一种超支化结构高吸水纤维及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料领域，涉及一种高吸水纤维及其制备方法，具体涉及一种超支化结构高吸水纤维及其制备方法。

背景技术：

高吸水纤维(saf)为继高吸水树脂(sap)之后发展起来的一种高分子功能性纤维，其吸水倍率比一般纤维大几十倍，甚至更高。高吸水纤维不仅具有高吸水树脂的吸水、保水、溶胀等化学结构特性，还因其具纤维的物理形态和尺寸特殊性而具有吸水速率快、手感舒适、加工性好等特点，纤维不易迁移或者脱落。目前的技术中制备高吸水纤维的方法多样，制备工艺比较繁杂，制备的高吸水纤维还可能存在具有一定毒性的残留物或者降解物，传统的制备方法得到的纤维还未必能满足高吸水要求。

纤维状高吸水材料，表面积大、吸水速率快而且柔软，与皮肤接触舒适，吸水后凝胶不流动，能保持吸水纤维原有的强度和完整性，简化卫生用品的制作工艺，可完美解决粒状高吸水材料(sap)存在的不足。saf可进行纺织成布，可制备成一体化吸收芯体，其与不同的天然纤维复合可赋予其多种不同的功能，如添加壳聚糖或海藻糖纤维能制成抗菌防臭型吸水性纺织品，与竹纤维复合能制成高通透型吸收芯体等，可应用于卫生用品、保湿包装材料及农林保水材料等多个领域，作为多功能高分子材料在未来具有非常可观的应用前景。

目前，全球范围，英国和日本较早生产商品saf的国家，产品的吸水倍率为350倍左右，其年产量总计不到2000吨。我国部分企业目前也宣称有saf产品销售，但经取样测试，其吸水倍率约100倍，吸水速度慢，保水效果差，离商用品质尚有一定差距，与国外的技术相比存在较大的差距，我国在高吸水纤维的研究开发和产业化应用等方面比较稀缺。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种超支化结构高吸水纤维及其制备方法。

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)纤维支点引入：丙烯酸与天然纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将步骤1)制得的纤维丙烯酸酯与接枝单体、三功能支化单体进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理；

6)气流干燥与梳理；

步骤1)的天然纤维包括棉纤维、甘蔗渣纤维、木浆纤维的一种以上；

步骤1)的反应过程还包括加入中性的有机钛类酯化催化剂，有机钛类酯化催化剂包括钛酸四正丁酯、异辛醇钛、聚钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯的一种以上；

步骤2)的接枝单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、烯丙基聚乙二醇、甲基烯丙基聚乙二醇、烯丙氧基聚氧乙烯醚的一种以上；

步骤2)的三功能支化单体包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、九羟甲基丙烷三丙烯酸酯、十五羟甲基丙烷三丙烯酸酯的一种；

步骤3)为将氢氧化钠或氢氧化钾加入支化改性纤维，进行钠离子或钾离子交换，提高支化亲水基团的裸露程度，进一步提高产物亲水性和吸水容量；

步骤5)的固定化与表面热处理包括烘干与固定、表面处理以及热处理。

一种超支化结构高吸水纤维，该纤维以天然纤维为基材通过支化改性制得，具有超支化结构，其吸水速率能达360g/g以上。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的制备过程可以通过控制反应单体的聚合反应条件，实现纤维的吸水基团的超支化接枝，与目前采用的纤维单层吸水基团改性技术相比，纤维的吸水和锁水性能大幅提升；

2.本发明的超支化结构高吸水纤维采用天然纤维为基材，相比现有技术，可减低高吸水材料产品对石化原料的依赖性，其废弃物对自然界影响更小，在卫生用品领域上的使用更安全、舒适和绿色；

3.本发明的高吸水纤维具有超支化结构，增加纤维的吸水能力，因此本发明的高吸水纤维具有高亲水性和高吸水容量，且具有不易变形的物理性能和力学性能，可应用于卫生用品、医疗用品、保水材料等领域，具有较广阔的应用前景。

说明书附图

图1为纤维支点引入的化学反应路线图；

图2为支化接枝共聚的化学反应路线图。

具体实施方式

以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所附权利要求所限定。

实施例1

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法：

1)纤维支点引入：以10g钛酸四正丁酯为催化剂，将30g丙烯酸与30g棉纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将1)制得的纤维丙烯酸酯与10g丙烯酸、10g丙烯酰胺、15g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将40g氢氧化钠加入支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理：将丝状物纤维进行80℃烘干与固定、表面处理和120℃热处理；

6)气流干燥与梳理，最终得超支化结构高吸水纤维。

实施例2

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法：

1)纤维支点引入：以10g异辛醇钛为催化剂，将30g丙烯酸与30g甘蔗渣纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将1)制得的纤维丙烯酸酯与10g丙烯酸、10g烯丙基聚乙二醇、15g九羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将40g氢氧化钠加入支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理：将丝状物纤维进行90℃烘干与固定、表面处理和125℃热处理；

6)气流干燥与梳理，最终得超支化结构高吸水纤维。

实施例3

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法：

1)纤维支点引入：以10g聚钛酸正丁酯为催化剂，将30g丙烯酸与30g棉纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将1)制得的纤维丙烯酸酯与10g甲基烯丙基聚乙二醇、10g烯丙氧基聚氧乙烯醚、15g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将40g氢氧化钠加入支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理：将丝状物纤维进行110℃烘干与固定、表面处理和130℃热处理；

6)气流干燥与梳理，最终得超支化结构高吸水纤维。

实施例4

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法：

1)纤维支点引入：以10g钛酸四正丁酯为催化剂，将30g丙烯酸与30g木浆纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将1)制得的纤维丙烯酸酯与10g丙烯酸、10g甲基烯丙基聚乙二醇、15g十五羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将40g氢氧化钠加入支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理：将丝状物纤维进行110℃烘干与固定、表面处理和135℃热处理；

6)气流干燥与梳理，最终得超支化结构高吸水纤维。

实施例5

一种超支化结构高吸水纤维的制备方法：

1)纤维支点引入：以10g钛酸四异丙酯为催化剂，将30g丙烯酸与30g甘蔗渣纤维酯化反应制得纤维丙烯酸酯；

2)支化接枝共聚：将1)制得的纤维丙烯酸酯与10g烯丙基聚乙二醇、10g烯丙氧基聚氧乙烯醚、15g九羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚反应得支化改性纤维，过滤水洗；

3)亲水处理：将40g氢氧化钠加入支化改性纤维进行金属离子交换，交换度为60-80％；

4)溶浆与喷丝：制备丝状长纤维；

5)长纤维的固定化与表面热处理：将丝状物纤维进行120℃烘干与固定、表面处理和140℃热处理；

6)气流干燥与梳理，最终得超支化结构高吸水纤维。

将实施例1至5所制备的超支化结构高吸水纤维产品进行吸水速率测试，测试结果如下表所示：

表1超支化结构高吸水纤维的吸水和锁水性能