能，即亲水性。再与亲水性配套的微观结构，才能达到舒适性聚酯纤维的开发。因此，亲水性改性聚酯纤维是首要目标。制备亲水性聚酯纤维纤维主要分为下列几种：

一、化学改性法、即采用功能性共聚单体聚合形成新型聚合物，进而进行直接纺丝（如：JP9-241925,1997; JP10-46433,1998），或采用辐射线等特殊条件对纤维表面进行特殊基团的接枝共聚形成亲水涂层(刘晓洪等人，辐射接枝改性聚酯纤维吸湿性的研究，合成纤维工业，2005，28（5） 20-22)，或对纤维表面进行碱处理，是表面形成凹凸结构提高纤维的亲水性能（如JP2000-34679）。通过该方法，所得纤维的亲水性较好，耐久性好，但所有要求技术较高，对设备要求高，成本高，有些方法产业化实现困难；

二、表面涂覆法，表面涂覆的方法一般是将亲水性材料均匀的涂到纤维的表面，赋予纤维亲水性能（如：JP3-152236,1991）。这种通过表面涂覆方法所制备的亲水性纤维亲水性较好，但耐久性差，纤维手感粗硬；

三、共混法：该方法亲水性材料与聚酯进行共混纺丝或复合纺丝（如：WO01-36723（USA），JP4-361612,1992,CN101363138A）。该方法的主要问题是纺丝成形困难，技术要求高，对纤维的力学性能影响较大；

四、物理改性：对纤维超细化、横截面异性化已形成有利对于纤维的吸湿性能（如JP10-212621, JP10-280232）。该方法对设备要求高，纺丝技术要求高，前期研发投入成本大；

五、工艺技术方面改性：对纤维进行变形加工，不同种类、纤度的纤维混合以及新型加工原理等手段。得到的纤维亲水性有一定的改善，但效果不很明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有亲水性聚酯纤维的制备方法，该亲水性聚酯纤维亲水性强，纤维的本身各项性能不受影响，亲水性耐久性好，应用范围广，且易实现工业化生产。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，该方法是：将未上油或去油的聚酯纤维通过浸沾或喷涂的方法，将带有亲水基团的光敏聚合物溶液均匀涂在聚酯纤维表面，并利用紫外光照射下，涂层发生固化原理，使带有亲水基团的光敏聚合物被固定在聚酯纤维表面制得，其涂层溶液的固含量为1%~50%。

所述的带有亲水基团的光敏聚合物涂层发生固化过程中，紫外光源波长控制在280—350nm，功率150—250mW/cm2，照射时间2—15s。

所述的带有亲水基团的光敏聚合物是通过如下步骤制成：

（1）大分子光敏剂的制备：将适量的2,4二羟基二苯甲酮（UV-0），及重量比为0.8%—2%NaOH，加入干燥的三口烧瓶中，充氮气30分钟后，加入与UV-0摩尔比为1：1—2：1的甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），搅拌升温到60—90℃、反应时间为3—8小时，得到黄色粘稠液体（BPMA）,避光待用；

（2）亲水光敏聚合物的制备：分别向三口烧瓶中加入聚合物单体N-乙烯基吡咯烷酮（VP）和BPMA，其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数均可为10%~90%，加入适量的去离子水，加入重量比为1%~10%的十二烷基硫酸钠（SDS），加入1%~5%的偶氮二异丁氰（AIBN）作为引发剂，通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度50℃~80℃，反应时间2h~5h；反应完毕后，通过透析袋或过滤膜滤掉小分子物质，避光保存。

所述的聚合物单体可以为BPMA、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类及甲基丙烯酰胺等带有亲水基团的乙烯类单体；所述选用非水溶性聚合物，在反应完毕后需加入5%的氯化钙（CaCL₂）水溶液，并通过离心机提纯。

所述的光敏聚合物是通过四氢呋喃（THF），二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜(DMSO)之一或其混合溶液进行溶解；所述引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁腈 (AIBN)、或过硫酸铵 (APS)之一。

所述合成BPMA大分子光敏剂所用原料为UV-0和GMA，其中与GMA具有结构相似的化合物均符合即分子结构中同时含有环氧基团及双键。

本发明具有亲水性的聚酯纤维的制备方法工艺简单，带有亲水基团的光敏聚合物的合成，均在常压下就可进行，所用的试剂均为常规试剂，设备主要有反应釜，温度控制系统等，属于化工厂所应具备的基本设备。无需另设计独立设备；涂覆过程中需要喷涂机或上油设备、紫外灯箱及加热甬道，这些设备均为化纤厂常用设备，因此，不需额外增加设备，就可以工业连续化生产，所以具有工业化实施容易等特点。

本发明的具有亲水性聚酯纤维的制备方法与现有技术产品相比，由于亲水性材料通过化学键有效的固定在纤维表面，亲水性持久且亲水性能可控，同时不影响纤维的固有性能等特点。因此，所制备的导电纤维具有亲水性能高，手感柔软，服用舒适的优点。此外，与其他制备亲水性聚酯纤维方法相比，本发明具有工艺简单和成本较低的优点。

具体实施方式

下面结合实施例进一步叙述本发明：本发明所述的亲水聚酯纤维是通过浸沾或喷涂的方法，将带有亲水基团的光敏聚合物溶液均匀涂在纤维表面，利用紫外光照射下，涂层发生固化原理，使亲水光敏聚合物被固定纤维表面所制得；并赋予纤维亲水性能；其具体步骤如下：

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：

将适量的2,4二羟基二苯甲酮（UV-0），及重量比为0.8%~2%NaOH，加入干燥的三口烧瓶中，充氮气30分钟后，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），（与UV-0的摩尔比为1:1~2:1），搅拌升温到60℃~90℃，反应时间为3h~8h，得到黄色粘稠液体（BPMA）,避光待用；

2、亲水光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中加入聚合物单体N-乙烯基吡咯烷酮（VP）和BPMA（其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数均可为10%~90%），加入适量的去离子水，加入重量比为1%~10%的十二烷基硫酸钠（SDS），加入1%~5%的偶氮二异丁氰（AIBN）作为引发剂，通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度50℃~80℃，反应时间2h~5h。反应完毕后，通过透析袋或过滤膜滤掉小分子物质，避光保存。上述所述的聚合物单体可以为BPMA、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类及甲基丙烯酰胺等带有亲水基团的乙烯类单体。如选用非水溶性聚合物，反应完毕后需加入5%的氯化钙（CaCL₂）水溶液，通过离心机提纯。得到光敏聚合物可以通过四氢呋喃（THF），二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜(DMSO)之一或其混合溶液进行溶解。上述所述引发剂可以为过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁腈 (AIBN)、或过硫酸铵 (APS)之一。

二、涂层溶液的配置：

2、涂层液的配置：将亲水光敏聚合物溶解在适当的溶剂中，其中涂层溶液的固含量为1%~50%。

三、涂层与固化：

将未上油的纤维或去油聚酯纤维通过浸沾的方法或喷涂的方法将导电涂层溶液均匀的涂在纤维表面上，并放在紫外灯光下照射。灯箱温度控制25℃~125℃，该温度应在纤维材料的玻璃化温度Tg以下，这样可以不损伤纤维的物理性能。在由于涂层溶液中含有光敏聚合物组分，故在紫外光的激发下，涂层内及涂层与聚合物底层间可发生共价偶联，实现高附着性的导电涂层。实现溶剂挥发及固化。在该固化过程中，紫外光源波长控制在280-350nm；功率150-250 mW/cm²；照射时间2-15s；

本发明所述的亲水性聚酯纤维的制备方法虽然与传统的涂覆方法有相似之处，都是将带有亲水基团的聚合物一起涂到纤维表面，但传统的涂覆方法的原理属于粘合理论，易脱落，属于物理粘结、亲水持久性差、手感差。本发明的关键在于所配置的带有亲水基团光敏聚合物溶液涂到聚酯纤维表面后，在紫外光的照射下，光敏聚合物与聚合物和纤维表面的H质子发生化学反应，形成牢固的化学键，涂层不会脱落。聚合物被牢牢通过化学键固定在纤维表面。在制备过程中可根据需要，调节光敏基团及亲水基团占聚合物的比例，制备出不同亲水性能的聚酯纤维，因此，亲水性可控。

本发明所述的亲水性聚酯纤维的制备方法是利用带有亲水基团的光敏聚合物在紫外灯照射下发生化学反应原理，制备具有亲水功能的聚酯纤维。由于化学键的作用，是固化层耐久、牢固、不易脱落，因此，涂层厚度很薄，就可以达到固化效果。这样就极大的保证了纤维固有的性能。不会出现涂层过厚造成纤维变硬，手感差的缺点。

本发明所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法中，其特征在于所述合成BPMA大分子光敏剂所用原料为UV-0和GMA，其中与GMA具有结构相似的化合物均符合即分子结构中同时含有环氧基团及双键。

本发明所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法中，其特征在于所述的合成光敏聚合物过程中，所用的聚合物单体应为含有亲水基团的乙烯基类单体；使用的引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁腈 (AIBN)、或过硫酸铵 (APS)之一；所用溶剂应根据所选聚合物进行选择。

下面介绍本发明的具体实施例：

实施例1

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：

将10.7g2,4二羟基二苯甲酮（UV-0），及0.155gNaOH，加入干燥的三口烧瓶中，充氮气30分钟后，加入7.9g甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），（与UV-0的摩尔比为1:1），搅拌升温到80℃，反应时间为5h，得到黄色粘稠液体（BPMA）,避光待用。

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中33gN-乙烯基吡咯烷酮（VP）和12gBPMA（其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数分别为90%，10%），加入适量的去离子水，加入重量比为1.7g（4wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入0.48g（2wt%）的偶氮二异丁氰（AIBN），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度80℃，反应时间3h。反应完毕后，通过透析袋滤掉小分子物质，避光保存。

二、涂层溶液的配置：将光敏聚合物溶解纯水中，涂层溶液的固含量为30%。

三、涂层与固化：

将未上油聚酯纤维通过喷涂的方法将导电涂层溶液均匀的喷在纤维表面上，并放在紫外灯光下照射。灯箱温度控制90℃，紫外光源波长控制在300nm；功率200 mW/cm²；照射时间8s。

实施例2

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：

将10.7g2,4二羟基二苯甲酮（UV-0），及0.212gNaOH，加入干燥的三口烧瓶中，充氮气30分钟后，加入15.8g甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），（与UV-0的摩尔比为2:1），搅拌升温到60℃，反应时间为3h，得到黄色粘稠液体（BPMA）,避光待用。

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中3.7gN-乙烯基吡咯烷酮（VP）和108gBPMA（其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数分别为10%，90%），加入适量的去离子水，加入重量比为1.17g（1wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入1.17g（1wt%）的过硫酸铵(APS），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度50℃，反应时间2h。反应完毕后，通过透析袋滤掉小分子物质，避光保存。

二、涂层溶液的配置：将光敏聚合物溶解纯水中，涂层溶液的固含量为50%。

三、涂层与固化：

将未上油聚氨酯纤维通过喷涂的方法将导电涂层溶液均匀的喷在纤维表面上，并放在紫外灯光下照射。灯箱温度控制125℃，紫外光源波长控制在350nm；功率250 mW/cm²；照射时间15s。

实施例3

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：

将10.7g2,4二羟基二苯甲酮（UV-0），及0.372gNaOH，加入干燥的三口烧瓶中，充氮气30分钟后，加入7.9g甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），（与UV-0的摩尔比为1:1），搅拌升温到90℃，反应时间为8h，得到黄色粘稠液体（BPMA）,避光待用。

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中16gN-乙烯基吡咯烷酮（VP）和36gBPMA（其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数分别为60%，40%），加入适量的去离子水，加入重量比为4.5g（10wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入2.25g（2wt%）的偶氮二异丁氰（AIBN），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度80℃，反应时间5h。反应完毕后，通过透析袋滤掉小分子物质，避光保存。

二、涂层溶液的配置：将光敏聚合物溶解纯水中，涂层溶液的固含量为1%。

三、涂层与固化：

将未上油聚丙烯纤维通过喷涂的方法将导电涂层溶液均匀的喷在纤维表面上，并放在紫外灯光下照射。灯箱温度控制90℃，紫外光源波长控制在330nm；功率200 mW/cm²；照射时间15s。

实施例4

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：同实例1

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中21.6g丙烯酸（Ac）和36gBPMA（其中VP和BPMA的用量占两者摩尔总数分别为60%，40%），加入适量的去离子水，加入重量比为1.7g（4wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入0.48g（2wt%）的偶氮二异丁氰（AIBN），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度80℃，反应时间3h。反应完毕后，通过透析袋滤掉小分子物质，避光保存。

二、涂层溶液的配置：同实例1

三、涂层与固化：同实例1。

实施例5

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：同实例1

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中25.8g丙烯酸甲酯和12gBPMA（其中丙烯酸甲酯和BPMA的用量占两者摩尔总数分别为90%，10%），加入适量的去离子水，加入重量比为1.7g（4wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入0.48g（2wt%）的偶氮二异丁氰（AIBN），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度80℃，反应时间3h。反应完毕后需加入5%的氯化钙（CaCL₂）水溶液，离心机提纯。避光保存。

二、涂层溶液的配置：同实例1

三、涂层与固化：同实例1。

实施例6

一、光敏聚合物的制备：

1、大分子光敏剂的制备：同实例1

2、光敏聚合物的制备：

分别向三口烧瓶中24gBPMA，加入适量的去离子水，加入重量比为0.96g（4wt%）的十二烷基硫酸钠（SDS），加入0.48g（2wt%）的偶氮二异丁氰（AIBN），通氮气30分钟，搅拌，回流，反应温度80℃，反应时间3h。反应完毕后需加入5%的氯化钙（CaCL₂）水溶液，离心机提纯。避光保存。

二、涂层溶液的配置：同实例1

三、涂层与固化：同实例1。

Claims

1.一种具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，该方法是：将未上油或去油的聚酯纤维通过浸沾或喷涂的方法，将带有亲水基团的光敏聚合物溶液均匀涂在聚酯纤维表面，并利用紫外光照射下，涂层发生固化原理，使带有亲水基团的光敏聚合物被固定在聚酯纤维表面制得，其涂层溶液的固含量为1%~50%。

2.根据权利要求1所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于所述的带有亲水基团的光敏聚合物涂层发生固化过程中，紫外光源波长控制在280—350nm，功率150—250mW/cm2，照射时间2—15s。

3.根据权利要求1或2所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于所述的带有亲水基团的光敏聚合物是通过如下步骤制成：

4.根据权利要求3所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于所述的聚合物单体可以为BPMA、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酰胺类及甲基丙烯酰胺等带有亲水基团的乙烯类单体；所述选用非水溶性聚合物，在反应完毕后需加入5%的氯化钙（CaCL₂）水溶液，并通过离心机提纯。

5.根据权利要求4所述的具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于所述的光敏聚合物是通过四氢呋喃（THF），二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜(DMSO)之一或其混合溶液进行溶解；所述引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、偶氮二异丁腈 (AIBN)、或过硫酸铵 (APS)之一。

6.根据权利要求书3所述具有亲水功能的聚酯纤维的制备方法，其特征在于所述合成BPMA大分子光敏剂所用原料为UV-0和GMA，其中与GMA具有结构相似的化合物均符合即分子结构中同时含有环氧基团及双键。