功能纤维改性的方法-XXX

功能纤维改性的方法——XXX摘要：功能纤维指具有特殊功能的纤维的总称。简述了功能纤维的新发展，重点介绍功能性纤维的种类和改性方法，结合纤维材料改性的发展趋势，分析讨论了纤维改性中的问题及关注点。在纤维的发展历史中,棉、麻、毛、蚕丝是主要的四大天然纤维。直到19世纪80年代,法国人发明硝酸纤维,才开始了人造纤维的发展历史。20世纪20年代,美国人发明锦纶合成纤维。不久涤纶、腈纶、维纶、丙纶、氨纶等许多产品相继问世。纤维材料的发展历程和技术进步如图1所示。图1纤维材料的发展历程与技术的进步随着纤维技术的发展和积累，新技术与新的基础理论相结合，开始形成新纤维品种。近年，纤维科学界把高分子纤维、材料的高性能化、高功能化作为重要的研究方向，开发了一批具有高性能、高功能的新一代化学纤维。高功能纤维就是从高分子原料的合成、反应、结构及聚集态，到纤维成型的物理加工、高次结构的控制等方面研究出发，采用新的工艺技术和后加工技术，从而使纤维具有了某种特殊功能。高功能纤维一般可分为仿真纤维、防护功能纤维、分离功能纤维、保健卫生功能纤维和传导性纤维五个大类[1]。功能纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外，还具有某种特殊功能的新型纤维。所谓的特殊功能，指的是反渗透、分离混合气体、透析、超滤、吸附、吸油、离子交换、高效过滤、导光和导电等。功能纤维以其各自的特殊功能，在工业上分别得到相应的应用。比如说:纤维具有卫生保健功能(抗菌、杀螨、理疗及除异味等)；防护功能(防辐射、抗静电、抗紫外线等)；热湿舒适功能(吸热、放热、吸湿、放湿等)；医疗和环保功能(生物相容性和生物降解性)[2]。功能纤维的发展是现代纤维科学进步的象征。功能化纤维、差别化纤维和高性能纤维的发展为传统纺织工业的技术创新,向高科技产业的转化创造了有利条件,为人类生活水平的提高作出了贡献。功能性纤维按照功能主要属性可分为以下四大类：1.物理性功能其中电学功能有抗静电性、导电性、电磁波屏蔽性、光电性以及信息记忆性等；热学功能有耐高温性、绝热性、阻燃性、热敏性、蓄热性以及耐低温性等；光学功能有光导性、光折射性、光干涉性、耐光耐候性、偏光性以及光吸收性等；物理形态功能有异形截面形状、超微细和表面微细加工性等。2.化学性功能如光降解性、光交联性、消异味功能和催化活性功能等。3.物质分离性功能如分离性功能有中空分离性、微孔分离性和反渗透性等;吸附交换功能有离子交换性、高吸水性、选择吸附性等。4.生物适应性功能其中医疗保健功能如防护性、抗菌性、生物适应性等;生物功能如人工透析性、生物吸收性和生物相容性。功能性纤维按照功能分为六大类：1.防护性纤维（主要包括抗静电、抗辐射、防紫外线、保温纤维）防护功能纤维指利用现代科技手段制造的，在危害环境中能对人起防护作用的纤维材料。（1）抗静电纤维不含水分的纤维都是电的绝缘体。天然纤维由于吸湿性好,水分子的导电性很好,因此天然纤维的静电现象并不严重。而合成纤维由于吸湿性差,在加工和使用过程中容易产生静电,既给生产带来一定困难,又会在服装穿着过程中织物相互粘缠,影响美观。为了消除静电,从60年代起开始了开发抗静电纤维的工作[3]。抗静电纤维主要包括永久性抗静电纤维和暂时性抗静电纤维。暂时性抗静电纤维主要是为了防止合成纤维制造和加工过程中的静电干扰。所用的抗静电剂多为各种表面活性剂。但这种抗静电纤维耐洗涤和耐久性差,加工过程完成后抗静电性就消失了。永久性抗静电纤维是通过树酯整理或特殊纺丝方法制造的具有永久抗静电性的纤维,耐洗涤、耐摩擦。其制造方法主要有树酯整理法、共混纺丝法、复合纺丝法、共聚法或接枝共聚法。（2）防辐射纤维辐射是指物质以电磁波或粒子形式进行能量发射或转移的过程。辐射对材料的破坏很大,对人体也有很大危害,为此,各种对辐射具有防护作用的纤维便应运而生。防辐射纤维有两种类型:一种是纤维本身就耐辐射,称之为耐辐射纤维；另一种是复合型防辐射纤维。通过向纤维中添加其他化合物或元素使该纤维具有耐辐射的性能。耐辐射纤维的代表是聚酰亚胺纤维。由于其分子链全部由芳香环组成，而且芳环中的碳和氧的结合是双键形式，故有效地增强了结合能[4]。因此，聚酰亚胺纤维具有耐辐射、耐热、分子链不易断裂、强度高等一系列优良性能,广泛应用于宇航、电气、原子能工业方面。复合型防辐射纤维主要有防中子纤维和防γ射线纤维。（3）防紫外线纤维防紫外线纤维有两种类型:一是自身就具有抗紫外线破坏能力的纤维,如腈纶。另一类是含有防紫外线添加剂的纤维。它是先在成纤高聚物中添加少量防紫外线添加剂,然后纺丝制成防紫外线纤维。用添加剂制造防紫外线纤维的途径主要有:一是选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体共聚制成防紫外线纤维。二是将无机物微粒子与单体混合,然后聚合制成无机物均匀分布的高聚物,经纺丝得到屏蔽紫外线的纤维[5]。（4）保温纤维保暖一直是纺织材料的主要功能。随着科学技术的发展,人们希望不仅保暖而且轻薄,于是开发出各种保温材料,如超细、中空纤维等。这些材料能有效提高热传导率低的空气的含有率。为了突破保温纤维仅用于遮体御寒的观念,人们又开发了一种根据环境变化,在一定温度范围内可自由调节体温的纤维,称为温控纤维。现已开发的温控纤维有相变物质类温控纤维、塑性晶体类温控纤维、添加溶剂类温控纤维、电发热温控纤维等。2.物质分离纤维（主要包括分离纤维膜、离子交换纤维及吸附纤维）随着人们对物质利用的深度和广度地不断开拓,物质的分离提纯成为一个重要的课题。常见的传统分离方法有筛分、过滤、离心分离、浓缩、蒸馏、蒸发、萃取、重结晶等。但是，对于更高层次的分离，如分子或离子尺寸的分离，生物体组分的分离等，采用传统的分离方法是难以实现的，或达不到精度。于是，出现了具有选择性分离功能的高分子材料，这些材料分为以下几种。（1）分离纤维膜膜分离技术既能使混合体按组分不同而分离，又能对流体进行净化和浓缩。膜的类型包括中空纤维膜、平板膜、卷式膜、管式膜等多种型式。各种型式的膜都有其特点，可根据分离的需要而选择。膜装置主要用于超纯水的制备，海水的淡化和制盐，多种工业废水的处理和回收，食品和生物制品的浓缩、分离、精制和提纯，医疗部门的各种人工脏器、人造皮肤、人造血管等。（2）离子交换纤维离子交换是以离子为对象，利用同符号离子交换的物理现象，进行离子的补集、除去或分离。在大分子中引入某些活性基团，如磺酸基、羧基、胺基、磷酸酯基或硫基等，纤维就具有进行离子交换或捕捉重金属离子的功能。离子交换纤维主要用于：净化分离气体(如制成防毒面具或防护服装等)，净化水溶液；水的脱盐和软化，从海水中吸铀，从废液中提取稀土元素和贵重金属等。还可根据用途不同而制成不同的纱线、织物或非织造布。（3）吸附纤维吸附纤维是具有分离功能的另一类纤维。纤维结构中含有众多的微细孔隙。吸附纤维没有离子交换基团，它与被吸附物质之间的作用力是微弱的，因此解吸和再生都较方便。活性炭纤维是这一类的代表。它具有多微孔结构，表面有很强的吸附性，可用于某些气体液体的吸附、回收、脱臭、脱色、精制、分离的滤材和人工内脏器材等，也可用作某些化学反应触媒的载体。3.生物医学纤维（主要包括甲壳素、聚乳酸等纤维）（1）医用缝合线聚酯类生物降解材料纺丝制得的缝合线的研究和应用较为广泛。聚乙-丙交酯(PGLA)作为可吸收医用缝合线，在人体内可保持强度三、四个星期，吸收周期根据缝合线的成分和大小型号约为两、三个月，使得外科手术刀口有足够时间愈合。此外,高分子合成材料聚丙烯胶原可吸收性缝合线、改进的再生胶原纤维固载金属离子吸附纤维也在积极投入使用中。（2）医用伤口敷料近年来，随着“湿疗”概念在伤口治疗中的建立及外科手术和伤口治疗实践的发展,已开发了许多高技术的伤口纱布、伤口绷带,可为伤口提供微湿的条件,有利于伤口的愈合,同时降低了成本。而这些高技术伤口敷料基本上都是由生物可降解纤维制成,海藻酸钙纤维用作敷料时,它与伤口之间相互作用,会产生海藻酸钠、海藻酸钙凝胶,这种凝胶是亲水性的,可使O2通过而细菌不能通过,可促进新组织的生长。例如止血纱布是采用粘胶纤维针织物经特殊的氯化处理而制成,所生成的氯化纤维素构成羧基,具有凝集血小板的化学止血作用,进入人体后能降解为低分子物质排出体外[6-7]。（3）医用纤维纸甲壳质类纤维，因其良好的透气性和吸水性，非常适合做医用纤维纸。在日本已经有人提出了甲壳质纸的制造方法，并且在美国申请了专利[8]。（4）缓释药物纤维日本一家公司于90年代初开发了一种以纤维型制剂形式经皮肤透入作为用药方式的缓释药物纤维。开发该纤维所用基材是尼龙、聚酯、聚丙烯腈等热塑性线型聚合物，其工艺方法是将药物掺加到这种聚合物中共混纺丝，使药物含入纤维内。为了达到均匀分散，药物多为粉剂,粒径在5μm以下。为了形成药物的缓释性,药物粉粒上要涂敷一层有逐渐分解或升华性质的高分子化合物薄膜。这种涂层后的药物粉粒可以直接添加到熔融的成纤聚合物中,添加量为基材重量的10%。这种纺丝液在充分混炼之后进行纺丝,纺出78dtex纤维。成纤在牵伸方向上形成大量微细孔隙,纤维中的药物可以经过微细孔隙缓慢散出,可使长时间具有医疗效果[9-12]。4.卫生保健纤维（主要包括抗菌、防臭、调温、远红外、负离子等纤维）（1）抗菌防臭纤维20世纪80年代起，抗菌防臭纤维的开发与应用技术取得较大进步，它通常是将抗菌剂以共混改性的方式加入到化学纤维中,制得持久性抗菌纤维。抗菌防臭纤维具有抑制和杀死细菌,防止因细菌分解人体分泌物而产生臭气,阻止疾病传播等功效。随着国内超微细技术的发展,已能够批量生产多种纤维,用无机抗菌剂,通过共混或复合引入化纤之中,实现了抗菌纤维的产业化。目前开发的抗菌防臭纤维主要是在涤纶、锦纶和腈纶上施以抗菌防臭剂制成的,而在众多抗菌防臭剂中,含金属氧化物（陶瓷微粒）的抗菌效果比较突出。在涤纶、锦纶和腈纶中混入抗菌性沸石制成的抗菌防臭纤维,它对许多细菌和霉菌具有消毒作用,尤其是对绿浓菌、耐药性金黄色葡萄球菌的抑制和预防效果较好[2]。（2）负离子纤维负离子纤维产生于20世纪80年代末期，由日本首先发表相关专利。其主要的生产方法有表面涂覆改性法、共混纺丝法、共聚法等，表面涂覆改性法是在纤维的后加工过程中，利用表面处理技术和树脂整理技术将含有负离子无机物微粒的处理液固着在纤维表面，因该矿物原液中含有树脂粘合剂成分，可得到耐久性良好的负离子纤维；共混纺丝法采用化学和物理方法将负离子发生体制成与高聚物材料具有良好相溶性的纳米级粉体，经表面处理后，与高聚物载体按一定比例混合，熔融挤出制得负离子母粒，再进行干燥，按一定配比与高聚物切片混合，采用共混纺丝法进行纺丝。5.传导纤维（主要包括超导、导电、光导纤维）传导性纤维是指具有传导电、光、超导等功能的纤维，主要有导电纤维、光导纤维、超导纤维。导电纤维的种类很多，有金属纤维、碳纤维以及有机复合纤维等。最早的导电纤维是利用金属的导电性而制成的。这类纤维的导电性优良，且耐热，耐化学腐蚀，但制造困难。随后出现了碳素纤维和非金属合成纤维。光导纤维是用折射率不同的两种透明材料通过特殊复合技术制成的芯鞘型复合纤维。这种纤维具有导光性能，使光在芯部沿其界面折射传导。多用作光通信、数据传递、各种光照明和数字显示等。现有无机光导纤维和有机光导纤维两大类。6.智能及其他纤维（主要包括仿生、超高吸水纤维等）（1）仿生纤维仿生纤维是模仿生物的精巧结构而开发的能逼真地模拟自然生态的特殊纤维。例如,人们发现夜间活动的昆虫的角膜上,整齐地排列着微细圆锥状的突起结构,能防止夜晚微弱光线的反射损失[14]。模仿这种结构可制成超微坑纤维。这种纤维由于减少光的反射,提高黑色感,使色泽的深色感强,鲜明度提高。日本帝人公司模仿自然界中富有防水性的荷叶,开发了著名的MicroftLectus。其01484dtex的微细卷曲长丝足以封住纱线内部的空气,由此而具有良好的防水作用。雨点落在织物表面时仅形成喷洒状的珠滴,在织物表面上滚动而不会润湿织物。（2）超高吸水纤维基于纤维材料吸湿、吸水机理，以及水分在纤维和纤维集合体中传递方面