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第十一章 亲水性纤维及纺织品
第一节 概 述
与天然纤维相比，大多数合成纤维是疏水性的，吸湿性和
透气性差，易产生静电，易沾污和易燃等，制成的衣料(尤其
是内衣)在服用过程中不如天然纤维舒适。
天然纤维棉、麻、丝、毛均属于亲水性纤维，而合成纤维
涤纶、腈纶、丙纶均为疏水性纤维；为了改进合成纤维服用
材料的舒适性和卫生性，人们将涤纶、腈纶、锦纶(聚酰胺)、
丙纶等合成纤维通过化学或物理改性制成亲水性纤维。
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为改进合成纤维亲水性，最早采用的方
法是与天然纤维混纺．
1967年德国拜耳公司开发出一种
在水中不溶胀的亲水性聚丙烯腈纤维。
该纤维具有皮芯双重结构，芯部沿纤维
轴向有许多微孔，皮层也有导孔与芯部
贯通。这种多孔结构使纤维的润湿和吸
水性接近棉纤维，而去湿速度是棉纤维
的2—3倍，相对密度也较普通聚丙烯腈
纤维小30％左右。
与此同时，日本的三菱人造丝、旭
化成、爱克斯伦以及意大利蒙特公司也
相继开发和试制出亲水性聚丙烯腈纤维。
此外，日本的帝人、东丽、尤尼吉卡及
东洋纺等公司先后研制出亲水性聚酯和
聚酰胺纤维。
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第二节 纤维的亲水性
就纺织纤维而言，亲水性一般是指纤维吸收水分并将水分
向邻近纤维输送的能力。一般习惯上将纤维的亲水性按机理
分成吸湿性和吸水性两种形式。
气态水分受到纤维表面和内部的化学及物理作用而被吸
收，这种性质称为纤维的吸湿性。吸湿性主要取决于纤维的
化学结构，与物理结构的关系较小。
纤维的吸湿性的强弱常用吸湿率表示。它指单位质量的绝
干纤维在一定温湿条件(如20℃，相对湿度65％)下所能吸收的
水分量。
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吸湿性对纤维的力学性质、电学性质及热性质等都有影
响。一般来说，纤维的模量、强度、弹性回复等均因纤维吸
湿而降低。纤维的吸湿性好，不易产生静电，有利于纺织染
整加工，穿着舒适性好。纤维吸收水分后，其耐热性有所减
弱，特别是在水中，纤维高分子的玻璃化温度有明显的降低，
容易发生变形或导致纤维制品的尺寸不稳定。
液态水分在纤维表面扩散，被纤维中的空隙、毛细管和
纤维之间的空隙所吸收，这种性质称为纤维的吸水性。吸水
性的强弱既与纤维化学结构有关，也与物理结构相联系。对
于疏水性纤维，后者起主要作用，即纤维中的空隙或毛细孔
是决定其吸水性大小的主要因素。
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一、影响纤维亲水性的主要因素
纤维的亲水性取决于其化学结构和物理结构。纤维大分子
中的极性基团，常见的有羧基(-C00H)、酰氨基(-CONH-)、羟
基(-OH)、氨基(一NH2)等，都是亲水性基团，对水分子有相当
的亲和力，主要是通过氢键和水分子的缔合作用，使水分子失
去热运动的能力，留存在纤维中。因此，纤维高分子结构中亲
水性基团的数目越多，基团的极性越强，纤维的亲水性越好。
部分极性基团的亲水性大小按以下顺序排列：
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表11-1列出了几种天然纤维和合成纤维的吸湿率和保水率。
物理结构也是决定纤维亲水性的重要因素。一般认为，在
纤维高分子的结晶区和高序区，活性基团之间形成交联。如纤
维素中的羟基间形成氢键，聚酰胺中的酰胺基团之间形成氢键
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所以水分子不容易渗入结晶区，呈现硫水性。而在非晶区或低
序区以及形态结构粗糙、微孔或空隙很多的区域，水分子易于
扩散和停留，表现为亲水性。
二、纤维吸收水分后性能的变化
（一）吸着热和润湿热
吸着热：表示一无限质量的纤维材料在给定回潮率下吸收1g水时
所放出的热量。
润湿热：是表示干燥的、质量为1g的纤维材料在给定的回潮率下
完全浸湿时放出的热量。
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具有高度吸湿能力的纤维润湿热最大，非吸湿性疏水纤维
润湿热非常小。纤维的线密度也会影响润湿热的大小，单纤
维越细，润湿热越大。
(二)纤维的膨胀
具有亲水基团的纤维在吸湿吸水后．体积发生变化，横向
和纵向发生膨胀，随之引起纱线和织物的大小、形状、挺直
度、透气性和密度的变化。
(三)纤维力学性能的变化
纤维吸收水分会使纤维机械性质发生变化。几种常用纤维
在润湿状态下的强伸度变化列于表11-2。
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由表可见，除涤纶以外，所有这些纤维随着回潮率增加，
水分进入纤维内部改变了分子间作用力，从面使强度下降，断
裂伸长增加。所以随着回潮率增加，纤维的塑性形变增加，容
易变形，柔软，纤维表面摩擦系数也随着回潮率增加而增大。
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(四)纤维的电学性能
亲水性纤维回潮率的变化，会影响纤维的电学性质，纤维
回潮率较大可使纤维电阻和介电系数明显下降。例如羊毛在
相对湿度10％时体积比电阻为1013Ω·cm，而在相对湿度90％
时体积比电阻下降为107Ω·cm以下。
三、纤维亲水性与服用舒适性的关系
从生理角度考虑，纤维制成的衣料在使用时能调节体温
和保护机体。从皮肤表面蒸发的气态水分，首先被纤维材料
所吸湿，然后由材料表面放湿。同时，纤维内部的空洞(微孔、
毛细孔和表面缺陷等)以及纤维之间的空隙所产生的毛细管
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效应，也使水分在材料中吸附、扩散和放湿。两种作用的结
果导致水分发生迁移。前一种作用主要与纤维大分子的化学
结构有关，后一种作用则与纤维的物理结构相关。
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第三节 合成纤维亲水化方法
一、概述
要使合成纤维亲水，总的方向就是要使合成纤维在保持
原有基本特性的基础上，具有类似天然纤维的亲水性能。要
赋予合成纤维亲水性能，就必须使合成纤维具有类似天然纤
维的亲水基团和亲水结构。
要在纤维中引进各种亲水基团，通过它们建立氢键与水分
子缔合，使水分子失去热运动的能力，暂时留存在纤维上。
常见的亲水基团有羧基(-C00H)、酰氨基(-CONH-)、羟基(-
OH)、氨基(一NH2) 等。
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目前合成纤维亲水化的方法大致可分为化学方法和物理方
法两大类。化学方法包括：与亲水性单体共聚、亲水性单体
接枝改性、纤维表面的亲水化处理、与亲水性组分共混及含
亲水性组分的复合纤维；物理方法则主要有使纤维具有多孔
结构、表面粗糙化及横截面异形化等。
二、化学改性
通过化学改性方法使纤维获得亲水性的主要途径有下列三种。
(一)大分子结构的亲水化
天然纤维之所以有良好的亲水性，其主要原因在于纤维大
分子中含有大量的亲水性基团，所以通过均聚或共聚在纤维
大分子主链上引入亲水性基团，是改进疏水性合成纤维亲水
性的有效方法之一。
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聚酰胺纤维：
主要原因之一是酰氨基在整个大分子的比例太少。若设法增
加酰氨基的比例，减少非极性的亚甲基(-CH2)的比例，则纤维
的吸湿性就明显增加。
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聚酯纤维是一种结晶性纤维，大分子主链上不含亲水性基
团，是疏水性的，吸湿性差，易产生静电。采用共聚的方法在
聚酯大分子主链上引进亲水性基团，改进纤维亲水性。
(二)与亲水性物质控枝共聚
接枝是指在有一种或几种单体生成的大分子主链上接上由
另一种单体组成的支链的共聚反应。在纤维改性中，接枝反应
常常在纤维成型后进行。
丙烯酸接枝、甲醛接枝
低温等离子体处理
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(三)纤维表面的亲水化
纤维或者织物表面亲水处理的关键是要有优良的亲水整理
剂。通常亲水整理剂与纤维大分子不形成化学键缔合。用作
亲水整理剂的化合物应具备下述性质；
（1）使处理后的纤维或织物具有良好的亲水性；
（2）不影响染色牢度；
（3）耐久性好；
（4）处理方法简单。
目前使用的亲水整理剂大致分为两类。一类是丙烯酸系单
体。在整理过程中，他们往往与纤维表面的大分子通过引发
游离基进行接枝共聚。
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一类是亲水整理剂商品。亲水整理剂的结构一般由两个部
分组成。第一部分就是亲水性部分。这种亲水性结构一般要求
耐洗涤，有持久的亲水效果，要能够使水在织物表面迅速扩散，
而且化学性质稳定。具体来说，它们往往是聚醚类化合物或离
子型表面活性剂。第二个组成部分是固着性部分。固着性部分
一般要求能形成柔软的薄膜，或者其结构是与合成纤维的分子
结构相类似的单元，
例如：用于聚酯纤维的亲水整理剂中的固着性部分往往是
在整理过程中，通过焙烘能和被整理的聚酰胺纤维形成低的共
熔结晶。
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综上所述，纤维表面亲水处理法的优点是：①方法简便，
成本低廉。②能够在基本保持纤维原有特性的情况下，增加纤
维的吸湿性和吸水性。
三、物理改性
通过物理改性方法使纤维获得亲水性的主要途径主要有下列三种
(一)与亲水性物质共混
共混是在纺丝之前，把亲水性物质混入高聚物熔体或高聚物
浓溶液，然后按常规纺丝方法进行纺丝就可以得到亲水性纤维。
采用聚丙烯酰胺和聚丙烯腈共混制得高吸湿性的腈纶；用聚乙
二醇衍生物、聚亚烷基二醇等亲水性高聚物与聚酯共混可以得
到高吸湿的聚酯纤维。
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复合纤维也属于共混纤维的范畴。复合纤维就是将两种或
两种以上成纤高聚物熔体或浓溶液利用其组成、配比、黏度或
品种的不同，分别输人同一纺丝组件，由同一喷丝孔挤出成型
．从而使一根纤维同时具有两种或两种以上的组分。纺丝时，
选择一种亲水性组分和一种疏水性组分。前者使纤维具有亲水
性，后者赋予纤维其他性能。由于两种组分的物理化学性质不
同，复合纤维在吸湿、吸水后还往往显示自然卷曲的性质，使
纤维具有良好的疏松性。
(二)纤维微孔化
纤维的聚合物组成和吸水性有密切关系，而纤维的物理结
构也是一个影响吸水性的重要因 素。纤维微孔化的方法着眼于
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改变纤维的形态结构，使合成纤维也像棉、羊毛等天然纤维那
样，具有许多内外贯通的微孔，利用毛细管现象吸水。因此纤
维微孔化方法只能改善纤维的吸水性。但是这类纤维具有密度
小、干燥快、保暖性好、耐污垢性能好等优点。
(三)纤维表面粗糙化
一般来说，水分子不能在纤维的晶区扩散，水分子仅能通
过非晶区，因此非晶区域越多，其结构就越粗糙，水分子就容
易吸附、扩散、适水、透湿、放湿、放水等。通过改变纤维截
面形状，使之异型化和粗糙化、超细化，可以达到提高吸水性
的效果。
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第四节 亲水性纤维的生产
一、亲水性涤纶
改善涤纶亲水性的方法大致可分为两类：一种是通过共聚
(包括接枝和嵌段共聚)、共混、表面涂层等引入亲水性基团；
另一种是改变纤维截面形状、减少单丝特数以及使纤维内部
具有微孔型结构。
(一)多孔型吸水涤纶的制造
制造多孔型涤纶的方法可分为三种，见表11-4。
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溶出法制备多孔型亲水涤纶的生产工艺如下：
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(二)其他亲水性涤纶的超备
接枝改性涤纶：接枝共聚物常兼有骨架聚合物和构成支链
型聚合物的特性。利用这一特性，选择具有亲水性能的单体
或聚合物作为支链在涤纶大分子上接枝，就可以赋予涤纶亲
水性能。
表面处理的亲水涤纶：用含有亲水基团的表面处理剂处理
纤维或织物，也可改善它们的亲水性，这些表面处理剂大致
分为四类。
第一类：非离子型乙氧基化的有机物、含有乙氧基的芳香族羧
酸、聚酰胺类衍生物、具有不同链长的聚乙二醇-醚类衍生物。
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第二类：阴离子型化合物、苯磺酸衍生物。
第三类：阳离子型化合物、含有二羟基二甲基胺的脂肪酸类衍
生物。
第四类：丙烯酸类聚合物、丙烯酸与甲基丙烯酸的分散体系、
丙烯酸与甲基丙烯酸酯混合体系。
通常采用下面三种方法对纤维或织物进行表面处理：
1、使表面处理剂在纤维表面形成耐久性皮膜
表面处理剂一般是由两种物质组成的一个体系，其中一种
物质是含有亲水基团的水溶性聚合物，另一种是联结水溶性
聚合物与纤维的交联剂。如水溶性高分子化合物与三聚氰胺
衍生物的组合所构成的表面处理剂可以赋予纤维持久的亲水
性。
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2、通过热处理使表面处理剂与纤维共结晶
含有亲水性基团的化合物与聚酯纤维的共结晶是提供纤维
持久亲水性的有效方法。应用较多的是合有聚乙二醇-醚基团
的共聚物与聚酯纤维的共结晶。首先将含有聚乙二酵-醚基团
的共聚物溶解在水溶性乙烯基化合物中构成表面处理剂。然
后将纤维浸渍在表面处理剂中或将表面处理剂喷雾在纤维表
面上，使纤维和表面处理剂两者乳胶化。再经过热处理后，
含有聚乙二醇-醚基团的共聚物就牢固地结合在纤维表面上。
3、通过在纤维表面形成活性中心而发生化学反应
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(三)异型截面亲水性涤纶的制造
普通的涤纶截面为圆型，表面完整而光滑，没有吸收和保
存水分的能力。通过在纺丝时改变喷丝孔的形状可纺制异形截
面的纤维，如中空纤维、三角形纤维、三叶形纤维、c形纤维
和L形截面的纤维等。使得纤维表面趋于不完整，不光滑，产
生毛细现象而具有吸水能力；或者增大纤维的表面积，使纤维
内的亲水基团(在纤维内含有亲水基团的情况下)更多地与人体
表面接触，提高吸湿性。此外，异形截面纤维由于纤维间的接
触面积小，纱线或长丝间的空隙率高。因此，由其制成的织物
其透气性可提高20％左右。
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二、亲水性腈纶
成孔的方法基本上有三大类：
1．孔洞固定法
将经过拉伸、水洗的初级溶胀纤维先进行汽蒸热处理，然
后再经过干燥工序。在微孔中的水分虽然蒸发，但微孔却保留
下来。在干燥过程中没有发生致密化现象。
2．孔洞稳定剂添加法
在腈纶原液中加入一种物质，待纺丝成型后，再设法从纤维
中去除这种物质，使纤维中出现无数微孔。这种能使纤维中产
生微孔的物质称之为孔洞稳定剂。这种方法的关键是寻找合适
的孔洞稳定剂。
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3．高聚物共混法
在腈纶原液中混入少量的另一种高分子物，通过纺丝成型
就可以形成微孔纤维。这种微孔纤维是一种共混合金纤维，
利用二种高聚物的相分离，在相界面上形成许多孔隙。
三、亲水性锦纶
(一)大分子主链化学结构的改性
聚酰胺纤维的亲水性随着大分子中极性酰氨基团-CONH-与
非极性的亚甲基-CH2-比例而变化。在强碱性物质存在下，进
行阴离于活化聚合成聚丁内酰胺，
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(二)共聚法
在聚酰胺纤维大分子中引入亲水基团-COOH，-NH2，-CN
，-OH等，是提高聚酰胺纤维吸湿性最为有效的方法。把含有
极性基团的短链接枝在大分子链上的方法称为接枝共聚法；把
含有极性基团的单体共聚入大分子主链则称为嵌段共聚法。
1、接核共聚法
杜邦公司用辐射引发聚合，将亲水性组分在锦纶66长丝上
接枝共聚获得高吸湿性的纤维。接枝聚合大都是非均相反应，
通常接枝反应发生在非晶区，因此接枝后纤维的力学性能只是
稍有变化，而吸湿性、可染性有很大提高。
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2、嵌段共聚法
3、改变纤维的物理结构
纤维的物理结构是影响纤维亲水性的重要因素。通常，水
分子不能在纤维晶区扩散，仅能通过非晶区。纤维中非晶区含
且高，纤维中存在微孔、中孔、表面粗糙，水分子容易被吸附、
扩散、透水、透湿，所以改变纤维截面形状，使之异形化、超
细化、表面粗糙化、微孔化可以提高纤维的亲水性。
4、后整理加工
作为纤维亲水化后整理方法，一种是将具有亲水基团的单
体或齐聚物在纤维表面上聚合、交联，或以一层薄膜状态固着
在单纤维表面；另一种是将具有与纤维基质高分子有强的亲和
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性基团的亲水性化合物在纤维表面吸着后，经过热处理使其固
定在纤维表面。这种对纤维或织物表面亲水化整理，提高了水
分子迁移能力，并且利用毛细管现象增加了纤维间吸水速度。
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第五节 纤维亲水性的检测
一、微孔性质的检测
对采用物理改性方法获得的亲水性合成纤维面言，微孔
是极为重要的特征。亲水性纤维的吸水性能强弱，是由纤维
内外微孔尺寸的大小、数量的多少、微孔间相连程度所决定
的。测亲水性纤维的微孔，大多需借助现代微结构测量技术，
如压汞法、x光小角散射法、气体吸附法、电子显微镜等。
根据测量结果，常用孔径、孔径分布、比表面积、多孔纤维
的形态等微孔结构参数，来表征亲水纤维微孔的性质。
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二、纤维亲水性溯定
亲水性纤维具有较强的亲水性能、较快的排湿性能和较高
的孔隙度等物理性质。这些性质包括纤维的吸湿和吸水两个方
面，可用吸湿率和保水率来表示。
(一)吸湿率
纤维表面和内部化学基团对气体的水的吸引或物理的吸附
即称为吸湿性。纤维的吸湿率，指的是单位绝干重量的纤维，
在一定温度、一定湿度的外界条件下，达到吸湿乎衡时所能吸
收的水分的量，用重量百分比表示。吸湿率计算公式为：
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(二)保水率
液态的水被纤维表面扩散和纤维内部孔隙所握住，这种特
性称为吸水性。通常吸湿性强的亲水纤维，其保水性也较大。
反之，保水性强的亲水纤维，其吸湿性不一定强。保水率用单
位绝干重量的纤维所含有的不能用机械方法除去的水分，以重
量百分率来表示：
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