本发明属于服装纺织领域，具体涉及一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维、抗静电吸湿面料及制备方法与应用。
背景技术：
聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈或85％以上的丙烯腈和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成，在中国该纤维的商品名为“腈纶”。它具有一般合成纤维的共性，并具有优异的强度、柔软、蓬松、易染、色泽鲜艳、不怕虫蛀等优良特性，而且它具有其他结晶纤维所没有的热弹性，利用这种特性可以产生膨体效果。因其诸多性能与羊毛类似，有“合成羊毛”的美称，是重要的合成纤维之一，其纤维制品也被广泛应用于纺织服装、装饰、产业等领域中。在聚丙烯腈的大分子链中主要存在ch2基、ch基、cn基，缺乏自由的亲水性基团，致使聚丙烯腈纤维吸湿性差，容易产生静电，限制了其在内衣、运动服等领域的应用。阻燃性能差也限制了其在家居纺织品、装饰产品中的应用。常用聚丙烯腈纤维是以短纤维形式纯纺或与其他纤维进行混纺，短纤维容易起球，因此常规聚丙烯腈纤维制品抗起球性能差，而随着纤维技术的改进，通过改性增加纤维功能，提高纤维产品的附加值，也是纤维科技发展的需要。聚丙烯腈纤维朝着差别化、功能化等方向发展也是必然趋势、
常规腈纶在标准状态下的电阻率为1013ω·cm，会造成纤维在后加工时因摩擦产生静电，使集束困难并易缠绕在机件上；成品吸尘和易受沾污；局部可引起皮肤炎症和血液ph值升高；衣裙容易缠腿；在低湿度条件下，因静电关系而引起火灾。
为降低腈纶的静电积聚效应，人们制取了抗静电腈纶。常采用如下措施：(1)把亲水性化合物通过共聚引入聚合物中，制成抗静电纤维；(2)把聚丙烯腈大分子中的氰基部分水解成羧基；(3)使用抗静电剂。抗静电腈纶可用于学生服装、夜礼服、抗静电工作服、无尘工作服，无绒毛、无菌工作服以及地毯、被单、复印带等。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的抗静电吸湿聚丙烯腈纤维。
本发明的再一目的在于提供一种抗静电吸湿面料，该面料由上述抗静电吸湿聚丙烯腈纤维制备得到。
本发明的第四个目的在于提供上述抗静电吸湿聚丙烯腈纤维和抗静电吸湿面料在功能性面料领域中的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮和有机溶剂混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行纺丝，得到混合纤维；其中，聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(25～35):(2～3):(0.5～1)：(3～5)；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维50～80℃水洗55～70h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维用季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液60～80℃处理4～24h；
(4)将步骤(3)中处理后的混合纤维30～50℃再次水洗30min～4h；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维拉伸，卷曲，干燥上油，得到抗静电吸湿聚丙烯腈纤维；
步骤(1)中所述的聚丙烯腈的平均分子量优选为3～4万；
步骤(1)所述的纺丝原液中聚丙烯腈的浓度优选为25～30％；
步骤(1)所述的聚乙烯吡咯烷酮优选为聚乙烯吡咯烷酮k30、聚乙烯吡咯烷酮k40、聚乙烯吡咯烷酮k60、聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮k80和聚乙烯吡咯烷酮k90中的至少一种；
步骤(1)所述的聚乙烯吡咯烷酮进一步优选为聚乙烯吡咯烷酮k60和聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮k80中的至少一种；
步骤(1)所述的有机溶剂优选为二甲基甲酰胺(dmf)；
步骤(1)中所述的纺丝为常规纺丝即可，优选为干法纺丝；
步骤(1)中所述的纺丝的速度优选为150～250m/min；
步骤(2)中所述的水洗的条件优选为65～75℃水洗60～65h；
步骤(3)中所述的季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液中乙二醛浓度优选为2～4％w/w，季铵盐壳聚糖浓度优选为1～2％w/w；
步骤(3)中所述的处理的条件优选为65～75℃处理8h～12h；
步骤(4)中所述的水洗的条件优选为35～40℃水洗1h～2h；
步骤(5)中所述的拉伸的倍数优选为3～5倍，拉伸的温度优选为120～140℃；
一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维，通过上述制备方法制备得到；
一种抗静电吸湿面料，包含上述抗静电吸湿聚丙烯腈纤维；
所述的抗静电吸湿面料的制备方法，包含如下步骤：
将上述抗静电吸湿聚丙烯腈纤维纺纱、针织，得到抗静电吸湿面料；
所述的抗静电吸湿聚丙烯腈纤维在功能性面料领域中的应用；
所述的抗静电吸湿面料在功能性面料领域中的应用；
本发明的原理：
本发明针对于聚丙烯腈吸湿性差、回潮率低、易起静电等不足，以聚乙烯醇为分散剂，有机聚乙烯吡咯烷酮为致孔剂，使制得的聚丙烯腈纤维结构微孔化，其中，纺丝成型后的聚丙烯腈纤维经过水洗后，一方面去除溶剂，另一方面致孔剂聚乙烯吡咯烷酮溶于水后，纤维内部及表面形成大量孔径均匀的微孔；经过水洗后的纤维进一步用季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液处理，一方面乙二醛作为交联剂，使得季铵盐壳聚糖形成网络结构，通过包缠和接枝两种方式与聚丙烯腈纤维形成稳定结构，其中，季铵盐壳聚糖不仅具有良好的水溶性，且具有良好的抗菌性、阳离子吸附性、吸湿保湿性、抗静电性等性能，季铵盐壳聚糖带正电荷，聚丙烯腈纤维带负电荷，其与高分子永久型抗静电剂聚环氧乙烷协同作用，具有优异的抗静电效果，且可改善织物手感。第二，季铵盐壳聚糖与纤维内部残留的聚乙烯吡咯烷酮共同作用，改善纤维吸湿性。此外，本发明通过三次洗涤，克服了干法纺丝采用二甲基甲酰胺作为溶剂的缺陷，使得纤维中的溶剂得以完全去除。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明通过物理处理结合化学处理的方式对聚丙烯腈进行改性，显著改善了聚丙烯腈的吸水性、吸湿性和抗静电性，且耐洗涤性好，作用效果持久。
(2)本发明通过三次洗涤，克服了干法纺丝采用二甲基甲酰胺作为溶剂的缺陷，使得纤维中的溶剂得以完全去除。
(3)本发明制得的改性聚丙烯腈纤维克服了未改性聚丙烯腈纤维湿性差、回潮率低、易起静电等缺点，具有良好的吸水性、吸湿性、抗静电和抗菌效果。
(4)本发明制得的改性聚丙烯腈纤维改善了纤维的服用性能，提高了其制得的纺织品的舒适性，改变了普通腈纶不适于制作春秋服装的状况，可制作四季服装、内衣、运动衫、睡衣以及床上用品等。
(5)本发明提供的制备方法操作简单，成本低，适于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
季铵盐壳聚糖购自武汉市合中生化制造有限公司，取代度90％；
实施例1
一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈(平均分子量40000)、聚乙烯醇(pva-1799)、聚环氧乙烷(平均分子量30000)、聚乙烯吡咯烷酮k60和有机溶剂二甲基甲酰胺(dmf)混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行干法纺丝，纺丝速度为200m/min，得到混合纤维；其中，聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮k60的质量比为30:2.5:0.8:4，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维70℃水洗63h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维用季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液(乙二醛浓度为3.5％w/w，季铵盐壳聚糖浓度为1.5％w/w)70℃处理10h；
(4)将步骤(3)中处理后的混合纤维37℃再次水洗1.5h；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维125℃拉伸为4.5倍，卷曲，干燥上油，得到抗静电吸湿聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的抗静电吸湿聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到抗静电吸湿面料。
实施例2
一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈(平均分子量30000)、聚乙烯醇(pva-1799)、聚环氧乙烷(平均分子量40000)、聚乙烯吡咯烷酮k60和有机溶剂二甲基甲酰胺(dmf)混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行干法纺丝，纺丝速度为150m/min，得到混合纤维；其中，聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮的质量比为25:2:0.5:3，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为30％；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维50℃水洗70h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维用季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液(乙二醛浓度为2％w/w，季铵盐壳聚糖浓度为1％w/w)60℃处理24h；
(4)将步骤(3)中处理后的混合纤维30℃再次水洗4h；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维120℃拉伸为5倍，卷曲，干燥上油，得到抗静电吸湿聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的抗静电吸湿聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到抗静电吸湿面料。
实施例3
一种抗静电吸湿聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈(平均分子量40000)、聚乙烯醇(pva-1788)、聚环氧乙烷(平均分子量30000)、聚乙烯吡咯烷酮k80和有机溶剂二甲基甲酰胺(dmf)混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行干法纺丝，纺丝速度为250m/min，得到混合纤维；其中，聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮的质量比为35:3:1:5，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为25％；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维80℃水洗55h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维用季铵盐壳聚糖/乙二醛溶液(乙二醛浓度为4％w/w，季铵盐壳聚糖浓度为2％w/w)80℃处理4h；
(4)将步骤(3)中处理后的混合纤维50℃再次水洗30min；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维140℃拉伸为3倍，卷曲，干燥上油，得到抗静电吸湿聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的抗静电吸湿聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到抗静电吸湿面料。
对比实施例1
一种聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈(平均分子量40000)和有机溶剂二甲基甲酰胺(dmf)混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行干法纺丝，纺丝速度为200m/min，得到纤维；其中，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％；
(2)将步骤(1)纺丝得到的纤维70℃水洗63h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维125℃拉伸为4.5倍，卷曲，干燥上油，得到聚丙烯腈纤维；
(4)将步骤(3)制得的聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到普通面料。
对比实施例2
一种聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)将聚丙烯腈(平均分子量40000)、聚乙烯醇(pva-1799)、聚环氧乙烷(平均分子量30000)、聚乙烯吡咯烷酮k60和有机溶剂二甲基甲酰胺(dmf)混合，得到纺丝原液；纺丝原液进行干法纺丝，纺丝速度为200m/min，得到混合纤维；其中，聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮k60的质量比为30:2.5:0.8:4，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维70℃水洗63h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维125℃拉伸为4.5倍，卷曲，干燥上油，得到聚丙烯腈纤维；
(4)将步骤(3)制得的聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到普通面料。
效果实施例
(1)吸水性能测试
取实施例1～3制得的抗静电吸湿面料或对比实施例1和2制得的普通面料剪成3小块样，记录其初始质量(m1)。将试样投入盛有水的烧杯中，并在其中浸润1h，取出后用滤纸吸去织物表面的水份至无水滴自然滴下，称取其质量(m2)，并计算出吸水率，取3次结果的平均值，用下式计算吸水率：
m＝(m2-m1)/m1
式中m是吸水率，m1是面料的干重，m2是吸水后面料的重量。
(2)回潮率测试
试样吸湿前后的质量变化与试样干重之比即为试样的回潮率。
(3)体积比电阻测试
称取在标准条件下达到吸湿平衡的纤维，用纤维比电阻仪测其体积比电阻。体积比电阻(ρv)反应了纤维的导电性能与抗静电性能，即体积比电阻越小，纤维的导电性能、抗静电性能越强；反之，纤维的导电性能、抗静电性能越差。
结果如表1、表2和表3所示，与对比实施例1和2相比，实施例1～3制得的抗静电吸湿面料具有更好的吸水性、吸湿性和抗静电功能。
表1实施例1～3以及对比实施例1～2制得的面料的吸水性能分析
表2实施例1～3以及对比实施例1～2制得的面料的吸湿性能分析
表3实施例1～3以及对比实施例1～2制得的面料的抗静电性能分析
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。