一种吸湿速干纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于功能性纤维制备技术领域，具体涉及一种吸湿速干纤维及其制备方法。

背景技术

传统的棉面料中的棉纤维亲水，吸湿性能非常好，在不出汗或出汗较少时穿着舒适，但当人体在运动过程中大量出汗时，棉纤维会因吸湿而膨胀，其透气性下降并粘贴在人体皮肤上，同时，水分在面料中的扩散速度慢，使得汗液比较容易积聚在面料中，造成人体严重不适的湿冷感。纯棉织物虽然能够吸收大量汗液，但汗液会储存在织物内难以排出，大大降低穿着舒适感。而化学纤维中，尤其是聚酯类，属于疏水性纤维，纤维本身不吸湿或者吸湿非常少，可以通过物理、化学改性或亲水处理的化纤面料，以及不同的编织方式等实现一定程度的吸湿性能。面料中常见毛细效应，即化纤面料沿着纤维之间或者纱线之间的缝隙吸收水分，且面料吸水后能够快速将水分传导至服装外表面，并以辐射状向四周扩散，使面料中的水分得以迅速蒸发掉，从而达到降低皮肤表面温度和湿度的效果。而目前，不同类型的纤维可以通过按照一定比例物理混合而成新的纤维，使其具备新功能，但是这种方式得到的纤维效果并不持久，尤其是环保理念的影响下，人们更偏向于使用棉、麻等天然纤维，或者仿棉，仿麻的环保人造纤维，而兼具了两者优势的吸湿快干纤维必将具有更大的市场。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种吸湿速干纤维及其制备方法。通过本发明的制备工艺制得的吸湿速干纤维，具有优异的吸湿性能和速干功能性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种吸湿速干纤维的制备方法，包括如下步骤：

将棉纤维和改性聚酯纤维进行混合，得到吸湿速干纤维，吸湿速干纤维为混合纤维；

其中，所述改性聚酯纤维包括以下步骤制备而成：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，加热反应，反应结束后，过滤，干燥，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

其中，所述改性纳米氧化锌由以下步骤制备而成：

步骤(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，加热反应，过滤，洗涤，干燥，得到环氧改性纳米氧化锌；

步骤(2)将二乙胺、环氧改性纳米氧化锌和水混合，加热反应，过滤，洗涤，干燥，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，搅拌，加热反应，反应结束后，减压蒸馏，得到改性纳米氧化锌；

其中，所述醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液由以下步骤制备而成：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，通入氧气，加热反应，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液。

优选地，棉纤维和改性聚酯纤维的质量比为(10-20):(80-90)。

优选地，制备改性聚酯纤维时，改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为(10-18):(600-1200):(1-5)。

优选地，纳米氧化锌、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为(30-70):200:(5000-8000)；反应的条件为50-70℃温度下反应100-140min；干燥的条件为60-80℃温度下干燥80-120min。

优选地，环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为(20-40):(60-120):(500-900)280:75:(500-800)；反应的条件为20-40℃温度下反应4-6h；干燥的条件为60-80℃温度下干燥60-100min。

优选地，叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为(8-16):(20-40):(600-1000)；反应的条件为30-50℃温度下反应2-4h。

优选地，苯酚-四氯乙烷混合溶液中，苯酚与四氯乙烷的质量比为3:2；氧气的通入量为10-20mL/min。

优选地，聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:(600-1200):(1-5)；反应条件为70-90℃温度下反应1-2h。

优选地，一种采用上述的一种吸湿速干纤维的制备方法制备得到的一种吸湿速干纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中采用的棉纤维具有明显的吸湿和亲肤性能，但速干性能不好。而聚酯纤维是面料中常用的成分，其结构中含有的酯基使其不耐强碱，高温条件下易水解，具有高强度和速干性能，适合与其他类型的纤维混纺。本发明中，纳米氧化锌的加入会使聚对苯二甲酸丁二醇酯的力学性能得到一定程度的提高，纳米氧化锌经改性后分散性得到改善，且均匀分散，不易团聚。将叔胺化改性纳米氧化锌中含有亲水基团，且与对氯苯胺反应，得到改性纳米氧化锌，改性纳米氧化锌中的氨基可与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯中的醛基通过-C＝N-键连接，嵌入链中，提高了热稳定性。在不改变原有聚酯纤维性能的前提下改善其的缺陷，使其增加吸湿性且持久。

附图说明

图1为本发明中制备改性聚酯纤维的流程图；

图2为本发明中试样1-8对应的吸水率柱形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为10:90进行混合，得到混合纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，90℃反应6h，反应结束后，过滤，80℃干燥120min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为10:600:1；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，50℃反应140min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，60℃干燥120min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为30:200:5000；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，20℃反应6h，过滤，乙醇洗涤3次，60℃干燥100min，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为20:60:500；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，400r/min的速率下搅拌30min，30℃反应4h，0.08Mpa下、50℃温度下减压蒸馏3h，得到改性纳米氧化锌；

叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为8:20:600；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照10mL/min条件下通入，70℃反应2h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:600:1。

实施例2

本实施例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为12:88进行混合，得到混合纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，95℃反应5.5h，反应结束后，过滤，85℃干燥110min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为12:750:2；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，55℃反应130min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，65℃干燥110min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为40:200:5750；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，25℃反应5.5h，过滤，乙醇洗涤3次，65℃干燥90min，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为25:75:600；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，500r/min的速率下搅拌27min，35℃反应3.5h，0.08Mpa下、50℃温度下减压蒸馏3h，得到改性纳米氧化锌；

叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为10:25:700；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照10mL/min条件下通入，75℃反应1.8h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:750:2。

实施例3

本实施例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为15:85进行混合，得到混合纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，100℃反应5h，反应结束后，过滤，90℃干燥100min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为14:800:3；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，60℃反应120min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，70℃干燥100min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为50:200:6500；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，30℃反应5h，过滤，乙醇洗涤3次，70℃干燥80min，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为30:90:700；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，600r/min的速率下搅拌24min，40℃反应3h，0.08Mpa下、50℃温度下减压蒸馏3h，得到改性纳米氧化锌；

叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为12:30:800；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照10mL/min条件下通入，80℃反应1.5h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:900:3。

实施例4

本实施例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为17:83进行混合，得到混合纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，105℃反应4.5h，反应结束后，过滤，95℃干燥90min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为16:1050:4；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，65℃反应110min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，75℃干燥90min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为60:200:7250；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，35℃反应4.5h，过滤，乙醇洗涤3次，75℃干燥70min，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为35:105:800；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，700r/min的速率下搅拌21min，45℃反应2.5h，0.08Mpa下、50℃温度下减压蒸馏3h，得到改性纳米氧化锌；

叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为14:35:900；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照20mL/min条件下通入，85℃反应1.3h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:1050:4。

实施例5

本实施例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为20:80进行混合，得到混合纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，110℃反应4h，反应结束后，过滤，100℃干燥80min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为18:1200:5；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，70℃反应100min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，80℃干燥80min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为70:200:8000；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，40℃反应4h，过滤，乙醇洗涤3次，80℃干燥60min，得到叔胺化改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为40:120:900；

步骤(3)叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇混合，800r/min的速率下搅拌18min，50℃反应2h，0.08Mpa下、50℃温度下减压蒸馏3h，得到改性纳米氧化锌；

叔胺化改性纳米氧化锌、对氯苯胺和乙醇的质量比为16:40:1000；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照20mL/min条件下通入，90℃反应1h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:1200:5。

对比例1

本对比例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将棉纤维和改性聚酯纤维按照质量比为10:90进行混合，得到一种吸湿速干纤维；

其中，改性聚酯纤维的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，80℃干燥120min，得到改性聚对苯二甲酸丁二醇酯，230℃熔融，纺丝，拉伸，定型，得到改性聚酯纤维；

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为10:600:1；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，50℃反应140min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，60℃干燥120min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为30:200:5000；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，20℃反应6h，过滤，乙醇洗涤3次，60℃干燥100min，得到改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为20:60:500；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照10mL/min条件下通入，70℃反应2h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:600:1。

对比例2

本对比例提供了一种吸湿速干纤维的制备方法，具体如下：

将改性棉纤维和聚酯纤维按照质量比为10:90进行混合，得到一种吸湿速干纤维；

其中，改性棉纤维的制备过程如下：

吸湿速干整理剂、棉纤维和去离子水按照质量比为30:20:500混合，室温条件下，棉纤维浸渍其中3h，40℃干燥2h，得到改性棉纤维；

其中吸湿速干整理剂的制备过程如下：

将改性纳米氧化锌与醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液混合，加入二乙胺，90℃反应6h，反应结束后，过滤，得到吸湿速干整理剂，

改性纳米氧化锌、醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液和二乙胺的质量比为10:600:1；

其中，改性纳米氧化锌的制备过程如下：

(1)将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷溶于75wt％的乙醇水溶液中，得到硅烷水解液，将纳米氧化锌分散于硅烷水解液中，50℃反应140min，反应结束，过滤，用乙醇洗涤3次，60℃干燥120min，得到环氧改性纳米氧化锌；

纳米氧化锌、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙醇水溶液的质量比为30:200:5000；

(2)将二乙胺溶于去离子水中，加入环氧改性纳米氧化锌，20℃反应6h，过滤，乙醇洗涤3次，60℃干燥100min，得到改性纳米氧化锌；

环氧改性纳米氧化锌、二乙胺、去离子水的质量比为20:60:500；

其中，醛基化对苯二甲酸丁二醇酯溶液的制备过程如下：

将聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液混合，加入铜粉，氧气按照10mL/min条件下通入，70℃反应2h，反应结束，过滤，取滤液，得到醛基化聚对苯二甲酸丁二醇酯溶液；

聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯酚-四氯乙烷混合溶液、铜粉的质量比为100:600:1。

本发明中实施例和对比例中使用的聚对苯二甲酸丁二醇酯来自中国台湾长春工程塑料有限公司，型号：1100-211M；纳米氧化锌来自南京保克特新材料有限公司，型号：PZT-30，粒径：30nm；二乙胺来自山东金悦源新材料有限公司，CAS号：109-89-7；对氯苯胺来自武汉楚江浩宇化工科技发展有限公司，CAS号：；乙醇来自山东邢氏化工销售有限公司，CAS号：64-17-5；四氯乙烷来自山东金悦源新材料有限公司，CAS号：79-34-5。

将实施例1-5和对比例1-2中的制备得到的吸湿速干纤维分别纺织成纱线，得到吸湿速干纱线作为经纱，纱支数为45S，使用吸湿速干纱线作为纬纱，纱支数为35S，进行织造，横密为160根/英寸，纵密为70根/英寸，得到吸湿速干面料，分别对应试样1-8。对试样1-8进行吸湿速干性测试，参照标准GB/T21655.1-2008，详见表1；

由表1的测试结果可知，试样1-5的吸湿性能呈现逐渐增加趋势，这主要是改性聚酯纤维兼具吸湿和速干的性能，而棉纤维速干性能远低于改性聚酯纤维，故试样1-5的蒸发速率呈现逐步下降的趋势。对比例1中，缺乏带有吸水基团的氯基和氨基的对氯苯胺，且无法嵌入聚对苯二甲酸丁二醇酯中，其稳定性自然降低，亲水基团的减少会降低吸湿性能，因此，试样6的吸湿性低于试样1。而试样7中吸湿速干整理剂虽然对棉纤维进行处理，增加了棉纤维的速干性能，面料中棉纤维的占比是明显低于改性聚酯纤维的，故试样7的吸湿性能会低于试样1。由表1的测试结果可以明显看到试样1-8中的速干性能尤以试样5的效果最优，而试样6对比试样1的速干性能下降。同时，试样7中吸湿速干整理剂提高棉纤维的速干性能，但效果无法媲美聚酯纤维，因而，试样7的速干性能优于试样1。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。