超吸水纤维技术发展及应用

　超吸水纤维（SAF），是继超吸水树脂（SAP）之后，而发展起来的特殊功能纤维。众所周知，粉末、颗粒状超吸水树脂具有优良的吸水、保水能力，但在用其制作吸水制品时，往往遇到加工方面的困难，因而使用者建议，假如能把超吸水粉末演变成纤维状形式，将具有更宽广的前景，因为纤维状材料可以和其它纤维相混显得特别有用，且易于通过纺纱、织造或非织造加工制成类似纺织品的吸液制品。超吸水纤维的研发由此产生。而正是这种形态的演变，带来了它们使用方式及制品性能的变化。
    超吸水纤维生产技术
    超吸水纤维自从上世纪八十年代中期开始研制，至1996年已投放市场。目前，国外主要有三家公司实现了超吸水纤维的工业化生产，它们CamelotSuperaborbsentswc公司（商品名“Fibersorb”，美国ARCO化学公司技术）、Technical Absorbents公司（商品名“Oasis”,英国考陶尔和联合胶体公司技术）及东洋纺公司(商品名“Lanseal-F”，曰本东洋纺和埃克斯兰公司技术），而国内仅有一家，即南通江潮纤维制品有限公司（商品名“白兰”，中国纺织科学研究院技术）。
    曰本东洋纺采用的是腈纶水解的技术路线，而其它三家公司采用的均是干法纺丝的技术路线。2006年，南通江潮纤维制品有限公司建成一条50吨/年生产线，计划于2008年扩至1000吨/年。
    超吸水纤维的结构
    从本质上看，超吸水纤维是粉末、颗粒状超吸水树脂的延伸和拓展，与超吸水树脂一样，超吸水纤维的高分子结构也是由主链骨架、吸水基团和交联基团等构成，并通过交联技术形成三维网状结构，从而体现出优越的吸水能力、保液性能和溶胀特性。但超吸水纤维又有其结构特点，其聚合物体系中还需含有其它适宜的结构单元或组织成份，以改善聚合物体系的可纺性和提高纤维物理机械性能。
    超吸水纤维的性能
    尽管超吸水粉末具有良好的吸水特性，但它不易引入织物、纱线及吸水制品中，而且其易于迁移、堆积，因而常常需要特殊的加工设备，并通过胶粘、熔合或层合固定于载体上。另外，在受压时其凝胶也难以形成一体化结构。
    超吸水纤维具有与粉末相似的吸水特性，即吸收、保留、溶胀以及萃取功能。相比于粉末，纤维的优点不是来自于化学结构，而是归因于其物理形态或尺寸：1) 由于超吸水纤维直径小，通常30祄左右，具有大的表面积，因而吸收速度更快；2) 由于超吸水纤维具有大的长径比（大于100），它可以形成缠绕结构而不易于迁移；3) 含有超吸水纤维的织物，即使在其含量较高时也非常柔软；4) 超吸水纤维也更易于使用，比如它可以与其他纤维混纤，采用传统设备制成无纺布；也可以与其它纤维混纺成纱；5) 超吸水纤维吸水后仍能保持纤维态结构，其形成的凝胶是溶胀纤维的缠结体，因而凝胶具有内聚力和较高强度。当凝胶纤维干燥后，可恢复原来的形态，并仍具有吸水能力。
    超吸水纤维的比表面积大约是普通粉状树脂的8～10倍，并具有微孔结构，因此吸水速度比粉状树脂快得多。如“Lansel-F”10秒钟即可达到饱和吸水量的70%左右；“白兰”仅15秒就可达到90%以上的饱和吸收率。
    超吸水纤维不仅吸收水溶液，而且具有萃取功能，即可从非水流体（气体或液体）中萃取水分，因而它会从大气中吸湿，直至达到平衡。
    超吸水纤维的吸水能力，常可在较大范围内进行调控以适应不同用途的需求。它不仅具有高的自由溶胀吸收能力，即使在承压下其保液能力和吸收能力也较高。如“白兰”的自由溶胀吸收能力、承压保液性（30g/cm2）和承压吸收倍率（20g/cm2）对于纯水,可分别高达170、140和100g/g；对于0.9%生理盐水,可分别高达60、45和20g/g。
    超吸水纤维不仅具有良好的耐光性、耐热性（150℃以上）和耐有机溶剂性，且具有阻燃性（LOI=42）、消臭性（特别强的对氨或胺的消臭性能），还具有吸湿放湿（木棉的7倍）、吸湿放热的调温、调湿功能。
    通常，超吸水纤维的LD50≥2000g/kg，无皮肤剌激性，皮肤致敏性、致突变性均呈阴性，是一种安全的纤维。
    超吸水纤维的强、伸度较其它大多数纤维低，这决定它不用作产品的结构材料，而是引入产品中赋予功能性，产品的结构一体化需通过采用其它纤维组分来实现。（作者 郭志娟  来源 中国非织造材料网）

 在卫生、个人护理品领域的应用
    超吸水材料由粉末、颗粒状升级到纤维形态，从材料本身、后加工制造、到吸液制品均体现出较多优越性。
    超吸水纤维一般采用与丙纶、涤纶、尼龙、粘胶等混纤通过气流成网、梳理成网、湿法成片，经热轧粘合、针刺，或通过纺纱等途径制成平面无纺织物或包缠和精纺纱，用于终端用途。
    通过控制超吸水纤维的混纤比例，可以调节终端产品的物理机械性能、吸水性能、密封性能、通透性能等。
    钟纺合纤公司采用“Oasis”纤维与其他纤维混纤，通过气流成网和梳理成网，经热合和针刺等方法开发了多种无纺布，其中“Oasis”纤维的含量可高达80%。无纺布手感柔软，无论在干态或湿态下“Oasis”纤维都难以迁移，它不仅吸液和保液率高，而且吸液速度快，通常无纺布中每含1%“Oasis”纤维，其吸盐水倍率就提高0.5g/g。对于纯水、盐水和血液等，这种无纺布都具有比含粉末的织物快得多的吸收速度，仅15秒就可达到或超过其保液能力，而对于含粉末的织物，这种吸收还达不到保液能力的一半。
    该公司将“Oasis”纤维与粘胶混纤，通过蒸汽处理使二者间形成氢气结合，从而使这种无纺布具有可冲洗的特点，特别适用于用即弃产品。通过湿法成片技术，该公司开发了质轻的高吸水纸。
    该公司还采用普通包覆和dref Ⅲ等纺纱系统开发了系列混纺纱线，其中“Oasis”纤维的含量可高达50%，通常每含1%这种纤维，吸水能力可提高约1 g/g，在15秒内就可达到95%的饱和吸收率。同时，这些纱线保液率高，水膨胀密封性和阻水性好，并在吸水后具有良好的强度保持率。
    “Oasis”纤维1999年12月取得了美国FDA认可后，钟纺合纤自2000年1月起将该纤维正式应用于食品包装吸水片材。这种纤维制的无纺布片材，可充分吸收鱼、肉类的血液和水份，以保持食品的鲜度和美味。它与纸浆系的片材相比，吸水能力为后者的5倍，每克可吸收50ml的水，即使加压也能保持其水分，并以此为契机，加大开拓该无纺布片材用于托盘衬垫等的市场。当前在食品领域的需求量在2000吨/年左右，约为20亿曰元的市场规模。东洋纺将气流辅网的无纺布与“有孔特殊滤材”层压，制成了兼有抑菌作用的肉食用滴漏吸收片材，在曰本全国销售。
    南通江潮纤维制品有限公司将超吸水纤维与脱脂棉、粘胶、涤纶、丙纶、绒毛浆、ES等混纤，通过调节混纤比例，经不同成型方法和复合工艺，开发不同品种、规格的系列（复合）无纺布、无尘纸和湿法高吸水纸，以适应不同用户的需求。
    该公司与南通大学合作，开发了多种混纺纱线，其中超吸水纤维含量高达50%。他们采用由特殊工艺加工的三合一无纺布，开发了可洗型小儿尿垫、老人失禁垫，拟进一步开发小儿尿裤和老人尿裤。
    超吸水纤维的实际用途主要有：
    ◆ 婴儿尿布，成人失禁垫和妇女卫生巾等用即弃产品的芯材，可以高含量地混入超吸水纤维制得薄而高吸收的产品。
    ◆ 鱼、肉类包装吸血片，织物中的吸水纤维不会因迁移而可能污染包装产品。
    ◆ 家庭、医院和工业用途的高吸液性用即弃揩布，如擦车布等。
    ◆ 食品（如水果）的防结露包装，保湿运输货物（如鲜花）的包装，冷冻运输货物的吸液垫。
    ◆ 托盘、宠物蓝上的吸液片。
    ◆ 吸血棉医用敷料、手术垫、污物处理袋（如含危险流体注射器等垃圾的容器衬里，防止焚烧前危险流体泄露）。
    ◆ 吸湿、除臭鞋垫，调湿、吸湿坐垫。
    在其它领域的应用
    超吸水纤维在其它领域已经或正在开发的实际用途主要有：
    1. 光缆及电缆阻水材料
    国内光、电缆阻水材料还基本使用超吸水粉末“夹心型”层压带，而发达国家已采用超吸水纤维制品替代之。超吸水纤维纱线或绳可有效解决水从外皮渗入问题。与超吸水树脂层压带相比，其吸水溶胀速度快，凝胶强度高，凝胶一体化（粘结性）好，密封阻水效率高。
    2. 过滤干燥材料
    超吸水纤维过滤器可滤除气体和有机液体等流体中的水分。采用超吸水纤维较粉末的最大优点是，其不易于结块堵孔，因而过滤效率高，使用寿命长。如飞机燃油过滤除水，通过背压传感，可实现过滤器的自动切换，目前我国这种滤芯尚完全依赖进口。
    3. 包装材料
    主要是指精密电子器件、仪器设备等的包装衬材。
    4. 密封堵漏材料
    无纺布用于水流体的溶胀密封衬和密封垫；纱线用于管螺纹密封；纱线织物用于法兰接口密封。
    5. 保水绿化材料
    公路、铁路护坡绿化，高速公路、市内高架桥绿化等。
    6. 服用材料
    遇水流体而自动密封阻水的防护服装，防止血液浸入的手术服，吸水高温作业服等。
    7. 其它如混凝土养护材料、消防材料、医疗用材等。
    钟纺合纤与曰本滤材工业公司、服部猛公司合作，开发生产的产业用滤材、电子材料、体育用品、防水服、医疗器械用部件材料、头盔内装材等新型领域的产品，需求量持续缯长。东洋纺与SPC公司合作开发的混凝土部件的密封材料 （作者 郭志娟    来源 中国非织造材料网）