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超吸水纤维

2022-12-01 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

超吸水纤维

 

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材料介绍

 

超吸水纤维( super absorbent fiber,SAF) 是具

有能够吸收自身重量几十倍甚至上百倍水分的功

能纤维,它是继超吸水树脂(SAP)之后而发展起来的一种新型功能材料。

 

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吸水原理

 

吸水纤维的吸水性主要取决于纤维大分子上-OH、-NH2、-CONH2、-COOH、-SO3Na、-COONa 等亲水基团的数量和种类,通过这些亲水基团与 H2O 分子形成缔合氢键,使 H2O 分子存留在纤维上,这是化学键的作用;另外还有物理吸附作用,就是依靠纤维内部微孔、缝隙和纤维之间的毛细孔隙等微孔结构,可通过毛细管效应吸收和传递水分。另外聚合物中亲水基越多,则吸水能力越大;交联密度越高,则吸水能力越低[1]。

纤维中除了亲水基团直接吸收水分外,由于已被吸附的水分子也是极性的,它可以通过氢键再与其它水分子相互作用,形成水分子的多层吸附,称为间接吸附水分子,如图1所示。

 image.png

图1  SAF 对水分子的直接与间接吸附示意图

 

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制备方法

 

SAF 是具有一定交联度的、水不溶性的、亲水

性聚合物纤维材料,依据制备工艺不同可分为:亲

水性聚合物纺丝法、超吸水树脂纺丝法、纤维的亲水化改性、超吸水无纺布的织造法。

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SAF的应用

 

纤维状超吸水材料吸水表面积大,吸水速率快,手感柔软,有一定的强度,且不易脱落或迁移,这些特性显著拓展了超吸水材料的应用范围,尤其适合制备超吸水织物。SAF可应用于医疗卫生用品、吸湿发热织物、油水分离材料、电池隔膜材料和电缆阻水材料、建筑防结露材料、阻火材料、农林业保水材料、食品保鲜材料等。

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未来展望

 

与国外先进水平相比,我国在 SAF 材料的开发和应用研究方面仍存在较大差距。在未来的研究,应该集中从以下几个方面进行深入探索:

01

清洁化制备方法

简化生产工艺,降低生产成本,努力做到低排放和零排放,因为大多数高吸水性材料都需要经过交联反应,现有的纺丝技术一般都不具备纺丝的同时进行交联反应,如能创新纺丝技术,可为开发综合性能优异、生产成本更低、更绿色环保的高吸水纤维开辟一条新途径。

02

提高可循环再生性和改善易降解性

高分子材料的循环、再生和易降解是当前减少固体废弃物有效方法之一。

03

深入研究吸水保水机理

吸水保水机理的研究有助于设计新型超吸水材料,将无毒无害的无机材料用于超吸水纤维,也是研究的方向之一。

04

毒理学研究

加大生态环保和毒理学研究力度,通过研究原料残留物、降解产物毒理学研究,开展“绿色、环保、可降解、零排放”研究进程。

 

05

继续提高产品设计能力,拓宽产品应用领

域,加大复合型材料开发力度。

 

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SAF 可广泛应用于吸水、保水、防水、分水等领域,也就是“有水就有 SAF 的用武之地”,目前 95%的产量都用于医疗卫生方面,如能进一步拓宽在农业、林业、防风固沙、电线电缆、建筑、电池等其它领域,其用途必将给 SAF 的发展注入新动力。

 

 

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