论文部分内容阅读
吸湿发热纤维是积极产热式保暖材料,用其制成的衣物具有优异的保暖效果,能够满足人们对服用舒适性的要求。国外尤其日本研究领先,而目前国内吸湿发热纤维研究较少。本课题针对聚丙烯腈纤维吸湿性差的服用性能缺陷,通过化学改性方式,设计了开发流程,探究了吸湿性与发热性的关系,开展吸湿发热聚丙烯腈的前期研究,进而为工业化制备进行初步探索,寻找可能的生产途径。本课题采用氢氧化钠水溶液对聚丙烯腈粉末进行水解改性,使活泼性氰基水解为羧基、酰胺基等亲水基团,从而提高聚丙烯腈的吸湿性。聚丙烯腈碱法水解反应中,以水解产物的吸湿率为试验指标设计四因素四水平正交实验,实验发现各水解条件对水解产物吸湿性影响主次顺序为：碱溶液浓度>水解时间>粉碱比>水解温度。最终确定最优水解工艺条件为：水解时间为3h、水解温度为110℃、粉碱比为1：1.0、碱浓度为8%。水解产物红外光谱分析表明,聚丙烯腈中的氰基经碱法水解后生成羧基和酰胺基；元素分析表明,经不同水解反应得到的水解产物,羧基产率不同,当羧基产率较高时,水解产物的吸湿性也较强。碱法水解后的聚丙烯腈大分子链上含有大量的羧基等亲水基团,在吸湿过程中易流失,因此需要形成交联结构以减少流失。本课题采用热交联的方法,对用盐酸处理后的含H型羧基的水解产物(PAN-H)进行在不同温度、时间条件下的交联反应,得到交联产物(CPAN-H)。对CPAN-H进行吸湿性测试,表明PAN-H随着热交联温度的升高,羧基发生交联程度增大,吸湿性大幅降低。对热交联前后的PAN-H和CPAN-H进行羧基滴定测试发现,随热交联温度升高和交联时间延长,剩余羧基含量越少,发生交联反应的羧基量越多。实验表明,在交联温度为140℃,交联时间为40min时,得到的交联产物能形成适中的交联网络结构,同时具有一定保水性能。进而,从提高交联产物(CPAN-H)的吸湿性出发,本课题采用氢氧化钠水溶液对CPAN-H进行羧基盐型还原处理,得到羧基盐型还原处理后的交联产物CPAN-Na。吸湿性测试表明,经羧基盐型还原处理后的交联产物吸湿性大幅提高。同时,从CPAN-H和CPAN-Na的吸放湿性能测试发现,在吸湿和放湿过程中吸湿率的变化趋势均呈先快后慢的状态。本课题分别对正交实验中水解产物、CPAN-H和CPAN-Na进行积分热测试,表明吸湿积分热与试样吸湿性有关,吸湿性强的试样其吸湿积分热也较大。同时,材料的吸湿发热与吸湿过程相对应,呈先快后慢的趋势。采用吸湿等温线法测试吸湿微分热,实验表明,材料的吸湿微分热与亲水基团种类和数量有关。在含有离子型亲水基团和强极性亲水基团时,吸湿微分热较高；含有亲水基团数量越多,吸湿微分热越高。在回潮率为零时,材料具有最大的吸湿微分热,并随着回潮率的增大,吸湿微分热逐渐减小。