纤维表面的改性方法 本发明涉及一种纤维表面的改性方法，特别是涉及一种赋予纤维吸湿排汗特性的纤维表面的改性方法。
本文所用“吸湿排汗”一词是指使不亲水的织物同时具有吸水性和快干性，一般来说，无论是天然纤维或是合成纤维都很难兼具这两种性能，但是吸湿排汗加工技术则可以做到这一点。因此，对于几乎完全不吸水的聚酯纤维而言，吸湿排汗加工技术又赋予了它新的生命。
目前市面上的吸湿排汗织物可采用如下技术得到：异形断面纤维、中空微多孔纤维、多层织物、亲水剂涂布及对纤维进行表面改性等。一般在纺织上，多采用混纺方式(如UPS 5312667所公开的)，亦即以亲水性的棉或羊毛纤维与聚酯纤维混纺或交织，从而赋予织物较佳的吸湿性。异形断面纤维及中空微多孔纤维则是在纺丝时利用特殊的喷丝板纺丝，其缺点是生产成本高。亲水剂涂布法，如JP 09316782及JP 08109267所公开的，则是以后处理方式赋予纤维吸湿性，其缺点是不耐洗涤。纤维表面的改性，如USP 5354815及USP 4808188所公开的，是在染整阶段利用化学药剂反应的方法使纤维表面的化学结构改变，并产生亲水性官能团，其缺点是药剂成本高、生产速度慢、生产过程会产生大量废水。
本发明的目的是提供一种能赋予纤维吸湿排汗特性的纤维表面的改性方法。
本发明涉及一种纤维表面的改性方法，其包括，用醇类处理纤维表面，使醇类与纤维进行化学反应，从而赋予纤维吸湿排汗特性，其吸湿排汗的原理如图1所示。经表面改性地纤维具有羟基(-OH)，此基团可与水分子形成氢键结合，所以可吸收人体所排出的汗气和汗液，但由于此键结合力并不强，水分子会由高湿度的衣服内层往低湿度的外层移动，然后移动到外层的水分子再蒸发到空气中，从而达到吸湿排汗的目的。上述化学反应可以利用表面接枝的方式，使具有羟基(-OH)的化合物或聚合物与纤维形成共价键结合。以聚酯纤维及尼龙纤维为例，其反应方程式如下：
聚酯纤维：
尼龙纤维：
方程式(1)和(3)是利用酸或碱使聚酯或尼龙纤维产生-COOH基，方程式(2)和(4)是利用此-COOH基在酸或碱催化剂的存在下与亲水性化合物(醇类)的-OH基进行脱水反应产生酯键结合。
本发明所用的醇类包括多元醇类，如聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇及以上多元醇的改性聚合物。当使用聚乙烯醇时，其分子量较佳为小于200000g/mol，更佳为1000～200000g/mol，浓度较佳为小于10wt％，更佳为0.01～10wt％。
适用于本发明的产品包括聚酯类纤维、聚酰胺类纤维、聚酯与聚酰胺的混纺纤维、聚酯与其他聚合物的混纺纤维，或聚酰胺与其他聚合物的混纺纤维及以上纤维的织物或非织物。其中，较佳为聚酯类纤维及聚酰胺类纤维。
在本发明的方法中，醇类与纤维间的化学反应可为接枝反应，此接枝反应是在酸或碱催化剂存在下进行的。所用的酸可为有机酸或无机酸。其中的有机酸的实例非限制性包括甲酸、醋酸或其混合物，其用量为0.01至10wt％；无机酸的实例非限制性包括硫酸、磷酸、盐酸或其混合物，其用量为0.01至10wt％。所用碱的实例非限制性包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂或其混合物，其用量为0.01至10wt％。
此接枝反应是在50～220℃，较佳为150～180℃的温度下进行的。
利用本发明的方法，由于醇类的羟基(-OH)与纤维表面的化学反应，形成共价键结合，所以能赋予纤维吸湿排汗的特性。
本发明主要是利用醇类，特别是多元醇的羟基(-OH)所具有的吸湿快干特性，利用化学反应的方法将其与聚酯纤维或尼龙纤维接枝，以达到最佳的吸湿快干性，本发明的特点是：一、药剂与纤维为共价键结合，故其耐洗涤性极佳。二、处理对象可为100％聚酯纤维或100％尼龙纤维或与聚酯、尼龙的混纺纤维，使用后可回收，具有环保性。三、可在织物定型时对其实施改性，生产速度快、成本低、废水少。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明绝非仅限于这些实施例。
评估纤维吸湿排汗效果的方法如下：
本发明是以水分蒸发率及水洗五次后的水分蒸发率来评估纤维的吸湿排汗效果的，水分蒸发率愈高表明吸湿排汗效果愈佳。
实施例中的水分蒸发率测试方法及水洗方法分别如下：
水分蒸发率测试方法：于23℃,65％RH恒温恒湿环境下，将6×6公分的待测织物置于精密电子天平上，此天平与记录器连接，于织物上滴加0.03克的水，并每隔1.5分钟自动记录织物重量的变化，水分蒸发率的计算公式如下：
Wo：水滴重
Wt：t时间后的水滴重
W％：t时间后的水分蒸发率
水分蒸发率(W％)=(Wo-Wt)/Wo×100％
水洗方法：根据AATCC61-1A法，水洗条件：AATCC清洁剂1240.5g/l，钢珠10颗，温度40℃，时间45分钟。
下述实施例表中所述的PET表示聚对苯二甲酸乙二醇酯；Nylon表示尼龙；Lycra表示弹性纤维。
下述实施例1-8中使用的设备为Mathis高温高压染色机，操作条件如各实施例中所述。
实施例1
用2克/公升的氢氧化钠于100℃下对基重为180克/m2的100％聚酯针织物进行60分钟的处理，然后用0.7％的醋酸中和。接枝反应是在水溶液中进行的，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)1.0％、磷酸1.0％，反应温度100℃，反应时间60分钟。
实施例2
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)3.0％、磷酸1.0％，反应温度100℃，反应时间60分钟。
实施例3
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度100℃，反应时间60分钟。
实施例4
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量15000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度130℃，反应时间60分钟。
实施例5
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度130℃，反应时间60分钟。
实施例6
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量83000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度130℃，反应时间60分钟。
实施例7
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量117000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度130℃，反应时间60分钟。
实施例8
所选织物种类及处理条件与实施例1相同，药剂组成成分为聚乙烯醇(分子量130000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度130℃，反应时间60分钟。
利用前述的水分蒸发率测试方法及水洗方法对实施例1～8进行测试，获得经过表面改性的纤维的水分蒸发率及水洗五次后的水分蒸发率，结果如表1所示。
下述实施例9-13使用Rapid定型机，实验流程采用连续式方式(浸渍→压吸→烘焙)，操作条件如各实施例中所述。
实施例9
对基重为230克/m2的聚酯/弹性纤维针织物用连续式进行吸湿排汗表面改性，药剂的组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸0.5％，反应温度180℃，反应时间5分钟。
实施例10
所选织物种类与实施例9相同，用连续式对其进行吸湿排汗表面改性，药剂的组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度180℃，反应时间5分钟。
实施例11
所选织物种类与实施例9相同，用连续式对其进行吸湿排汗表面改性，药剂的组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸2.0％，反应温度180℃，反应时间5分钟。实施例9～11的表面改性纤维的水分蒸发率的测试结果如表2所示。
实施例12
对基重为270克/m2的尼龙/弹性纤维针织物用连续式进行吸湿排汗表面改性，药剂的组成成分为聚乙烯醇(分子量25000g/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度180℃，反应时间5分钟。水分蒸发率测试结果如表3所示。
实施例13
对基重为180克/m2的100％聚酯纤维梭织物用连续式进行吸湿排汗表面改性，药剂的组成成分为聚乙烯醇(分子量25000/mol)5.0％、磷酸1.0％，反应温度180℃，反应时间5分钟。水分蒸发率测试结果如表4所示。
比较例1(USP 4808188)：
用2g/1的LiOH/NaBH4水溶液对基重为180克/m2的100％聚酯纤维梭织物于130℃下处理60分钟。水分蒸发率测试结果如表4所示。
比较例2(JP 09316782)：
合成纤维用耐久性吸放湿加工法的实施例7。
表1、PET针织物吸湿排汗表面改性实施例 序号聚乙烯醇分子 量(g/mol)聚乙烯醇浓度 (％)反应温度 (℃)水分蒸发率* (％)水分蒸发率(％)(水洗5次后)改性前 - - - 10.74 - 1 25000 1.0 100 32.63 24.11 2 25000 3.0 100 37.05 21.74 3 25000 5.0 100 42.73 21.06 4 15000 5.0 130 25.44 15.68 5 25000 5.0 130 22.63 13.71 6 83000 5.0 130 23.96 14.11 7 117000 5.0 130 13.71 10.96 8 130000 5.0 130 24.16 13.60比较例1 - - - 15.56 -
*水分蒸发率测试时间为12分钟
表2、PET/Lycra针织物吸湿排汗表面改性实施例 序号聚乙烯醇分子 量(g/mol)聚乙烯醇浓度 (％)磷酸浓度 (％)水分蒸发率* (％)水分蒸发率(％)(水洗5次后)改性前 - - - 4.83 - 9 25000 5.0 0.5 26.69 15.66 10 25000 5.0 1.0 32.26 29.47 1 1 25000 5.0 2.0 23.53 21.48
*水分蒸发率测试时间为12分钟
表3、Nylon/Lycra针织物吸湿排汗表面改性实施例 序号聚乙烯醇分子 量(g/mol)聚乙烯醇浓度 (％)磷酸浓度 (％)水分蒸发率* (％)水分蒸发率(％) (水洗5次后) 改质前 - - - 7.34 - 12 25000 5.0 1.0 27.56 26.45
*水分蒸发率测试时间为12分钟
表4、PET梭织物吸湿排汗表面改性实施例 序号聚乙烯醇分子 量(g/mol)聚乙烯醇浓度 (％)磷酸浓度 (％)水分蒸发率* (％)水分蒸发率(％) (水洗5次后) 改质前 - - - 10.74 - 13 25000 5.0 1.0 35.86 30.73比较例1 - - - 14.56 -
*水分蒸发率测试时间为12分钟
表5比较例23小时6小时12小时24小时水分蒸发率(％)*26426783
*测试条件：温度25℃，湿度40％RH.