一种除湿透气的运动针织面料及其制备方法
技术领域
本发明属于面料制备领域，涉及一种除湿透气的运动针织面料及其制备方法。
背景技术
人们对于服装的舒适度要求越来越高，特别是对于运动服，由于运动过程中容易出汗，衣服容易粘贴在皮肤上产生黏腻感和冷湿感，因此现有的运动服装追求吸湿排汗的效果，为了实现该效果，现有技术中通常是采用包芯纺织技术，在聚酯纤维的表面包覆一层棉纤维，通过棉纤维吸汗而聚酯纤维不吸汗的效果实现吸湿排汗的作用，由于棉纤维在汗液浸渍后容易变形，并且容易贴身，为了实现快速排汗的效果一般是在聚酯纤维表面包覆少量的棉纤维，但是包覆较少量棉纤维时，容易造成棉纤维分布不均匀，出现局部棉纤维缺失，局部棉纤维堆积的情况，进而使得面料的吸汗性能降低，并且由于棉纤维在汗液浸渍后很容易滋生细菌，现有技术中通常是将纤维面料在抗菌液中浸渍整理，将抗菌液黏附固定在纤维面料的表面，但是长时间洗涤后面料中的抗菌成分会降低，并且由于包芯纤维内层疏水，抗菌液不能进入纤维内层，降低纤维内层杀菌的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种除湿透气的运动针织面料及其制备方法，以表面吸水性纤维为包芯纱，然后在表面包覆一层少量的棉纤维，表面吸水性纤维为中心疏水表面吸水的纤维结构，与棉纤维复合后，通过与棉纤维作用同时进行吸湿，提高吸湿性效率，并且由于表面吸水性纤维表面的吸水基团分布均匀，在包覆棉纤维含量较少时，即使棉纤维分布不均匀，也可以通过表面吸水性纤维进行吸湿作用，进而实现高效的吸湿效果，并且表面吸水性纤维中心处具有大量疏水基团能够实现高效的排湿性能，实现了面料的高效吸湿排汗效果，解决了现有技术中为了实现快速排汗的效果一般是在聚酯纤维表面包覆少量的棉纤维，但是包覆较少量棉纤维时，容易造成棉纤维分布不均匀，出现局部棉纤维缺失，局部棉纤维堆积的情况，进而使得面料的吸汗性能降低的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种除湿透气的运动针织面料，是由表面吸水性纤维和棉纤维按照质量比为10.2-10.5：1的比例经过包芯纺织工艺制备；
其中表面吸水性纤维的具体制备过程如下：
步骤1：将镁屑加入无水乙醚中，然后再向其中加入碘单质回流，接着向反应容器中逐滴加入三甲基氯硅烷，控制滴加速度为3-4mL/min，保持乙醚处于微沸状态，直至镁屑消失，然后进行减压蒸馏，得到格氏试剂；其中三甲基氯硅烷和镁屑按照物质的量之比为1：1的比例加入；
步骤2：称取一定量的丁二醛加入水中，同时向其中加入步骤1中制备的格氏试剂，常温下搅拌反应3-4h，然后进行减压蒸馏，得到二羟基硅烷单体，其中每克丁二醛中加入格氏试剂2.44g格氏试剂，格氏试剂能够与丁二醛中的醛基反应形成羟基，同时将多个硅烷键引入二羟基硅烷单体中，使得制备的单体具有较高的疏水性能；
步骤3：称取一定量的2，4-二硝基苯酚和去离子水加入反应容器中，同时向其中加入碳酸钾调节溶液的pH＝9-9.5,然后向其中加入4-戊烯酰氯，常温下搅拌反应5-6h，反应过程中不断的补充氢氧化钠，保持体系的pH不变，然后将得到的产物进行减压蒸馏，然后将馏分加入丙酮中进行重结晶，得到不饱和二硝基苯；其中每克2，4-二硝基苯酚中加入4-戊烯酰氯0.65-0.67g，4-戊烯酰氯能够与2，4-二硝基苯酚中的酚羟基在碳酸钾碱性催化下进行酯化反应，进而使得烯烃基团引入产物中；
步骤4：将步骤3中制备的不饱和二硝基苯加入丙酮中，同时向其中加入氯化铁，升温至40-50℃，接着不断向反应容器中通入氯气，持续反应8-9h后反应容器中的产物进行蒸发，除去其中的溶剂，得到氯代二硝基苯，其中每克不饱和二硝基苯中加入氯化铁0.08g,加入丙酮5-6mL；
步骤5：将步骤4中制备的氯代二硝基苯和水加入反应容器中，搅拌溶解后向其中加入三乙胺，然后升温至80-90℃回流反应3-4h，然后将产物在90-95℃下蒸发，除去其中的溶剂水和未反应完全的三乙胺，得到二季铵基二硝基苯,其中每克氯代二硝基苯中加入三乙胺0.61-0.65g，加入水10-12mL；
步骤6：将步骤5中制备的二季铵基二硝基苯加入甲醇和水的混合溶剂中，同时向其中加入连二亚硫酸钠，常温下搅拌反应20-23h，然后将得到的产物用旋转蒸发仪旋干其中的溶剂后进行抽滤，并将滤饼洗涤烘干，得到二季铵基二氨基苯；其中甲醇和水按照质量比为1：1的比例混合，同时每克二季铵基二硝基苯中加入连二亚硫酸钠0.51-0.53g，加入混合溶剂15-17mL；
步骤7：将步骤6中制备的二季铵基二硝基苯和无水二氯甲烷加入反应釜中，同时向其中加入氯化锌和氯甲酸酯，然后加热至50-90℃回流反应28-20h，然后进行进行减压蒸馏，得到季铵基二异氰酸酯，其中每克二季铵基二硝基苯加入15-17mL无水二氯甲烷，加入氯化锌0.11g，加入氯甲酸酯0.95-0.98g；
步骤8：将步骤7中制备的季铵基二异氰酸酯和丙酮溶液加入反应釜中，搅拌溶解后向其中逐滴加入步骤2中制备的二羟基硅烷单体，控制滴加速度为12-15mL/min，滴加完全搅拌反应8-9h，得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液直接进行静电纺丝，得到表面吸水性纤维丝，其中每千克季铵基二异氰酸酯中加入二羟基硅烷单体0.54-0.58千克，加入丙酮溶液13-15L；由于制备的季铵基二异氰酸酯中含有两个异氰酸酯基团，能够与二羟基硅烷单体中的两个羟基进行缩合反应，生成链状聚合物，生成的聚合物链上含有大量的三甲氧基硅烷键支链，同时由于季铵基二异氰酸酯中含有苯环，进而使得制备的聚合物中含有大量的苯环，由于三甲氧基硅烷键键较短，硅烷键临近主链，并且苯环在主链上，苯环和三甲氧基硅烷键均为疏水基团，使得聚合物主链及其附近周侧具有较高的疏水性，而同时由于铵基二异氰酸酯中含有两个季铵基团，并且季铵基团支链较长，远离聚合物主链，同时由于季铵盐基团具有较高的亲水性能，由于每个单体中均含有两个季铵盐基团，聚合后生成的聚合物中含有大量的季铵盐基团，进而使得制备的聚合物主链周侧较远距离即表面处具有较高的亲水性能，而内部中心处临近主链周侧具有疏水性，通过亲水性和疏水性的作用使得制备的纤维表面亲水，内部疏水，当汗液浸渍时表面快速吸水，使得身体舒爽，同时吸收的水分在浸渍入纤维内部一定量时，通过纤维内部疏水性能使得汗渍不能渗透在纤维中心处，只保留在纤维表面，能够快速挥发，进而加快了衣物干燥，通过内部疏水和表面亲水作用使得制备的纤维实现快吸快干的效果，同时由于纤维表面含有大量的季铵基，能够吸附细菌，使得细菌的细胞壁破裂实现杀菌的效果；
一种除湿透气的运动针织面料的制备方法，具体制备过程如下：将表面吸水性纤维丝经过纺织形成芯纱，然后将棉纤维纺织形成粗纱，然后芯纱和粗砂经过并线合股形成以表面吸水性纤维丝为芯纱，以棉纤维为外包覆纱的包芯纱，接着将制备的包芯纱进行编制形成除湿透气的面料；由于棉纤维具有较高的吸水性能，在运动出汗后能够快速对汗液进行吸收，吸收后的汗液接触到表面吸水纤维丝后，经表面吸水性纤维丝进行表面的吸水基团进行快速吸收在表面，然后由于表面吸水性纤维丝主链及周侧具有大量的疏水基团，能够防止汗液进入芯纱的内部，使得汗液始终处于面料的表面，能够快速蒸发除去，进而实现快吸汗快排汗的效果。
本发明的有益效果：
1、本发明以表面吸水性纤维为包芯纱，然后在表面包覆一层少量的棉纤维，表面吸水性纤维为中心疏水表面吸水的纤维结构，与棉纤维复合后，通过与棉纤维作用同时进行吸湿，提高吸湿性效率，并且由于表面吸水性纤维表面的吸水基团分布均匀，在包覆棉纤维含量较少时，即使棉纤维分布不均匀，也可以通过表面吸水性纤维进行吸湿作用，进而实现高效的吸湿效果，并且表面吸水性纤维中心处具有大量疏水基团能够实现高效的排湿性能，实现了面料的高效吸湿排汗效果，解决了现有技术中为了实现快速排汗的效果一般是在聚酯纤维表面包覆少量的棉纤维，但是包覆较少量棉纤维时，容易造成棉纤维分布不均匀，出现局部棉纤维缺失，局部棉纤维堆积的情况，进而使得面料的吸汗性能降低的问题。
2、本发明制备的表面吸水性纤维上含有大量的三甲氧基硅烷键支链，同时由于制备表面吸水纤维使用的季铵基二异氰酸酯中含有苯环，进而使得制备的聚合物中含有大量的苯环，由于三甲氧基硅烷键键较短，硅烷键临近主链，并且苯环在主链上，苯环和三甲氧基硅烷键均为疏水基团，使得聚合物主链及其附近周侧具有较高的疏水性，而同时由于铵基二异氰酸酯中含有两个季铵基团，并且季铵基团支链较长，远离聚合物主链，同时由于季铵盐基团具有较高的亲水性能，由于每个单体中均含有两个季铵盐基团，聚合后生成的聚合物中含有大量的季铵盐基团，进而使得制备的聚合物主链周侧较远距离即表面处具有较高的亲水性能，而内部中心处临近主链周侧具有疏水性，通过亲水性和疏水性的作用使得制备的纤维本身具有表面亲水，内部疏水的作用，在与吸水纤维复合时，无需考虑分布均匀的问题即能实现较高的吸湿效果。
3、本发明制备的表面吸水性纤维时使用的单体中含有大量的季铵基基团，当聚合后纤维中季铵基基团的含量较多并且分布均匀，通过与棉纤维接触后，由于表面吸水性纤维本身吸水，使得吸附的汗液浸渍在棉纤维和表面吸水性纤维之间，通过表面吸水性纤维上季铵基基团的杀菌性能可以直接对其中的汗渍进行杀菌，解决了现有技术中由于包芯纤维内层疏水，抗菌液不能进入纤维内层，降低纤维内层杀菌效果的问题，并且由于季铵基基团直接接枝在纤维的表面进而使得面料长期清洗时其中的杀菌基团的含量不会减少，面料的抗菌性能不会由于长期清洗而降低，进而解决了现有技术中通常是将纤维面料在抗菌液中浸渍整理，将抗菌液黏附固定在纤维面料的表面，但是长时间洗涤后面料中的抗菌成分会降低的问题。
具体实施方式
实施例1：
表面吸水性纤维的具体制备过程如下：
步骤1：将24g镁屑加入500mL无水乙醚中，然后再向其中加入3g碘单质回流，接着向反应容器中逐滴加入108g三甲基氯硅烷，控制滴加速度为3-4mL/min，保持乙醚处于微沸状态，直至镁屑消失，然后进行减压蒸馏，得到格氏试剂；
步骤2：称取100g丁二醛加入1000g水中，同时向其中加入244g步骤1中制备的格氏试剂，常温下搅拌反应3-4h，然后进行减压蒸馏，得到二羟基硅烷单体，反应结构式如下所示；
步骤3：称取100g2，4-二硝基苯酚和去离子水加入反应容器中，同时向其中加入碳酸钾调节溶液的pH＝9-9.5,然后向其中加入65g4-戊烯酰氯，常温下搅拌反应5-6h，反应过程中不断的补充氢氧化钠，保持体系的pH不变，然后将得到的产物进行减压蒸馏，然后将馏分加入丙酮中进行重结晶，得到不饱和二硝基苯；
步骤4：将100g步骤3中制备的不饱和二硝基苯加入500mL丙酮中，同时向其中加入8g氯化铁，升温至40-50℃，接着不断向反应容器中通入氯气，持续反应8-9h后反应容器中的产物进行蒸发，除去其中的溶剂，得到氯代二硝基苯，反应结构式如下所示；
步骤5：将100g步骤4中制备的氯代二硝基苯和1L水加入反应容器中，搅拌溶解后向其中加入61g三乙胺，然后升温至80-90℃回流反应3-4h，然后将产物在90-95℃下蒸发，除去其中的溶剂水和未反应完全的三乙胺，得到二季铵基二硝基苯，反应结构式如下所示；
步骤6：将100g步骤5中制备的二季铵基二硝基苯加入1500mL甲醇和水的混合溶剂中，其中甲醇和水按照质量比为1：1的比例混合,同时向其中加入51g连二亚硫酸钠，常温下搅拌反应20-23h，然后将得到的产物用旋转蒸发仪旋干其中的溶剂后进行抽滤，并将滤饼洗涤烘干，得到二季铵基二氨基苯；
步骤7：将100g步骤6中制备的二季铵基二硝基苯和1500mL无水二氯甲烷加入反应釜中，同时向其中加入11g氯化锌和95g氯甲酸酯，然后加热至50-90℃回流反应28-20h，然后进行进行减压蒸馏，得到季铵基二异氰酸酯，反应结构式如下所示；
步骤8：将1kg步骤7中制备的季铵基二异氰酸酯和13L丙酮溶液加入反应釜中，搅拌溶解后向其中逐滴加入0.54kg步骤2中制备的二羟基硅烷单体，控制滴加速度为12-15mL/min，滴加完全搅拌反应8-9h，得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液直接进行静电纺丝，得到表面吸水性纤维丝，反应结构式如下所示。
实施例2：
表面吸水性纤维的具体制备过程如下：
步骤1：将24g镁屑加入500mL无水乙醚中，然后再向其中加入3g碘单质回流，接着向反应容器中逐滴加入108g三甲基氯硅烷，控制滴加速度为3-4mL/min，保持乙醚处于微沸状态，直至镁屑消失，然后进行减压蒸馏，得到格氏试剂；
步骤2：称取100g丁二醛加入1000g水中，同时向其中加入244g步骤1中制备的格氏试剂，常温下搅拌反应3-4h，然后进行减压蒸馏，得到二羟基硅烷单体；
步骤3：称取100g2，4-二硝基苯酚和去离子水加入反应容器中，同时向其中加入碳酸钾调节溶液的pH＝9-9.5,然后向其中加入65g4-戊烯酰氯，常温下搅拌反应5-6h，反应过程中不断的补充氢氧化钠，保持体系的pH不变，然后将得到的产物进行减压蒸馏，然后将馏分加入丙酮中进行重结晶，得到不饱和二硝基苯；
步骤4：将100g步骤3中制备的不饱和二硝基苯加入500mL丙酮中，同时向其中加入8g氯化铁，升温至40-50℃，接着不断向反应容器中通入氯气，持续反应8-9h后反应容器中的产物进行蒸发，除去其中的溶剂，得到氯代二硝基苯；
步骤5：将100g步骤4中制备的氯代二硝基苯和1L水加入反应容器中，搅拌溶解后向其中加入26g三乙胺，然后升温至80-90℃回流反应3-4h，然后将产物在90-95℃下蒸发，除去其中的溶剂水和未反应完全的三乙胺，得到季铵基二硝基苯；
步骤6：将100g步骤5中制备的季铵基二硝基苯加入1500mL甲醇和水的混合溶剂中，其中甲醇和水按照质量比为1：1的比例混合,同时向其中加入51g连二亚硫酸钠，常温下搅拌反应20-23h，然后将得到的产物用旋转蒸发仪旋干其中的溶剂后进行抽滤，并将滤饼洗涤烘干，得到季铵基二氨基苯；
步骤7：将100g步骤6中制备的季铵基二硝基苯和1500mL无水二氯甲烷加入反应釜中，同时向其中加入11g氯化锌和95g氯甲酸酯，然后加热至50-90℃回流反应28-20h，然后进行进行减压蒸馏，得到季铵基二异氰酸酯；
步骤8：将1kg步骤7中制备的季铵基二异氰酸酯和13L丙酮溶液加入反应釜中，搅拌溶解后向其中逐滴加入0.54kg步骤2中制备的二羟基硅烷单体，控制滴加速度为12-15mL/min，滴加完全搅拌反应8-9h，得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液直接进行静电纺丝，得到表面吸水性纤维丝。
实施例3：
表面吸水性纤维的具体制备过程如下：
步骤1：将24g镁屑加入500mL无水乙醚中，然后再向其中加入3g碘单质回流，接着向反应容器中逐滴加入108g三甲基氯硅烷，控制滴加速度为3-4mL/min，保持乙醚处于微沸状态，直至镁屑消失，然后进行减压蒸馏，得到格氏试剂；
步骤2：称取100g丁二醛加入1000g水中，同时向其中加入244g步骤1中制备的格氏试剂，常温下搅拌反应3-4h，然后进行减压蒸馏，得到二羟基硅烷单体；
步骤3：称取100g2，4-二硝基苯酚加入1500mL甲醇和水的混合溶剂中，其中甲醇和水按照质量比为1：1的比例混合,同时向其中加入51g连二亚硫酸钠，常温下搅拌反应20-23h，然后将得到的产物用旋转蒸发仪旋干其中的溶剂后进行抽滤，并将滤饼洗涤烘干，得到季铵基二氨基苯；
步骤4：将100g步骤5中制备的季铵基二硝基苯和1500mL无水二氯甲烷加入反应釜中，同时向其中加入11g氯化锌和95g氯甲酸酯，然后加热至50-90℃回流反应28-20h，然后进行进行减压蒸馏，得到季铵基二异氰酸酯；
步骤5：将1kg步骤4中制备的季铵基二异氰酸酯和13L丙酮溶液加入反应釜中，搅拌溶解后向其中逐滴加入0.54kg步骤2中制备的二羟基硅烷单体，控制滴加速度为12-15mL/min，滴加完全搅拌反应8-9h，得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液直接进行静电纺丝，得到纤维丝。
实施例4：
表面吸水性纤维的具体制备过程如下：
步骤1：称取100g丁二醛加入1000g水中，同时向其中加入102g乙基氯化镁，常温下搅拌反应3-4h，然后进行减压蒸馏，得到二羟基单体；
步骤2：称取100g2，4-二硝基苯酚和去离子水加入反应容器中，同时向其中加入碳酸钾调节溶液的pH＝9-9.5,然后向其中加入65g4-戊烯酰氯，常温下搅拌反应5-6h，反应过程中不断的补充氢氧化钠，保持体系的pH不变，然后将得到的产物进行减压蒸馏，然后将馏分加入丙酮中进行重结晶，得到不饱和二硝基苯；
步骤3：将100g步骤2中制备的不饱和二硝基苯加入500mL丙酮中，同时向其中加入8g氯化铁，升温至40-50℃，接着不断向反应容器中通入氯气，持续反应8-9h后反应容器中的产物进行蒸发，除去其中的溶剂，得到氯代二硝基苯；
步骤4：将100g步骤3中制备的氯代二硝基苯和1L水加入反应容器中，搅拌溶解后向其中加入61g三乙胺，然后升温至80-90℃回流反应3-4h，然后将产物在90-95℃下蒸发，除去其中的溶剂水和未反应完全的三乙胺，得到季铵基二硝基苯；
步骤5：将100g步骤4中制备的季铵基二硝基苯加入1500mL甲醇和水的混合溶剂中，其中甲醇和水按照质量比为1：1的比例混合,同时向其中加入51g连二亚硫酸钠，常温下搅拌反应20-23h，然后将得到的产物用旋转蒸发仪旋干其中的溶剂后进行抽滤，并将滤饼洗涤烘干，得到季铵基二氨基苯；
步骤6：将100g步骤5中制备的季铵基二硝基苯和1500mL无水二氯甲烷加入反应釜中，同时向其中加入11g氯化锌和95g氯甲酸酯，然后加热至50-90℃回流反应28-20h，然后进行进行减压蒸馏，得到季铵基二异氰酸酯；
步骤7：将1kg步骤6中制备的季铵基二异氰酸酯和13L丙酮溶液加入反应釜中，搅拌溶解后向其中逐滴加入0.54kg步骤1中制备的二羟基单体，控制滴加速度为12-15mL/min，滴加完全搅拌反应8-9h，得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液直接进行静电纺丝，得到表面吸水性纤维丝。
实施例5：
一种除湿透气的运动针织面料的制备方法，具体制备过程如下：将实施例1制备的表面吸水性纤维丝经过纺织形成芯纱，然后将棉纤维纺织形成粗纱，然后芯纱和粗砂经过并线合股形成以表面吸水性纤维丝为芯纱，其中表面吸水性纤维和棉纤维的质量比为10.2：1，接着将制备的包芯纱进行编制形成除湿透气的面料。
实施例6：
一种除湿透气的运动针织面料的制备方法与实施例5相同，将实施例5中使用的实施例1制备的表面吸水性纤维丝替换为实施例2制备的表面吸水性纤维丝。
实施例7：
一种除湿透气的运动针织面料的制备方法与实施例5相同，将实施例5中使用的实施例1制备的表面吸水性纤维丝替换为实施例3制备的纤维丝。
实施例8：
一种除湿透气的运动针织面料的制备方法与实施例5相同，将实施例5中使用的实施例1制备的表面吸水性纤维丝替换为实施例4制备的表面吸水性纤维丝。
实施例9：
根据国家标准GB/T21655.1-2008对实施例5-8中制备的针织面料的吸水率，同时通过烘箱法，测定结果如表1所示：
表1实施例5-8中制备的针织面料的吸湿快干性能测定结果
由表1可知实施例5中制备的面料具有较高的吸湿率，并且其水分蒸发速率也较快，而实施例6中由于含有的季铵基含量减少进而使得其吸水性能降低，吸湿率降低，同时其水分蒸发速率降低，同时实施例7中由于不含有季铵盐基团，进而使得只能通过棉纤维进行吸湿，但是棉纤维由于含量少分布不均匀造成吸湿性能大大降低，同时实施例8中制备的表面吸湿性纤维主链中没有引入硅烷键，进而降低了主链的疏水性能，虽然吸湿率升高，但是水分蒸发速率大大降低，不能满足快干需求，容易造成衣服湿凉不舒适。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
