本发明属于服装纺织领域，具体涉及一种改性聚丙烯腈纤维、速干面料及其制备方法与应用。
背景技术：
由美国杜邦公司研制成的聚丙烯腈在我国被叫做腈纶，所谓腈纶纤维是指在纤维重量百分率中含有不少于85％的丙烯腈的共聚体。腈纶在合成纤维中占有很重要的位置，并且在中国的发展速度最快，早在20世纪50年代我国就开始了对腈纶进行研究。腈纶纤维具有优良的物理机械性能，很多方面的性能和羊毛相似，甚至超过了羊毛，因此素有“人造羊毛”之称。腈纶的优点是手感柔软、压缩弹性好、保暖性好，具有鲜艳的色泽、蓬松的外观、以及优异的强度，同时还具有良好的成型加工性能，在工程塑料、纤维材料方面得到了广泛应用。
但是，腈纶的结构致密，缺少亲水基团，染色困难，固有生物吸湿性差、回潮率低、易起毛起球、易起静电等不足之处制约了其应用的扩大，因此，研究亲水性的腈纶具有重要的意义。亲水腈纶纤维可以满足人们对服装面料舒适性和保健性的综合要求，科研工作者还可以根据人们需要进一步开发设计出一系列功能化、生态化的纺织服装产品，市场潜力巨大、前景广阔。从产品的用途来看，腈纶亲水改性新产品应用广泛。除了用于运动装、休闲装等，还将朝着多方向的发展，如军装、航天航空材料，也可以做成高档外衣、运动衫、儿童妇女服装、床上用品等日常生活用品等。在医用方面，高吸水腈纶织物也得到了广泛的应用，医用的手术衣、止血纱布等都可用高吸湿腈纶来做，它不仅可以迅速地吸收体液和血液，还可以保持与人体接触的表面干爽、洁净。
目前，亲水改性腈纶的方法主要有接枝共聚法、共混纺丝法等。其中，接枝共聚法的缺点在于亲水性物质接枝率不易控制，接枝率低则纤维亲水性能不明显，接枝率高则纤维原有力学性能会降低，且该方法步骤复杂，成本较高。而共混纺丝法对于设备要求较高，需要通过纺丝机进行溶液纺丝或者熔融纺丝。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种改性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改性聚丙烯腈纤维。
本发明的再一目的在于提供一种速干面料，该面料包含上述改性聚丙烯腈纤维。
本发明的第四个目的在于提供上述改性聚丙烯腈纤维和速干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：
一种改性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、纳米碳酸钙、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；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维50～70℃水洗55～70h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维在壳聚糖/醋酸溶液中60～80℃处理4～48h；
(4)将步骤(3)处理后的混合纤维再次进行水洗；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维拉伸，卷曲，干燥上油，得到改性聚丙烯腈纤维；
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)中所述的纳米碳酸钙的粒径优选为0.05～0.1μm；
步骤(1)所述的纺丝原液中聚丙烯腈的浓度优选为25～30％w/w；
步骤(1)所述的纺丝原液中聚乙烯醇的浓度优选为3～4％w/w；
步骤(1)所述的纺丝原液中纳米碳酸钙的浓度优选为1～5％w/w；
步骤(1)所述的纺丝原液中纳米碳酸钙的浓度进一步优选为2～3％w/w；
步骤(1)所述的纺丝原液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度优选为3～8％w/w；
步骤(1)所述的纺丝原液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度优选为4～5％w/w；
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55～65℃水洗60～65h；
步骤(3)中所述的壳聚糖/醋酸溶液中醋酸浓度优选为5～10％w/w，壳聚糖浓度优选为5～10mg/ml；
步骤(3)中所述的处理的条件优选为65～75℃处理10～40h；
步骤(4)中所述的水洗的条件优选为30～40℃水洗30min～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℃；
一种改性聚丙烯腈纤维，通过上述制备方法制备得到；
一种速干面料，包含上述改性聚丙烯腈纤维；
所述的速干面料的制备方法，包含如下步骤：
将上述改性聚丙烯腈纤维纺纱、针织，得到速干面料；
所述的改性聚丙烯腈纤维和速干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，无机纳米碳酸钙、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壳聚糖/醋酸溶液处理，一方面纤维表面的碳酸钙与醋酸反应，在纤维表面形成大小不一的凹陷和空洞，致孔剂聚乙烯吡咯烷酮和碳酸钙形成的微孔和凹陷相互贯通、形成一体的多孔结构进而起到吸水和保水的作用，与纤维中共混的聚乙烯醇共同作用，改善纤维的吸水性；另一方面壳聚糖可通过接枝和包缠连在纤维上，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和吸湿性，且耐洗涤性好，作用效果持久，其中，相对于碱液处理，本发明采用合适粒径的纳米碳酸钙与醋酸反应形成微孔，对聚丙烯腈几乎破坏(腈纶的耐酸性优于耐碱性)。
(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。
实施例1
一种改性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)、纳米碳酸钙(粒径0.05～0.08μm)、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，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％w/w，聚乙烯醇的浓度为3.5％w/w，纳米碳酸钙的浓度为3％w/w，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为5％w/w；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维60℃水洗65h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维在壳聚糖/醋酸溶液(醋酸浓度为8％w/w，壳聚糖浓度为9mg/ml)中75℃处理30h；
(4)将步骤(3)处理后的混合纤维37℃再次水洗1h；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维拉伸(拉伸倍数为4.5倍，拉伸温度为125℃)，卷曲，干燥上油，得到改性聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的改性聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到速干面料。
实施例2
一种改性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)、纳米碳酸钙(粒径0.06～0.09μm)、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，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为30％w/w，聚乙烯醇的浓度为3％w/w，纳米碳酸钙的浓度为5％w/w，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为3％w/w；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维50℃水洗70h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维在壳聚糖/醋酸溶液(醋酸浓度为5％w/w，壳聚糖浓度为5mg/ml)中80℃处理4h；
(4)将步骤(3)处理后的混合纤维30℃再次水洗2h；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维拉伸(拉伸倍数为3倍，拉伸温度为130℃)，卷曲，干燥上油，得到改性聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的改性聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到速干面料。
实施例3
一种改性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)、纳米碳酸钙(粒径0.07～0.1μm)、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，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为25％w/w，聚乙烯醇的浓度为4％w/w，纳米碳酸钙的浓度为1％w/w，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为8％w/w；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维70℃水洗55h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维在壳聚糖/醋酸溶液(醋酸浓度为10％w/w，壳聚糖浓度为10mg/ml)中60℃处理48h；
(4)将步骤(3)处理后的混合纤维40℃再次水洗30min；
(5)将步骤(4)水洗后的混合纤维拉伸(拉伸倍数为5倍，拉伸温度为120℃)，卷曲，干燥上油，得到改性聚丙烯腈纤维；
(6)将步骤(5)制得的改性聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到速干面料。
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)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；得到混合纤维；其中，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％w/w；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维60℃水洗65h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维拉伸(拉伸倍数为4.5倍，拉伸温度为125℃)，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1。
对比实施例2
一种改性聚丙烯腈纤维的制备方法，包含如下步骤：
(1)聚丙烯腈(平均分子量40000)、聚乙烯醇(pva-1799)、纳米碳酸钙(粒径0.05～0.08μm)、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，纺丝原液中聚丙烯腈的浓度为28％w/w，聚乙烯醇的浓度为3.5％w/w，纳米碳酸钙的浓度为3％w/w，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为5％w/w；
(2)将步骤(1)纺丝得到的混合纤维60℃水洗65h；
(3)将步骤(2)水洗后的混合纤维拉伸(拉伸倍数为4.5倍，拉伸温度为125℃)，卷曲，干燥上油，得到改性聚丙烯腈纤维；
(4)将步骤(3)制得的改性聚丙烯腈纤维按照常规方法纺纱、针织，得到普通面料2。
效果实施例
(1)吸水性能测试
取实施例1～3制得的速干面料或对比实施例1～2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。
结果如表1和表2所示，与对比实施例1和2相比，实施例1～3制得的速干面料具有更好的吸水性和吸湿性。
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
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。