CN115787281A - 一种等离子体改性超疏水疏油短纤维及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体改性超疏水疏油短纤维及其制备方法、应用。该短纤维通过如下方法制备而成：S1、先对连续的纤维丝束平铺进行大气常压低温等离子体处理，再将液态防水剂覆于纤维之上，或者，先将纤维丝束平铺，将液态防水剂覆于纤维之上，再进行大气常压低温等离子处理；S2、对S1处理后的纤维进行高温反应烘干定型，再切成短纤；S3、对短纤通过高速气流高温烘焙激发超疏水疏油效果，获得超疏水疏油短纤维。本发明的制备工艺无废水、废弃排放，绿色环保，流程简单，降低生产成本和人工成本，获得的短纤维不但蓬松保暖，还具有超疏水疏油性，是救灾抢险、户外、军用领域的棉服睡袋填充料最佳选择，具有较高的市场价值和社会价值。
Description
技术领域
本发明属于纺织工业技术领域，具体涉及一种等离子体改性超疏水疏油短纤维及其制备方法、应用。
背景技术
超疏水疏油短纤维代替羽绒做填充料，可应用在羽绒服、棉被，尤其是应用在救灾抢险、户外、军用的棉服和睡袋领域，其超疏水性能隔绝雨水使人体保暖，同时纤维间隙又能让水蒸气通过，起到防水透气保暖效果，具有革命性的应用价值。
目前实现短纤维疏水的生产工艺主要有：
一、通过皮芯结构纺丝，外层为自身疏水材质的聚乙烯、聚丙烯的皮芯复合纤维，但聚乙烯、聚丙烯达不到超疏水疏油效果，而且还会产生虹吸现象，做填充料长期接触水还会虹吸到另一侧，不具有实际应用价值。
二、短纤直接浸泡防水剂，虽然短纤浸泡防水剂也能实现接近的超疏效果，但防水剂是通过交联剂粘合，影响短纤维做为填充料的回弹性，并且纤维与纤维的长时间摩擦会使防水剂脱落，影响疏水耐用性。
目前已有的专利或公开的论文虽然提到低温等离子体对纤维改性的价值，但采用的改性办法都是把被处理的纤维推入密闭容器中，然后抽真空，再放电产生等离子体，最后停留数分钟等待处理。这些过程都是间歇性的，在实际生产过程中效率极低，而且容易引起批与批之前品质不统一。申请人在先的专利CN111304905A公开了一种等离子改性无氟环保防泼溅纤维及其制备方法、应用。该无氟环保防泼溅纤维主要用于面料的制造，其制备方法也仅限于在处理单股丝束，且超疏水疏油的效果仍然有待于提高。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种等离子体改性超疏水疏油短纤维及其制备方法、应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、先对连续的纤维丝束平铺进行大气常压低温等离子体处理，再将液态防水剂覆于纤维之上，或者，先将纤维丝束平铺，将液态防水剂覆于纤维之上，再进行大气常压低温等离子处理；
S2、对S1处理后的纤维进行高温反应烘干定型，再切成短纤；
S3、对短纤通过高速气流高温烘焙激发超疏水疏油效果，获得超疏水疏油短纤维。
本发明的步骤S1先对纤维丝束进行大气常压低温等离子处理，一方面，使纤维表面粗糙形成大量凹槽，有利于吸附液体防水剂，另一方面，使纤维表面分子链引入活性基团(如-OH、-COOH、-C＝O等)；再通过步骤S2高温反应烘干定型，采用的是气相-液相接枝处理过程。
而步骤S1后进行大气常压等离子处理，一方面，可以使液体防水剂和纤维表面分子链同时引入活性基团，另一方面，等离子体的高能粒子成为催化中心直接引发防水剂与纤维分子链的反应；然后步骤S2的高温反应烘干定型，采用的是直接液相接枝处理过程。
本发明的S3步骤对短纤进行高速气流高温烘焙能够激发其超疏水疏油效果，高速气流能够吹散纤维使其单丝分离且独立，高温能够使纤维卷曲回缩更蓬松。
作为优选方案，所述等离子处理的工艺参数包括：等离子体发生方式为DBD介质阻挡矩阵放电的低温等离子体，气体为除尘后空气，压力为大气常压，放电功率为500～900000W；气体流量根据处理器的温度而定，使处理器的温度不高于250℃；处理时间根据纤维丝束通过的速度和放电功率确定，使每tex纤度纤维丝束每米获得的放电功率不小于1W，即≥1W/tex·m。本发明提供的DBD矩阵放电模块能够产生均匀的高密度的大功率，通过低温等离子体的高能粒子轰击形成物理、化学反应活化官能团(自由基)，从而在纤维表面接枝防水剂，让防水剂和纤维的分子链是通过化学键的方式结合形成一个整体，从而能够保持纤维的基本力学性能不降低。
作为优选方案，所述等离子处理使用多个矩形的低温等离子放电电极，等离子处理区域的有效长度为5～100cm，可以对经过的纤维进行瞬时处理。
作为优选方案，所述液体防水剂通过雾化喷涂或油嘴浇注或油轮滚涂覆于纤维丝束之上。
作为优选方案，所述液体防水剂包括含氟整理剂和不含氟整理剂，不含交联剂。其中，含氟整理剂，含氟物有效成分先配置成15-30％浓度的水溶液，再根据纤维干重比例为：1～10wt％的计量加入，含氟物有效成分占纤维干重的比例为0.1-3wt％，不需要添加封端异氰酸酯等交联剂；不含氟整理剂作为优选为改性聚氨酯类、硅油类、长链烷烃类的一种或其混合体，先配置成15-30％浓度的水溶液，再根据纤维干重比例为：2～15wt％的计量加入，有效成分占纤维干重的比例为0.2～5wt％，不需要添加丙烯酸酯等交联剂。与常规纤维织成面料，再面料后整理的方式比较，本发明不需要添加交联剂，极大优化纤维柔软性、顺滑性，提高纤维面料手感。而且，通过等离子改性将防水剂与纤维直接化学键接枝在一起，结合更加牢固，能够极大地提高纤维的超疏水疏油性能和耐洗耐久性能。
作为优选方案，所述高温反应烘干定型为隧道式烘箱，烘箱长度为4-40米，温度为80～250℃。通过隧道式烘箱可以同时处理数千股丝束。
作为优选方案，所述纤维丝束选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯、纤维素纤维或复合纤维的牵伸丝或假捻变形丝。
作为优选方案，所述高速气流高温烘焙的温度为120-220℃，气流速度为1-50m/s，烘焙时间为30-600秒。
本发明还提供一种等离子体改性超疏水疏油短纤维，由如上任一方案所述的制备方法制得。
本发明还提供一种纺织品，由如上方案所述的等离子体改性超疏水疏油短纤维织造而成。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的制备工艺无废水、废弃排放，绿色环保无污染，流程简单，降低生产成本和人工成本。
(2)本发明的超疏水疏油短纤维不仅具有优异的超疏水疏油效果，而且保暖效果是棉絮的3倍，回弹蓬松性能是棉絮的2倍，与优质羽绒接近，不但具有保暖蓬松效果，还具有防水透气性能，是救灾抢险、户外、军用领域的棉服睡袋填充料最佳选择。
附图说明
图1为本发明先进行等离子体处理制备超疏水疏油短纤维得生产线示意图。
图2为本发明后进行等离子体处理制备超疏水疏油短纤维得生产线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，以下所描述的实施例是本发明的部分实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
除非另作定义，本发明所公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域人员所理解的通常意义。
实施例一：
本实施例的纤维丝束选用聚酯假捻变形丝DTY 150D/288F网络丝，产品为超疏水仿羽绒聚酯填充料，如图1所示，2000股聚酯假捻变形丝DTY 150D/288F网络丝1先通过等离子处理装置2的等离子处理，再进入防水剂加入装置3，然后经过高温装置4进行高温烘干，即气相-液相接枝处理过程，然后经过纤维切断装置5切成纤维短纤6。纤维短纤6，经过热风装置7，吹入烘道装置8进行高温烘焙激发超疏水疏油效果，制得超疏水仿羽绒聚酯填充料，最后压缩打包得成品压缩包9。
具体地，2000股聚酯假捻变形丝DTY 150D/288F网络丝平铺，先进入等离子处理装置进行低温等离子处理，采用高频高压DBD介质阻挡放电方式激发，处理器有效区域长度为100cm，频率1KHz～30KHz，电压在-30KV～+30KV，功率在30000W，纤维丝束获得的放电值为10W/tex·m，纤维通过的速度在60m/min，空气流量使处理器温度不高于230℃。再进入防水剂加入装置，采用雾化喷涂的方式，防水剂为30％浓度的含氟C6溶液，加入量为5％wt，含氟物有效成分占纤维干重的比例为1.5wt％。然后再进入6米长的隧道式高温热箱反应及烘干，温度为230℃，切成短纤长度为30mm。经处理后的纤维短纤经过热风装置吹入烘道装置进行高温烘焙激发超疏水疏油效果，制得超疏水仿羽绒聚酯填充料，其中，热风温度为200℃，气流速度为15m/s，烘焙时间为100秒。
用本实施例的超疏水仿羽绒聚酯填充料，用羽绒的衡量标准达到500的蓬松度，用在军用和户外棉服取得同等羽绒服的保暖效果，不但淋雨后即使外部面料湿透里层还是干燥，不产生虹吸，而且汗液水蒸气还能通过纤维间隙排出，摩擦后还不钻绒。填补天然羽绒所不具备的防水透气不钻绒的痛点。
实施例二：
本实施例的纤维丝束选用聚酰胺DTY 140D/96F无网丝，产品为超疏水仿羽绒尼龙填充料，如图1所示，2000股聚酰胺DTY 140D/96F无网1先通过等离子处理装置2的等离子处理，再进入防水剂加入装置3，然后经过高温装置4进行高温反应及烘干，即气相-液相接枝处理过程，然后经过纤维切断装置5切成纤维短纤6。纤维短纤6，经过热风装置7，吹入烘道装置8进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水仿羽绒尼龙填充料，最后压缩打包得成品压缩包9。
具体地，2000股聚酰胺DTY 140D/96F无网丝平铺，先进入等离子处理装置进行低温等离子处理，采用高频高压DBD介质阻挡放电方式激发，处理器有效区域长度为100cm，频率10KHz～25KHz，电压在-30KV～+30KV，功率在15000W，纤维丝束获得的放电值为6W/tex·m，纤维通过的速度在60m/min，空气流量使处理器温度不高于215℃。再进入防水剂加入装置，采用油轮滚涂覆的方式，防水剂为25％浓度的不含氟改性聚氨酯类溶液，加入量为10％wt，含氟物有效成分占纤维干重的比例为2.5wt％。然后再进入高温热箱反应及烘干，温度为220℃，切成短纤长度为80mm。处理后的纤维短纤经过热风装置吹入烘道装置进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水仿羽绒尼龙填充料，其中，热风温度为180℃，气流速度为15m/s，烘焙时间为200秒。
用本实施例的超疏水仿羽绒尼龙填充料，用在婴幼儿的棉服、棉被、抱被填充料不但取得同等棉絮的保暖效果，而且防水透气，长时间使用没有短屑粉尘，有利于婴幼儿的呼吸道健康。
实施例三：
本实施例的纤维丝束选用聚丙烯DTY 300D/72F无网丝，产品为超疏水疏油PP填充料，如图1所示，2000股聚丙烯DTY 300D/72F无网1先通过等离子处理装置2的等离子处理，再进入防水剂加入装置3，然后经过高温装置4进行高温反应及烘干，即气相-液相接枝处理过程，然后经过纤维切断装置5切成纤维短纤6。纤维短纤6，经过热风装置7，吹入烘道装置8进行高温烘焙激发超疏水疏油效果，制得超疏水疏油PP填充料，最后压缩打包得成品压缩包9。
具体地，2000股聚丙烯DTY 300D/72F无网丝平铺，先进入等离子处理装置进行低温等离子处理，采用高频高压DBD介质阻挡放电方式激发，处理器有效区域长度为100cm，频率10KHz～25KHz，电压在-30KV～+30KV，功率在50000W，纤维丝束获得的放电值为8W/tex·m，纤维通过的速度在60m/min，空气流量使处理器温度不高于140℃。再进入防水剂加入装置，采用油轮滚涂的方式，防水剂为20％浓度的含氟C6溶液，加入量为5％wt，含氟物有效成分占纤维干重的比例为1wt％。然后再进入高温热箱反应及烘干，温度为140℃，切成短纤长度为100mm。处理后的纤维短纤经过热风装置吹入烘道装置进行高温烘焙激发超疏水疏油效果，制得超疏水疏油PP填充料，其中，热风温度为135℃，气流速度为20m/s，烘焙时间为300秒。
用本实施例的超疏水疏油PP填充料，用在军用、户外睡袋、垫被等填充料不但取得同等棉絮的保暖效果，而且防水防油防潮透气，地面露水湿不进来，涉水不怕浸湿。
实施例四：
本实施例的纤维丝束选用纤维素纤维黏胶300D/192F无网丝，产品为超疏水人造棉，如图2所示，500股纤维素纤维黏胶300D/192F无网丝1先进入防水剂加入装置3，再通过等离子处理装置2的等离子处理，然后经过高温装置4进行高温反应及烘干，即直接液相接枝处理过程，然后经过纤维切断装置5切成纤维短纤6。纤维短纤6，经过热风装置7，吹入烘道装置8进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水人造棉，最后压缩打包得成品压缩包9。
具体地，500股纤维素纤维黏胶300D/192F无网丝平铺，先进入防水剂加入装置，采用油嘴浇注的方式，防水剂为30％浓度的不含氟硅油类溶液，加入量为15％wt，含氟物有效成分占纤维干重的比例为4.5wt％。再进入等离子处理装置进行低温等离子处理，采用高频高压DBD介质阻挡放电方式激发，处理器有效区域长度为50cm，频率10KHz～25KHz，电压在-30KV～+30KV，功率在10000W，纤维丝束获得的放电值为3W/tex·m，纤维通过的速度在60m/min，空气流量使处理器温度不高于160℃。然后再进入高温热箱反应及烘干，温度为160℃，切成短纤长度为38mm。处理后的纤维短纤经过热风装置吹入烘道装置进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水人造棉，其中，热风温度为150℃，气流速度为10m/s，烘焙时间为120秒。
用本实施例的超疏水人造棉纺纱，代替普通棉纱用在服装、户外用品上，可以实现超疏水效果。
实施例五：
本实施例的纤维丝束选用PTT/PET并列复合纺复合丝150D/64F无网丝，产品为超疏水sorona保温棉，如图2所示，2000股PTT/PET并列复合纺复合丝150D/64F无网丝1先进入防水剂加入装置3，再通过等离子处理装置2的等离子处理，然后经过高温装置4进行高温反应及烘干，即直接液相接枝处理过程，然后经过纤维切断装置5切成纤维短纤6。纤维短纤6，经过热风装置7，吹入烘道装置8进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水sorona保温棉，最后压缩打包得成品压缩包9。
具体地，2000股PTT/PET并列复合纺复合丝150D/64F无网丝平铺，先进入防水剂加入装置，采用油轮滚涂的方式，防水剂为20％浓度的不含氟长链烷烃类溶液，加入量为10％wt，含氟物有效成分占纤维干重的比例为2wt％。再进入等离子处理装置进行低温等离子处理，采用高频高压DBD介质阻挡放电方式激发，处理器有效区域长度为50cm，频率10KHz～25KHz，电压在-30KV～+30KV，功率在6000W，纤维丝束获得的放电值为2W/tex·m，纤维通过的速度在60m/min，空气流量使处理器温度不高于200℃。然后再进入高温热箱反应及烘干，温度为100℃，切成短纤长度为100mm。纤维短纤经过热风装置吹入烘道装置进行高温烘焙激发超疏水效果，制得超疏水sorona保温棉，具体地，热风温度为160℃，气流速度为30m/s，烘焙时间为120秒。
用本实施例的超疏水sorona保温棉填充料，用羽绒服、棉服填充料取得同等羽绒的保暖效果，甚至更蓬松更保暖。不但淋雨后即使外部面料湿透里层还是干燥，而且汗液水蒸气还能通过纤维间隙排出，摩擦后还不钻绒。填补天然羽绒所不具备的防水透气不钻绒的痛点，同时也弥补涤纶短纤弹性差的痛点。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、先对连续的纤维丝束平铺进行大气常压低温等离子体处理，再将液态防水剂覆于纤维之上，或者，先将纤维丝束平铺，将液态防水剂覆于纤维之上，再进行大气常压低温等离子处理；
S2、对S1处理后的纤维进行高温反应烘干定型，再切成短纤；
S3、对短纤通过高速气流高温烘焙激发超疏水疏油效果，获得超疏水疏油短纤维。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述等离子处理的工艺参数包括：等离子体发生方式为DBD介质阻挡矩阵放电的低温等离子体，气体为除尘后空气，压力为大气常压，放电功率为500～900000W；气体流量根据处理器的温度而定，使处理器的温度不高于250℃；处理时间根据纤维丝束通过的速度和放电功率确定，使每tex纤度纤维丝束每米获得的放电功率不小于1W，即≥1W/tex·m。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述等离子处理使用多个矩形的低温等离子放电电极，等离子处理区域的有效长度为5～100cm。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述液体防水剂通过雾化喷涂或油嘴浇注或油轮滚涂覆于纤维丝束之上。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述液体防水剂包括含氟整理剂和不含氟整理剂，且不含交联剂。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述高温反应烘干定型为隧道式烘箱，烘箱长度为4-40米，温度为80～250℃。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维丝束选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯、纤维素纤维或复合纤维的牵伸丝或假捻变形丝。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体改性超疏水疏油短纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的温度为120-220℃，气流速度为1-50m/s，烘焙时间为30-600秒。
9.一种等离子体改性超疏水疏油短纤维，其特征在于，由如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。
10.一种纺织品，其特征在于，由如权利要求9所述的等离子体改性超疏水疏油短纤维织造而成。
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