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为了进一步提升纯棉产品吸湿速干性能，满足市场对纯棉产品吸湿含水能力的高要求，介绍了高吸水聚合物的发展、分类及高吸水原理。从使用常规方式制备高吸水纤维与采用静电纺丝方式制备高吸水微纳米纤维两方面，探究了高吸水聚合物在纺织领域的应用，并结合微纳米镶嵌纺技术对高吸水、高含水具有润湿功能的纯棉纺织品开发进行了展望。认为：合理利用高吸水性材料，结合微纳米镶嵌纺技术，是开发纯棉类高吸水功能纺织品的重要研究方向。高吸水聚合物; 高吸水纤维; 静电纺丝; 微纳米镶嵌纺; 纳米纤维 高吸水聚合物（SAP）是一种合成的特殊聚合物，具有非常高的吸水能力。SAP具有高度亲水的网络空间，即使在压力作用下也可以吸收和保留大量的水或水溶液 。
当下用户对功能性纺织品关注度较高，尤其对纯棉功能性产品更为关注，其中对进一步提升纯棉产品吸湿速干性能的反馈信息较多。棉纤维素大分子中含有羟基亲水基团，因此本身具有较好的吸湿性能。近期市场主流纯棉产品品牌均提出了纯棉高吸水的概念，对纯棉家纺及服装面料的吸湿含水能力提出了更高的要求，或者配合增强面料所负载的吸湿发热等功能，以实现一定的护肤舒适功能。可见纯棉产品的高吸水性能也是当下行业所关注的重点需求趋势之一。对此，本研究对高吸水材料的发展、吸水机理、分类以及在纺织领域应用进展进行分析和探讨。 1 SAP的发展及分类
SAP发展较早，20世纪50年代末，以甲基丙烯酸羟基烷基及其相关单体为基础制备了第一代水凝胶，用于开发隐形眼镜。20世纪70年代，美国农业部北部地区研究实验室开发了第一个商业SAP，它是通过水解淀粉接枝聚丙烯腈生产的。1978年以后，SAP用于餐巾纸和婴儿尿布，并逐渐被美国、欧洲和许多亚洲国家所使用。
1.1 按照材料来源分类
根据来源SAP大致分为天然材料和合成材料两类。天然材料例如基于多糖的纤维素、淀粉、藻酸盐和琼脂糖，以及基于多肽的明胶、胶原蛋白等。合成材料例如聚丙烯酸、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、聚乙二醇等。
1.2 按照所带电荷分类
第一类中性（非离子），这类聚合物的典型材料是聚丙烯酰胺接枝羟乙基纤维素和羟甲基纤维素基SAP，其中氢键促进了水分子的溶剂化。此外，在混合过程中，聚合物与溶剂体系的熵增加也会促进聚合物的吸水能力。
第二类离子（阳离子或阴离子），丙烯酸单体或者它们基于钠、钾、铵盐的SAP为阴离子，壳聚糖和丙烯酸单体基SAP在本质上是阳离子。
第三类基于两性离子（多聚类），在其结构单元中同时具有阳离子和阴离子基团。
第四类两性电解质，这些SAP同时具有酸性和碱性基团，作为结构单元的一部分。
1.3 按照化学组成分类
大多数SAP是由合成的水溶性丙烯酸单体制备的，它们在水中具有高膨胀性，如几丁质/壳聚糖、纤维素、淀粉、果胶、腰果胶、海藻酸盐、黄原胶、瓜尔胶等。用水溶性丙烯酸单体进行适当的化学改性制备SAP/水凝胶，例如通过将聚丙烯酸接枝到淀粉上，合成一种可生物降解的SAP。
2 SAP的吸水原理
SAP具有三维离子网络空间，是由高分子电解质构成，它的吸水原理包括物理原理和化学原理。
SAP中的聚合物主链本质上是亲水的，它的主链或侧链上含有多种亲水性基团，常见亲水性基团的吸水能力由大到小顺序依次为—SO3H、—COOH、—COOH2、—CPNH2、—OH。因为SAP含有亲水性基团，如羧酸基团（—COOH），所以当向SAP中添加水时，存在聚合物与溶剂相互作用，包括水合和氢键的形成。
水合作用是溶质离子与溶剂分子的相互作用，即—COO-和Na+或K+吸引极性水分子。聚合物分子之间的氢键和水分子增加了系统的熵，这使得它们可溶于水，通过引入交联可以防止无限溶解度。
大多数SAP是含有离子基团的聚电解质凝胶，当浸没在水介质中时，这些离子基团解离，产生的可移动反离子使体系内部水溶液的离子浓度提高，这样体系内外由于离子浓度差别产生渗透压，渗透压的作用促使更多的水分子通过界面进入体系内部。由于聚合物链上离子基团对可移动反离子的静电吸引作用，这些反离子并不容易通过扩散转移到体系外部，因此渗透压得以保持。SAP的吸水能力主要是由于膨胀凝胶的渗透压与外部溶液之间的差异，以及由离子基团引起的聚合物链之间的排斥力。因此，可以通过控制离子部分与非离子部分的比例来调整SAP的吸收率。例如丙烯酰胺是非离子的，可以掺入聚丙烯酸钠，以控制水聚合物网络的吸收性。
3 高吸水纤维在纺织中的应用
随着消费者对纺织面料舒适性要求越来越高，目前行业内开发了多种将高吸水材料与天然纤维或者合成纤维相结合的高吸水纤维，从而进一步开发高吸水功能纺织品。
高吸水纤维通常是由钠盐中和的交联丙烯酸共聚物聚合而成。高吸水纤维可以纯纺或混纺，也可以在微米或纳米尺度上生产，提供更高的纤维比表面积，从而提高吸水能力。与传统的SAP粉末和颗粒相比，纤维状的高吸水材料吸湿效果更好、更容易加工。在某些结构中，可以得到比SAP粉末或颗粒高8倍~10倍的吸收速度。
3.1 基于传统制造方式的高吸水纤维及应用
对于高吸水纤维，干法纺丝和湿法纺丝方法均得到了广泛应用，同时也可以利用静电纺丝技术生产高吸水纳米纤维。
通过湿法纺丝或干法纺丝技术生产高吸水纤维，例如KIM Y J等以戊二醛为交联剂制备了基于海藻酸钠的高吸水纤维，将溶解在水中24 h的藻酸盐挤压到盐酸凝固浴中，采用湿法纺丝工艺生产藻酸凝胶长丝，然后将其置于含有戊二醛和质量分数为0.1%盐酸的二氧六环溶液中，以进行交联，降低溶解度，最后将其中和以增加吸收能力。LIU Q X等研究了干法纺丝生产的丙烯酸基高吸水纤维，结果表明高吸水纤维的吸水率受到盐溶液的离子价、离子质量浓度和pH值的影响。高吸水纤维的最大吸水量约为117 g/g，增加盐溶液质量浓度导致吸收能力降低，在中性溶液中可获得最大吸收能力。CHEN F M等研究了PVA/PAA⁃AM基高吸水纤维的吸收能力，结果表明AM的含量会影响其吸收能力，适量的AM可以提高其吸收能力。邓新华等用部分NaOH中和的丙烯酸（AA）为单体，在聚乙烯醇（PVA）水溶液中共聚，由聚合液进行湿法纺丝制备高吸水纤维PAA⁃AANa/PVA，从高吸水纤维的电镜图中可以观察到，沿纤维轴向取向的纤维层，它们之间存在交联网络结构。纤维层之间存在着许多孔洞，高吸水纤维吸收的水分在纤维内部扩散时占据纤维内部的空间，实现纤维大量吸水的效果。
综合上述分析，本研究认为高吸水纤维吸水率的高低与该纤维内外部的渗透压差有关，渗透压差越大，高吸水纤维的吸水率越高。由于高吸水纤维具有优异的吸水能力以及特殊的纤维形状，非常适合开发吸水保湿类的纺织产品。
3.2 基于静电纺丝制备的高吸水纤维及应用
除采用传统的生产方式生产高吸水纤维外，通过静电纺丝也可以生产高吸水纳米纤维。纳米纤维结构具有较高的比表面积，可进一步提高其吸湿能力。以静电纺丝制备高吸水纳米纤维的研究已取得了一定成果。例如ISLAM等利用天然多糖支链淀粉（PULL）、PVA、蒙脱土（MMT）为溶质，以双蒸馏水作为溶剂，制备了PULL/PVA/MMT高吸收复合纳米纤维网。在静电纺丝过程中，施加电压设置为15 kV，喷嘴与铝箔集热器之间的距离设置为15 cm，纳米纤维网在150 ℃下加热4 min，且不与热板直接接触。结果表明：热处理的纳米复合高吸水纤维在双蒸馏水和质量分数为0.9%氯化钠溶液中的吸水率分别为143.42 g/g和39.75 g/g，提高了结晶度和吸水性。ALI A A使用聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯腈（PAN）为溶质，以二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂，通过静电纺丝制备了高吸水PAM/PAN纳米纤维膜。将1 cm×1 cm的静电纺丝PAM/PAN混和纤维膜放在一个充满水的玻璃容器中1 h，研究了所制备纤维膜的吸水能力，结果表明PAM纳米纤维直径低至44 nm，吸水量为其原始质量的1 077倍~1 290倍，是颗粒状PAM吸水能力的3.6倍~4.3倍；对PAM纳米纤维计算其比表面积，结果表明，同样质量的静电纺丝PAM纳米纤维与颗粒状PAM相比较，其比表面积增加了30万倍，说明PAM纳米纤维比颗粒状PAM的吸水能力强。PETROUDY S R D等去除小麦秸秆中的纤维素，用四甲基哌啶氧化物（TEMPO）介导的氧化预处理，随后溶解到三氟乙酸中，通过静电纺丝法生产纤维素纳米纤维。结果表明：含有15%聚丙烯酸钠（NaPAA）的高吸水复合静电纺纤维（ESAF），在蒸馏水和质量分数为0.9%氯化钠溶液中的最大吸水率分别为225 g/g和208 g/g。因产生了高强度和多孔的3D亲水聚合物网络，TEMPO介导的氧化作用使ESAF在游离生理盐水中的吸收率增加了21%。
4 展望
将高吸水材料添加至纯棉纱线或织物中，预期可达到高含水、高吸湿的护肤润湿效果。微纳米镶嵌纺技术是将静电纺丝与传统纺纱相结合的一种新型纺纱形式，将静电纺丝制得的微纳米纤维与传统梳棉过程中的短纤维棉网，通过负压方式实现微纳米纤维与短纤维的镶嵌复合，再经传统并条、粗纱、细纱等工序成纱。该方法解决了微纳米纤维跨尺度纤维纺纱的技术难题，解决了微纳米纤维的应用瓶颈，丰富了纱线品类，提升了纺织品的附加值及内涵，在各类功能性产品开发中具有良好的应用前景。通过微纳米镶嵌纺技术制备高吸水、高含水，且具有护肤润湿功能的纯棉纺织品，选择合适的高吸水性材料及与之相匹配的溶剂，制作成静电纺丝液，并配合适当的静电纺丝工艺是实现高吸水微纳米纤维生产的关键。一方面，借鉴已有的静电纺丝制备高吸水纳米纤维经验，采用多种材料复合的制备方法，如利用PULL、PVA、MMT为溶质，以双蒸馏水为溶剂；以PAM、PAN为溶质，以DMF作为溶剂；通过NaPAA和PVA交联处理等方式，可制备高吸水纳米纤维。另一方面，使用市面上现有的高吸水性材料，如SAP高吸水树脂、改性甲壳素粉等材料，通过优选与高吸水材料相匹配的溶剂，制作成高吸水静电纺丝液。再通过微纳米镶嵌纺技术，匹配相适应的静电纺丝电压、供液量、静电纺丝距离、梳棉棉网输出速度、梳棉网定量等。基于以上技术方案，可探索高含水、高吸水且具有护肤润湿功能的棉纺织品的开发。
5 结语
高吸水材料具有优异的吸水和保水性能，其在服装家纺以及产业用纺织品等领域有重要的研究意义。融合现有静电纺丝制备高吸水微纳米纤维的技术方案或通过现有的高吸水材料，配制成高吸水性的功能性纺丝液，结合微纳米纤维镶嵌复合纺纱技术，通过梳棉/静电纺丝一体机制得的高吸水微纳米纤维与棉纤维进行镶嵌复合成纱，可以实现棉类纱线及面料的高吸水功能，是未来纯棉类高吸水、高含水，护肤润湿功能性纺织品开发的重要研究方向。此外，由于高吸水微纳米纤维吸湿后出现的膨胀现象显著，其所制成的纱线或面料的手感、服用性能是否受到影响需进一步验证。
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