CN115595794A - 一种高机械性能超吸水纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，所述支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；所述支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面；有利于促进吸水纤维在工农业和日常生活中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及水凝胶纤维材料加工技术领域，具体涉及一种高机械性能超吸水纤维的制备方法。
背景技术
超吸水纤维是继超吸水树脂而发展起来的一种具有特殊功能的纤维。超吸水纤维不仅具有超吸水树脂的吸水、保水功能，而且由于纤维直径小，通常在30 μm左右，因此具有较大的表面积，吸水速度比树脂更快。此外，与超吸水树脂相比较，超吸水纤维有更多优越的性能，在工农业和日常生活中用途更为广泛，发展潜力很大。
中国纺织科学研究院公开号为CN1407147的专利，以丙烯酸、丙烯酸钠等丙烯酸酯一起在水溶液中聚合得到共聚物水溶液，以聚乙烯醇水溶液为芯层或皮层，经皮-芯型复合喷丝板挤出、热空气干法纺丝和热交联得到超吸水纤维。南通中银纤维制品有限公司的公开号为CN1664189的专利，利用丙烯酸系原料单体和增韧材料加水一次性投料→加压，分段控制，共聚共混→脱单体脱泡→挤出喷丝→流变态拉伸→固化成型→热交联处理→超吸水纤维。特开平2004-293022公开了一种聚乙烯醇高吸水纤维，所述的聚乙烯醇吸水纤维是聚乙烯醇溶解在 DMSO溶剂中，用甲醇做凝固浴纺丝，再经架桥剂(交联剂)聚丙烯酸等后处理交联成吸水纤维。
但是上述方法中的生产工艺较为复杂，产品的机械性能不高，吸水后易碎。因此急需提出一种简便的高机械性能超细吸水纤维制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高机械性能超吸水纤维的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，所述支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；所述支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有紫外光引发剂的水溶液中；
S3.采用紫外光照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
进一步，所述步骤S1中，聚丙烯（PP）的熔指为30-50 g/10 min。
进一步，所述步骤S2中，光引发剂为2-羟基-2,2-二甲基苯乙酮、2,2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)、二苯甲酮和2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的任意一种或几种。
进一步，所述步骤S2中，该水溶液的紫外光引发剂占比为0~5 wt.%。
进一步，所述步骤S2中，PP纤维在含有紫外光引发剂的水溶液的浸泡时间为5min-5 h。
进一步，所述步骤S3中，紫外光波长范围为200-400 nm，功率为8-32 W。
进一步，所述步骤S3中，该水溶液的丙烯酸（AA）浓度为20-100 wt.%。
进一步，所述步骤S3中，PP纤维在AA水溶液中的浸泡聚合时间为30 s-2 h。
进一步，所述步骤S4中，烘箱的干燥温度为60-150 ℃。
进一步，所述步骤S4中，所获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）的断裂强度为5-20 cN/dtex-1，吸水倍率为50-300倍，保水率为55%-90%。
作为优选的实施例，步骤S1中，聚丙烯（PP）的熔指为40 g/10 min。
作为优选的实施例，步骤S2中，光引发剂为2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)。
作为优选的实施例，步骤S3中，紫外光波长的选择范围为395 nm，功率为16 W。
作为优选的实施例，步骤S4 中，烘箱的烘干温度为60 ℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：用于针对现存超吸水纤维吸水后易碎的缺点，采用高机械性能的PP纤维为骨架，通过紫外光引发丙烯酸（AA）在PP纤维表面聚合形成超吸水涂层，以获得具有高机械性能的超吸水纤维。该纤维具有生产成本低，生物相容性好，可连续化生产等优点，市场前景广阔。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
实施例1
一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有1 wt.% 的2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)的水溶液中1h；
S3.采用395 nm，16W的紫外光间隔1cm的距离照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有20 wt.%丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层，聚合时间为30s；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中，以60℃干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
实施例2
一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有1 wt.%的2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)的水溶液中1h；
S3.采用395 nm，16W的紫外光间隔1cm的距离照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有30 wt.%丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层，聚合时间为30s；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中，以60℃干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
实施例3
一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有2wt.% 的2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)的水溶液中1h；
S3.采用395 nm，16W的紫外光间隔1cm的距离照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有20 wt.%丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层，聚合时间为30s；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中，以60℃干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
实施例4
一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有2wt.% 的2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)的水溶液中1h；
S3.采用395 nm，16W的紫外光间隔1cm的距离照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有40 wt.%丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层，聚合时间为30s；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中，以60℃干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
实施例5
一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有3wt.% 的2，2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)的水溶液中1h；
S3.采用395 nm，16W的紫外光间隔1cm的距离照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有20 wt.%丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层，聚合时间为30s；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中，以60℃干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
综上，基于上述实施例1-5所制得的高机械性能超吸水纤维（PP/PAA），进行相关的
性能测试，具体得到如下表所述的性能测试结果：
| 断裂强度 | 吸水倍率 | 保水率 | |
| 实施例1 | 8-10 cN/dtex<sup>-1</sup> | 50-100倍 | 65-80% |
| 实施例2 | 8-10 cN/dtex<sup>-1</sup> | 50-100倍 | 70-80% |
| 实施例3 | 8-13 cN/dtex<sup>-1</sup> | 80-120倍 | 60-85% |
| 实施例4 | 10-15 cN/dtex<sup>-1</sup> | 100-200倍 | 65-90% |
| 实施例5 | 8-12 cN/dtex<sup>-1</sup> | 90-160倍 | 60-80% |
综上，从性能测试结果中可知，上述实施例所制得的纤维产品以低成本、高强度的聚丙烯（PP）作为支撑芯层以及聚丙烯酸（PAA）作为超吸水皮层，从而实现了纤维高机械性能和超吸水性能的有机结合，有利于促进吸水纤维在工农业和日常生活中的应用。
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：该高机械性能超吸水纤维包括支撑芯层和超吸水皮层，其中，所述支撑芯层为聚丙烯（PP）成分，所述超吸水皮层为聚丙烯酸（PAA）；所述支撑芯层通过纺粘或熔融纺丝工艺制得，超吸水皮芯通过紫外诱导的自由基聚合反应生长在支撑芯层表面，具体包括有如下步骤：
S1.以聚丙烯（PP）为原料，通过纺粘或熔融纺丝工艺制得PP纤维；
S2.将PP纤维充分浸润在含有紫外光引发剂的水溶液中；
S3.采用紫外光照射步骤S2中的PP纤维，使其表面产生大量的自由基，随后将PP纤维转送至浸入含有丙烯酸（AA）的水溶液中而引发AA聚合形成吸水涂层；
S4.将经步骤S3形成吸水涂层的PP纤维转入烘箱中干燥至恒重状态，便获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）。
2.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，聚丙烯（PP）的熔指为30-50 g/10 min。
3.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，光引发剂为2-羟基-2,2-二甲基苯乙酮、2,2’-偶氮基-双(2-脒基丙烷)、二苯甲酮和2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的任意一种或几种。
4.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，该水溶液的紫外光引发剂占比为0~5 wt.%。
5.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，PP纤维在含有紫外光引发剂的水溶液的浸泡时间为5 min-5 h。
6.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，紫外光波长范围为200-400 nm，功率为8-32 W。
7.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，该水溶液的丙烯酸（AA）浓度为20-100 wt.%。
8.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，PP纤维在AA水溶液中的浸泡聚合时间为30 s-2 h。
9.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，烘箱的干燥温度为60-150 ℃。
10.如权利要求1所述一种高机械性能超吸水纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，所获得高机械性能超吸水纤维（PP/PAA）的断裂强度为5-20 cN/dtex-1，吸水倍率为50-300倍，保水率为55%-90%。
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| CN202211401270.4A Pending CN115595794A (zh) | 2022-11-09 | 2022-11-09 | 一种高机械性能超吸水纤维的制备方法 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1407147A (zh) * | 2001-09-03 | 2003-04-02 | 中国纺织科学研究院 | 超吸水纤维的制造方法及其纤维 |
| CN101260612A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-09-10 | 东华大学 | 一种用聚乙烯醇纤维制备超吸水纤维的方法 |
| CN105727769A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-07-06 | 青岛大学 | 一种紫外辐照聚丙烯中空纤维膜的亲水化改性方法 |
| CN105884959A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-24 | 中山大学 | 聚丙烯酸高吸水树脂的室温溶液聚合制备方法 |
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-
2022
- 2022-11-09 CN CN202211401270.4A patent/CN115595794A/zh active Pending
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