一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纤维改性领域，具体涉及一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的保暖，如“三明治”叠加穿衣法，是以隔绝冷空气及阻止身体散发出的热逃逸为主的，这样既不便于活动，又缺乏美感，随着科技进步与生活水平的提高，人们不再满足于被动的保暖方式，开始研究主动产热的发热材料。主动发热材料可设计、升温迅速、温度可控，与传统保暖方式相比，主动发热面料在实现保暖性的同时，也更轻薄透气，活动更方便。此外，大部分冬季保暖贴身衣物在穿着过程中由于衣物与衣物或衣物与皮肤之间的相互摩擦作用会产生大量静电，使衣物的穿着体验感较差。

2、现有领域出现了较多的主动产热纤维技术，根据发热机理一般可分为吸湿发热、远红外发热、电能发热、化学反应放热和相变放热五种。目前市面上售卖的保暖内衣大多采用吸湿发热，吸湿发热技术主要是通过吸湿材料中的亲水基团与表微环境中的水蒸气通过氢键相互作用后结合，使水蒸气分子的动能降低，根据能量守恒定律，这部分动能将转化为热能实现热量的产出。在吸湿发热技术中，吸湿率越高，可实现的发热效果就越强。目前常见的纤维吸湿率从高到低依次为羊毛、粘胶、棉、锦纶、腈纶、涤纶，羊毛最高为16%，粘胶为13%。其中，腈纶作为保暖内衣中常见的保暖组分，具有“人造羊毛”之称，主要是因为腈纶纤维蓬松、卷曲柔软，弹性较好，在秋冬面料上使用较多，但腈纶中的疏水基团氰基（-c≡n）导致腈纶吸湿性很差，其吸湿率仅为2%，难以实现良好的吸湿发热的效果，同时，也容易使衣物产生静电。

3、现有技术内，目前腈纶增强吸湿性的方法常见的有纺丝、酸性水解、碱性水解、后整理剂整理等。通过共混纺丝方法获得的吸湿腈纶纤维大多是通过丙烯酸或丙烯腈的共聚物与聚丙烯腈共混纺丝的方法获得的，但是一般单体的加入量小于15%，主要是为满足纤维的机械性能和染色性能，过多的加入亲水单体，工艺变动大且聚合反应会发生改变。另外也有通过湿法纺丝的方式在聚丙烯腈上接枝其他亲水物质，但是接枝数量不多，吸湿性无法改善，一味增加接枝数量，又会使纤维手感硬化、色牢度下降。纺丝过程中涉及到的助剂多，工艺条件复杂，纤维性能不易控制且时间周期长。酸性水解过程中要用到大量的浓强酸，且水解时间较长。pan 纤维中的c≡n在碱溶液的催化下水解，相对于酸性水解反应安全性较高且时间较短，但要严格控制反应条件以防纤维结构遭到破坏，有序性降低，结晶度下降，导致纤维水解易烂，强度差。同时碱水解得到的亲水基团较少，如果没有合理的措施引入更多的亲水基团将无法达到较高的回潮率，导致吸湿发热效果不理想。使用含亲水性基团的后整理剂对腈纶进行整理可在腈纶表面引入大量亲水基团，明显提高腈纶的吸湿性，但由于整理剂只是物理吸附在纤维表面，所以耐洗性较差。如何提高水解纤维中的亲水基团含量，改善耐洗性，同时又不影响纤维的强度是最重要的研究方向。

4、另外，由于衣物之间或衣物与人体间的相互摩擦会产生静电，静电除会导致穿着舒适感降低外，积累过多后也会对人体产生危害，比如影响中枢神经造成心血管疾病，因此需要消除。当前，织物抗静电方法有：1）使用抗静电整理剂增加织物亲水性；2）化学改性法：在纱线或织物上引入亲水性基团或者与亲水性的聚合物进行共聚或接枝聚合；3）混纺或嵌织金属纤维。前两种方法的作用机理均属提高织物吸湿率、降低绝缘性，从而加速静电泄露。但是在干燥环境中或经过多次洗涤后，利用整理剂后处理的方法会使抗静电效果下降或不显著。第三种方法属于物理性质的抗静电方法，且混纺或嵌织入金属纤维后会影响纱线的弹性，进而影响面料的弹性，使得面料手感僵硬。由于水具有相当高的导电性，所以在开发保暖内衣面料的过程中需要提高面料的吸湿性，增大聚合物材料的导电性，进而降低静电效应。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维及其制备方法和应用。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维，所述吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维由普通腈纶纤维预处理、碱性水解、酸中和、接枝引入双键、交联反应得到，并具有以下结构式：

4、

5、其中r为氢（h）或甲基（-ch3）或烯丙基（-ch2chch2），r'为氢(h)或甲基（-ch3）或羧甲基（-ch2cooh），r"为羧基（-cooh）或酰胺基（-conh2）；

6、其中，碱性水解中碱金属为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种，碱液中碱金属质量浓度为6%-20%；酸中和中酸溶液为醋酸、碳酸中的一种，质量浓度范围在20%-30%之间，中和反应时间为20-30min，腈纶纤维与酸溶液的反应浴比为1:30；接枝引入双键中亲核试剂添加量为腈纶纤维质量的25%-80%，亲核试剂为烯丙基胺、二烯丙基胺、甲基烯丙基胺中的一种；交联反应中所需亲水单体溶液的质量浓度在25%-40%之间，所述亲水性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺中的一种。

7、作为本发明的进一步改进，所述吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维回潮率高达20.6%，且其与粘胶、棉、氨纶进行混纺后织成面料，所得面料在水洗前、水洗30、60次后的30min内，吸湿发热平均升温值最高分别为4.1℃、4.0℃、4.0℃，最高升温值最高分别为8.8℃、8.7℃、8.6℃，抗静电半衰期值最小可分别达到0.59s、0.63s、0.60s，且使用改性后的腈纶纤维织成的面料顶破强力与改性前相比无明显下降。

8、一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维的制备方法，包括以下步骤：

9、步骤一：腈纶纤维预处理；挑选均匀的 pan 纤维作为实验原料，并用纯化水洗涤干净后在130℃条件下烘干待用；

10、步骤二：腈纶纤维碱性水解；称取一定量的上述腈纶纤维，将由不同浓度的碱液、催化剂组成的溶液置于200ml的玻璃烧杯中，搅拌均匀后加入纤维，用密封膜封住烧杯口移至已经升温完成的水浴锅中，加入磁子在150r/min条件下搅拌后完成腈纶纤维碱性水解；所述溶液组成中碱液质量占比为80%-95%，催化剂占比为8%-20%，腈纶纤维与上述溶液的质量浴比为1:30，水解温度在80-100℃之间，水解反应时间在15min-30min；碱液中碱金属质量浓度为6%-20%

11、步骤三：酸中和；将步骤二中水解后的腈纶纤维用纯化水清洗两次后，置于一定质量浓度的酸溶液中进行中和反应，使水解产生的羧酸盐转化为羧酸，反应结束后水洗烘干待用；所述酸溶液为醋酸、碳酸中的一种，质量浓度范围在20%-30%之间，中和反应时间为20-30min；所述腈纶纤维与酸溶液的反应浴比为1:30；

12、步骤四：腈纶纤维接枝引入双键；将ppdp-tf催化剂溶于30ml的二氯甲烷溶液中，加入步骤三中的腈纶纤维浸泡5min，随后向其中加入亲核试剂在室温下接枝反应20 min，反应结束后利用丙酮及纯化水交替洗涤3遍，在130℃条件下烘干处理后待用；所述亲核试剂添加量为腈纶纤维质量的25%-80%；

13、步骤五：交联反应；将光引发剂均匀溶于亲水性单体的丙酮溶液中，将步骤四中烘干后的腈纶纤维浸没于上述亲水性单体的丙酮溶液中，浸泡2-5min后将纤维取出，平铺在平整的桌面上进行压辊处理，去除掉多余的溶液，随后在紫外光下交联处理2-5min，反应结束后利用有机溶剂丙酮与纯化水交替洗涤3次，然后放于130℃烘箱中烘干，得到吸湿性腈纶纤维；

14、所述亲水性单体溶液质量浓度在25%-40%之间，光引发剂占亲水性单体溶液质量的1%-2%；

15、步骤六：纤维性能测试；对纤维进行回潮率测试；

16、步骤七：面料混纺及性能测试；将改性腈纶纤维与其他纤维进行混纺后织成面料，并对面料进行顶破力测试，以及水洗前、水洗30、60次后的吸湿发热、抗静电性能测试。

17、作为本发明的进一步改进，所述步骤二碱液中碱金属为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种。

18、作为本发明的进一步改进，所述步骤二中催化剂选用乙醇。

19、作为本发明的进一步改进，所述步骤四中亲核试剂为烯丙基胺、二烯丙基胺、甲基烯丙基胺中的一种。

20、作为本发明的进一步改进，所述催化剂ppdp-tf质量占比为腈纶纤维质量的25%-85%。

21、作为本发明的进一步改进，所述步骤五中亲水性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺中的一种。

22、作为本发明的进一步改进，所述步骤五中光引发剂包括tpo、itx、bpo中的一种。

23、作为本发明的进一步改进，所述吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维作为服装面料特别是保暖内衣中的应用。

24、本发明的有益效果是：

25、1.本发明通过对普通腈纶纤维进行预处理、碱性水解、酸中和、接枝引入双键、交联反应得到一种吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维，且该吸湿发热、抗静电多功能腈纶纤维回潮率高达20.6%，且其与粘胶、棉、氨纶进行混纺后织成面料，所得面料水洗前、水洗30次、水洗60次后30min内，吸湿发热平均升温值最高分别为4.1℃、4.0℃、4.0℃，最高升温值最高分别为8.8℃、8.7℃、8.6℃，抗静电半衰期值最小可分别达到0.59s、0.63s、0.60s，且面料的顶破强力几乎无明显变化。

26、2.本发明通过三步反应对腈纶纤维进行改性处理，相比于单纯的碱性水解，获得的腈纶纤维吸湿性更高，且材料结合稳定性更强，吸湿发热效果更持久，几乎不受洗涤次数的影响。同时，也极大地提高了材料的抗静电效果。

27、3.本发明通过对腈纶纤维的改性处理，基本不影响改性前后腈纶纤维的力学强度，使得面料在保持高吸湿发热、高抗静电效果的前提下，还能保持原有的力学性能，这也是本发明反应温和、合理的体现。

28、4.本发明适用性较强，也可适用于含有腈纶纤维的其他纱线和面料。