CN112251919A - 一种单向导湿性织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有良好的单向导湿性能织物及其制备方法。本发明首先以钙盐溶液预处理织物基材，然后采用聚乙烯醇/海藻酸钠溶液，通过静电纺丝法将其形成纤维沉积在织物的单面上，聚乙烯醇/海藻酸钠在织物表面原位形成聚乙烯醇/海藻酸钙凝胶层，通过交联剂对纺丝层进一步进行交联，形成交联聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/SA)功能层，通过上述方法得到本发明的单向导湿性织物。通过本发明的处理方式，可以获得单向导湿性织物，并且所得织物具有良好的透气性能和抗静电性能。本发明的单向导湿性织物可以用于制作服装、冲锋衣、面罩、鞋帽、医护用品等，所得的产品具有将内部汗液排出，平衡内外湿度效果，同时具有良好的透气性和抗静电性能，能够提高衣物穿着舒适度。
Description
技术领域
本发明属于纺织领域，具体涉及一种单向导湿性织物及其制备方法。
背景技术
单向传导现象广泛存在于自然界中，如植物的神经传导、水份和能量传递等。通过仿生设计，单向传导在分离或收集过程中有效地解决了油水分离、捕雾集水等许多实际问题。近年来，人们对服装的舒适性和功能性提出更高的要求，防水透湿，吸湿速干，导热凉感等多功能纺织品受到了广泛的关注。与棉织物不同的是，单向导湿织物能快速的将汗液从人体导出，保持皮肤干爽舒适。基于双层不对称润湿性的织物由两层紧密接触的织物组成，靠近皮肤的一测织物疏水，另一侧织物亲水，通过控制其双面润湿性及厚度，孔径大小及结构，能够制备具有单向导湿功能的织物，通过“拉拔作用”使汗液从疏水层渗透到亲水层，并迅速蒸发，反之则汗液无法透过。采用等离子体、亲水剂整理、静电喷涂、静电纺丝等方法对织物进行单面亲水改性，可获得单向导湿织物。静电纺丝是一种微纳米纤维的制造技术，该技术能够实现为微纳米纤维直径和膜孔径及结构的可控调节，并且纺丝原料来源广泛，在制备高性能防护用品、水处理和空气过滤膜、生物医学、组织工程、电力和能源材料等领域有着广泛的应用。Ding et al.(Continuous，Spontaneous，and Directional WaterTransport in the Trilayered Fibrous Membranes for Functional Moisture WickingTextiles.Small，2018.14(32))采用静电纺丝工艺获得了具有超快导湿蒸发的仿生多孔Murray膜。该方法成功地制备出了具有良好单向透水性能的纤维膜。另外，现有技术中披露了多种聚乙烯醇(PVA)/海藻酸盐的静电纺丝产品，但是这些产品主要用作医药敷料，例如CN105854068A、CN106110371A等，这些现有技术并未披露通过聚乙烯醇/海藻酸钠纺丝膜对织物基底的处理获得适于穿着的织物；CN110541304A披露了利用聚乙烯醇/海藻酸钠在涤纶织物表面进行纺丝处理，从而得到单面亲水改性的涤纶织物，但是该技术中并未对织物基材进行预处理，同时也未说明通过聚乙烯醇/海藻酸钠纤维层对涤纶基材的处理可以得到单向导湿织物，以及所述织物还能获得良好的透湿和透气性能并提高良好的穿着舒适性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有优异单向导湿性织物及其制备方法。本发明的单向导湿性织物还具有良好的透湿性和透气性，并且具有更好的抗静电性能，能够提高更优的穿着舒适性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种单向导湿性织物，依次包括织物基底、聚乙烯醇/海藻酸钠(PVA/SA)纤维层；所述织物基底经过钙盐预处理，所述聚乙烯醇/海藻酸钠(PVA/SA)纤维层经过交联处理。
进一步的所述织物基底为疏水性织物、聚酯、涤纶等。所述钙盐预处理为将织物在钙盐溶液中浸渍处理一段时间，或将钙盐溶液喷涂在织物的两面。
所述钙盐溶液浓度为1-15wt％，具体为1wt％、5wt％、10wt％、15wt％，优选为10wt％。
所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙等中的一种或多种；优选钙盐为氯化钙。
所述浸渍时间为10min-50min，优选20min。
所述PVA/SA纤维层是通过常规的纺丝方法制备形成，如静电纺丝。
所述PVA/SA纤维层交联处理为将包含有PVA/SA纤维素层的织物浸渍在交联剂溶液中，交联一段时间，取出，洗涤干燥即得。
所述交联剂为二元酸、多元酸、二醛等，例如草酸、丁二酸、马来酸、戊二醛。
本申请还提供了一种单向导湿性织物的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：准备织物基底材料；
步骤二：对织物基底进行钙盐预处理，采用钙盐溶液对织物基底进行预处理；所述预处理为将织物基底置于钙盐溶液中浸渍处理一段时间，或者将钙盐溶液喷涂于织物的两面。
步骤三：制备PVA/SA纤维层，首先配制PVA/SA纺丝液，利用静电纺丝法将PVA/SA纺丝液在预处理的织物基底表面纺丝形成PVA/SA纤维层，得到含PVA/SA纤维层的织物，纤维层电沉积厚度为10-20μm。
步骤四：将步骤三中处理得到的织物在真空烘箱中干燥，将干燥所得织物置于交联剂水溶液的中交联处理，再经洗涤烘干，即得单向导湿性织物。
所述步骤一中的织物基底为疏水性织物、聚酯、涤纶等。
所述步骤二的钙盐预处理为利用钙盐溶液进行浸泡处理，或利用钙盐溶液喷涂织物基材的两面。
步骤二中钙盐溶液浓度为1-15wt％，具体为1wt％、5wt％、10wt％、15wt％，优选溶液的浓度为10wt％。
步骤二中所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙等中的一种或多种；优选钙盐为氯化钙。
步骤二中的浸渍时间为10min-50min，优选20min。
所述步骤三中PVA溶于去离子水制得5-15wt％PVA溶液，优选10wt％。在30℃-80℃下溶解一段时间，制备得到1-5wt％的SA溶液，优选3wt％；，将PVA和SA溶液按一定比例(v/v)混合，加入少量表面活性剂，得到电纺丝溶液。PVA与SA溶液的比例(v/v)为9:1-5:5，具体为9:1、8:2、7:3、6:4、5:5，优选9:1。表面活性剂可以是常规水溶性表面活性剂，如SDS等。
所述步骤四中，真空烘箱温度30-70℃，压强0.01-0.05MPa，时间8-24h；所述交联剂溶液质量浓度为10-30wt％，交联温度为40-60℃，交联时间0.5-3h。所述交联剂为二元酸、多元酸、二醛等，例如草酸、丁二酸、马来酸、戊二醛。
本发明的单向导湿性织物可以用于制作服装、冲锋衣、面罩、鞋帽、医护用品等，所得的产品具有将内部汗液排出，平衡内外湿度效果，尤其适合运动人员，具有很好的透气，透湿效果，提高衣物穿着舒适度。
本发明的有效效果为：(1)本发明获得了具有优异单向导湿性能织物，在渗透侧，液滴可以在1s内从织物的一面渗透到另外一面，完全渗透时间小于2s，而液滴在织物的另一侧则不发生渗透；(2)本发明的单向导湿性织物不仅具有单向导湿性能，同时还具有良好的透湿透气性，本发明首先通过将织物基底经钙盐溶液预处理，然后通过静电纺丝将PVA/SA溶液直接沉积在织物基底上形成纤维层，并对纤维层进行交联处理，PVA/SA与织物基底中的Ca2+原位螯合，在预处理的织物基底上原位形成PVA/SA凝胶，原位形成的PVA/SA凝胶涂层不仅将织物的表层由疏水性转移到亲水性，而且保留了织物原有的多孔结构，进而可以使得织物具有优良的透气性能，同时钙盐预处理，通过钙盐和纤维层的螯合作用，还可以提高电纺纤维层和织物基底的结合力、提高织物基材的水渗透性能，并且获得单向导湿织物；(3)通过交联剂对纺丝进行交联处理，提高了纺丝层的耐水性；(4)在织物表面电纺PVA/SA纤维层能够进一步提高织物的抗静电性能，提高织物的穿着舒适性。
附图说明
图1：实施例1单向导湿织物电镜图。
图2：对比例1单向导湿织物电镜图。
图3：织物未电纺面液滴渗透比较。其中a)为对比例2其中一面液滴渗透情况；b)为对比例1未电纺面液滴渗透情况；c)为实施例1未电纺面液滴渗透情况；d)为实施例6未电纺面液滴渗透情况；e)为实施例3未电纺面液滴渗透情况。
图4：织物电纺面液滴渗透比较。其中a)为对比例2另外一面液滴渗透情况；b)为对比例1电纺面液滴渗透情况；c)为实施例1电纺面液体渗透情况；d)为实施例6电纺面液滴渗透情况；e)为实施例3电纺面液滴渗透情况。
具体实施方式
实施例1
1.制备PVA/SA纺丝液
将10g PVA溶于90g去离子水中，室温溶胀12h，90℃机械搅拌3h，冷却至室温，得到10wt％PVA溶液。3g SA在97g去离子水中60℃下溶解3h，得到3wt％的SA溶液。然后机械搅拌，将PVA和SA溶液按9:1(v/v)混合，加入SDS(0.1115g/50mL)表面活性剂，得到静电纺丝溶液。
2.制备预处理织物
将涤纶织物切成40cm×17cm，涤纶厚度为60μm，将涤纶在10wt％CaCl2溶液中浸泡20min，悬浮至无液滴，然后固定在静电纺机旋转收集器上。收集器的转速为100rpm。
3.制备单向导湿性织物
将电纺丝溶液放入装有20G(内径0.58，外径0.91)金属针的20mL注射器中。针与收集器之间的距离为10厘米。在针尖施加20kv电压，保持连续的射流。微注泵的流量为0.8mL/h。注射器可沿集束轴平行方向来回移动，形成均匀的纤维垫。温度保持在27±2℃，相对湿度保持在55±2％。所有样品电纺丝20min后，在50℃，0.01MPa的真空烘箱中去除溶剂12h，所得织物置于装有3mL 25wt％GA水溶液的烧杯中，置于底部在50℃下交联1h，去离子水洗涤3次，然后在50℃真空度为0.01MPa真空烘箱中去除水24h，最后在预处理的涤纶织物表面覆盖交联的PVA/SA纤维层，记为M-PET。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于CaCl2溶液浓度为5wt％。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于CaCl2溶液浓度为15wt％。
实施例4
与实施例1相同，不同之处在于PVA和SA溶液按8:2(v/v)混合。
实施例5
与实施例1相同，不同之处在于PVA和SA溶液按7:3(v/v)混合。
实施例6
与实施例1相同，不同之处在于PVA和SA溶液按6:4(v/v)混合。
对比例1
与实施例1相同，不同之处在于不含CaCl2预处理。
对比例2
没有经过改性与预处理的涤纶织物(即实施例1中未经任何处理的织物基材)。
表1实施例和对比文件的原料对比
本发明单向导湿性织物检测
表面形貌检测：利用台式扫描电子显微镜(PhenomTM，PhenomScientific，China)观察样品的表面形貌。
电纺沉积层厚度(df，μm)按下式计算df＝di-d0式中，di为M-PET的厚度，单位为μm；d0为涤纶面料的厚度，60μm。用螺旋测微计测量di，随机测量7点，取平均值。
接触角检测：接触角测角仪(DSA100，KRUSS GmbH，Hamburg，Germany)。
透气性检测：根据ASTM D 737标准用透气性测试仪(YG461E/Ⅱ，宁波纺织仪器有限公司，中国)进行测试。
透湿性检测：根据ASTM E96标准用水蒸气透过率测试仪(YG601H-II，中国宁波纺织仪器有限公司)进行测试
静电检测：采用织物摩擦型静电计(FY403E，温州芳元仪器，中国)，按照ISO18080-1:205标准对样品半衰期t1/2进行测试。
导湿性测试，利用液滴渗透检测：蓝染水滴到织物上的静止画面取自手机拍摄的数字视频(p30 pro，华为技术有限公司，中国)。用数码相机(BL-SM500，中国金华欧狮朗贸易有限公司)记录样品两侧扩散行为的图像。
表2实施例检测结果对比
由表2可见，与未进行钙预处理的M-PET相比，用CaCl2溶液预处理的M-PET电纺丝侧的亲水性和抗静电性都得到了改善，接触角更小，半衰期更短，即本申请处理方式获得的织物具有良好的透湿性和透气性以及抗静电性能。从图1的电镜图中也可以看出，本申请的M-PET保留了织物的原始多孔性，10wt％CaCl2溶液预处理的M-PET的WVT率和透气性分别为5.28kg/m2/d和767.26mm/s，比未预处理的M-PET分别提高了16.5％和301.3％。根据图3和图4液滴渗透情况可以看出，通过对织物进行钙盐预处理和PVA/SA纺丝沉积处理，得到了单向导湿性织物，液滴可以从未纺丝面透过织物，发生完全渗透，但是纺丝面液滴仅仅在其表面铺展，并不发生渗透；而未经钙预处理的含PVA/SA纤维层的织物，其并不能发生快速的单向导湿，且不经钙预处理的织物的孔隙变少，透气性变差，透湿性相较于经本发明钙预处理的织物差。因此通过本发明处理工艺，能够得到单向导湿性织物，并且获得的单向导湿织物具有更好的透气、透湿、抗静电性能，具有更好的穿着舒适性。
Claims (10)
1.一种单向导湿性织物，其特征在于：依次包括织物基底、聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/SA)纤维层；所述织物基底经过钙盐预处理，所述聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/SA)纤维层经过交联处理。
2.根据权利要求1所述的单向导湿性织物，其特征在于，所述PVA/SA纤维层通过在基底表面对PVA/SA纺丝液进行静电纺丝，随后进行交联处理获得。
3.根据权利要求1或2所述的单向导湿性织物，其特征在于:所述织物基底为疏水性织物、聚酯、涤纶等；所述钙盐预处理为将织物在钙盐溶液中浸渍处理一段时间，或向织物的一面喷涂钙盐溶液。
4.根据权利要求2所述的单向导湿性织物，其特征在于:所述交联为在交联剂溶液中浸渍处理织物一段时间，交联剂为二元酸、多元酸、二醛等，例如草酸、丁二酸、马来酸、戊二醛。
5.根据权利要求1或3所述的单向导湿性织物，其特征在于，所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙等中的一种或多种；优选氯化钙。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的单向导湿性织物的制备方法，其特征在于：步骤一，准备织物基底；步骤二，对织物基底进行钙盐预处理；步骤三，制备PVA/SA纤维层首先配制PVA/SA纺丝液，通过静电纺丝法在预处理后的织物基材表面形成PVA/SA纤维层，得到含PVA/SA纤维层的织物；步骤四，将步骤三中处理得到的织物在真空烘箱中干燥，将干燥所得的织物置于交联剂溶液中交联，再经洗涤烘干，即得单向导湿性织物。
7.根据权利要求6所述的单向导湿性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤二的钙盐预处理为利用钙盐溶液进行浸泡处理，或利用钙盐溶液喷涂织物基材的两面；钙盐溶液的浓度为1-15wt％；浸渍时间为10-50min；所述钙盐为氯化钙、硝酸钙、碳酸氢钙等中的一种或多种；优选钙盐为氯化钙。
8.根据权利要求6所述的单向导湿性织物的制备方法，其特征在于：步骤三PVA溶于去离子水制得5-15wt％PVA溶液；SA在去离子水中在30℃-80℃下溶解一段时间，制备得到1-5wt％的SA溶液；然后搅拌，将PVA溶液和SA溶液按一定比例混合，加入表面活性剂分散一段时间，得到PVA/SA纺丝溶液。
9.根据权利要求6所述的单向导湿性织物的制备方法，其特征在于：步骤四中真空烘箱温度30-70℃，压强0.01-0.05MPa，时间8-24h；所述交联剂溶液质量浓度为10-30wt％，交联温度为40-60℃，交联时间0.5-3h。
10.根据权利要求9所述的单向导湿性织物的制备方法，其特征在于，所述交联剂联剂为二元酸、多元酸、二醛等，例如草酸、丁二酸、马来酸、戊二醛。
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