CN103422367B

CN103422367B - 一种腈纶纤维的晶变改性方法

Info

Publication number: CN103422367B
Application number: CN201310320616.2A
Authority: CN
Inventors: 孙以泽; 孟婥; 孙菁菁; 赵博翀
Original assignee: SHANGHAI MENGJIN PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd; Donghua University
Current assignee: SHANGHAI MENGJIN PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd; Donghua University
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103422367A

Abstract

本发明涉及一种腈纶纤维的晶变改性方法，是将腈纶纤维置于密闭容器中，充入改性介质，升压至改性压力，然后瞬间释放压力，去除改性介质，即获得晶变改性腈纶纤维。本发明采用以上技术方案的优点如下：1、通过改变晶格形状和渗入功能性介质来达到改性目的的，改性后的纤维克服其原有缺陷，孔隙增大。2、采用瞬间释放压力的方法，大幅提高了介质扩散系数，从而大幅提高了上染率和色牢度等性能。

Description

一种腈纶纤维的晶变改性方法

技术领域

本发明涉及一种腈纶纤维的晶变改性方法，具体地说是一种通过将改性介质增压到改性压力并保压一段时间后瞬间释放压力的腈纶纤维晶变改性方法。

背景技术

腈纶纤维具有良好的耐光性、保暖性、防霉、防蛀等优良特性。但其染色性、吸湿性不好，上染率及色牢度也不高，导致其服用性能差，不易做成高端腈纶纤维，绝大多数是低附加值的产品。

为了改变上述现状，已有很多种改性方法，如物理改性方法、化学改性方法和生物改性方法。物理改性方法主要包括放电技术改性、高压蒸汽闪爆改性、超声空化及微波辐照改性、液氨加工改性等。化学改性方法主要包括纤维素酯类改性、纤维素醚类改性、纤维素接枝改性和纤维素交联改性等。生物改性方法主要利用生物酶对纤维进行脱胶、抛光等处理。上述改性方法大多针对天然纤维改性，多数方法由于成本、环境污染、技术可行性可靠性等原因尚停留在实验室阶段。

现在国内外针对腈纶纤维等合成纤维染色难的问题，主要采用的方法有：（1）与分子体积庞大的化合物共聚；（2）与具有可塑化效应的化合物混合纺丝；（3）导入和分散性染料亲和性好的基团，如醚键等。目前，共聚方法改性在工业中应用比较广。采用该方法制得的改性纤维熔点低，结晶度低，但由于纤维的热性能和机械性能受到了很大程度的损害，此方法在某些领域的应用也受到了制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种腈纶纤维的晶变改性方法，具体地说是一种通过将改性介质增压到改性压力并保压一段时间后瞬间释放压力的腈纶纤维晶变改性方法。

本发明的一种腈纶纤维的晶变改性方法，将腈纶纤维置于密闭容器中，充入改性介质，升压至改性压力，然后瞬间释放压力，去除改性介质，即获得晶变改性腈纶纤维。其原理是：将腈纶纤维置于密闭容器中，该密闭容器可以在高压下动密封和负压下动密封，并且零泄漏。通过压力平衡充液和非平衡调速充液，可调节充入密闭容器中改性介质的流量、时间和温度，从而调控改性的压力、两相界面及上述参数的变化速率，进而调控液态介质的渗透率、渗透速率及蒸发速率等工作参数；同时调节改性压力的保压时间；上述工艺可使改性介质的扩散系数提高，改性介质较好的渗透到纤维组织中，加剧纤维素大分子链段运动，使纤维素分子间发生溶胀作用，改变了纤维的微观结构，如孔隙变圆变大，以致相对分子质量较大的染料能进入纤维内部，从而提高了合成纤维的上染率和色牢度。最后采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除腈纶纤维中的改性介质即完成了所述的晶变改性方法。针对不同组成成分的合成纤维，调节上述的相关参数，即可实现所述的晶变改性。采用所述的晶变改性方法，可使晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙变圆，且增大3.6%～4%；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高52%～57%，色牢度32%～38%。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，所述腈纶纤维的长度为20～130mm，细度为0.15～1.7tex。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，改性介质为液氨或二氧化碳。改性介质需具备如下三点特征：1）具有优良的扩散性；2）能使合成纤维的晶格形状发生改变，提高纤维的溶胀性能；3）易于相变蒸发与回收。液氨具有分子量小、粘性小、表面张力小、易于相变等特殊的物理性质，这些性质使其具有优良的扩散性；氨分子渗入合成纤维中，可使纤维孔隙增大，产生较好的膨化效果。在温度高于临界温度（Tc=31.26℃），压力高于临界压力（P₀=7.39MPa）的状态下，二氧化碳既具有气体的低黏度和高扩散系数，又具有液体的高密度，因而有很好的传质、传热和渗透性能；其良好的渗透性能使之能迅速的渗透进纤维素中，使纤维素的孔隙增大；用超临界二氧化碳作为介质可将可溶解的相对分子质量大的染料分子转移到纤维上，对纤维进行染色。同时，液氨和二氧化碳均易于相变蒸发与回收。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，对于腈纶纤维，要获得良好改性效果，改性压力应大于等于8MPa，改性压力会达到11MPa，因此所述改性压力P应为8～11MPa。要达到很好的溶胀效果，应要求压力瞬间降到改性压力的1%以下。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，所述压力为绝对压力。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，，要获得优良的溶胀效果，要求压力从改性压力降到改性压力的1%的时间小于等于5.0秒即可，在3秒～5秒为宜，因此所述释放压力的瞬间为3秒～5秒，对应的所述释放压力的降压速率为4MPa/s～15MPa/s。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，为获得改性介质良好的扩散性及最佳改性效果，且改性过程能量消耗最小，需要调控充液过程中氨液的流量、时间和温度，达到调控压力的目的，进而调控介质渗透率、渗透速率、蒸发率、蒸发速率和相变过程。而升压过程是最重要的影响因素之一，对不同的纤维需采用不同的升压过程，大量试验表明：腈纶纤维适合用线性升压，升压速率k满足关系式其中t为升压时间，k₀为初始升压速率；对于腈纶纤维，初始升压速率k₀不小于0.5MPa/min，会达到1.5MPa/min，因此所述初始升压速率k₀在0.5MPa/min～1.5MPa/min范围内。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，在改性过程中，升压后保压一段时间是为了使改性介质能更充分的渗透到纤维组织结构中，更好的使发生纤维素溶胀作用。这一过程对所有纤维的晶变改性都是必要的。对腈纶纤维，升压后保压时间需大于1min，可达10min，因此所述升压后保压时间为1～10min。

如上所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，去除改性介质是必不可少的工艺过程，该过程并不影响纤维的晶格结构，但如何高效率、低能耗、无污染、零排放的完成该过程是实现大规模工业化生产的关键因素，这将直接影响晶变改性方法的生命力，关于如何高效率、低能耗、无污染、零排放的完成该过程将再另案撰写系列专利表述。本案中所述去除改性介质为采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除腈纶纤维中的改性介质。

有益效果：

本发明采用以上技术方案的优点如下：

1、通过改变晶格形状和渗入功能性介质来达到改性目的的，改性后的纤维克服其原有缺陷，孔隙增大。

2、采用瞬间释放压力的方法，大幅提高了介质扩散系数，从而大幅提高了上染率和色牢度等性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种腈纶纤维的晶变改性方法，将长度为20mm、细度为0.15tex的腈纶纤维置于密闭容器中，充入液氨，按线性升压方式升压，升压速率k满足关系式初始升压速率k₀为0.5MPa/min，升压至改性压力8Mpa，保压1min，然后在5秒内以4MPa/s的降压速率瞬间释放至0.008Mpa。然后采用加热与真空泵抽真空并行的蒸发方法去除改性介质，直至密闭容器中压力降为133Pa，此时即获得晶变改性腈纶纤维。所述晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙增大3.6%；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高52%，色牢度提高32%。

实施例2

一种腈纶纤维的晶变改性方法，将长度为38mm、细度为0.25tex的腈纶纤维置于密闭容器中，充入液氨，按线性升压方式升压，升压速率k满足关系式初始升压速率k₀为0.8MPa/min，升压至改性压力9Mpa，保压5min，然后在5秒内以5MPa/s的降压速率瞬间释放至0.009Mpa。然后采用加热与真空泵抽真空并行的蒸发方法去除改性介质，直至密闭容器中压力降为133Pa，此时即获得晶变改性腈纶纤维。所述晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙增大3.8%；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高54%，色牢度提高34%。

实施例3

一种腈纶纤维的晶变改性方法，将长度为45mm、细度为0.35tex的腈纶纤维置于密闭容器中，充入液氨，按线性升压方式升压，升压速率k满足关系式初始升压速率k₀为1MPa/min，升压至改性压力10Mpa，保压8min，然后在4秒内以10MPa/s的降压速率瞬间释放至0.001Mpa。然后采用加热与真空泵抽真空并行的蒸发方法去除改性介质，直至密闭容器中压力降为133Pa，此时即获得晶变改性腈纶纤维。所述晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙增大3.6%；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高55%，色牢度提高34%。

实施例4

一种腈纶纤维的晶变改性方法，将长度为130mm、细度为1.7tex的腈纶纤维置于密闭容器中，充入二氧化碳，按线性升压方式升压，升压速率k满足关系式初始升压速率k₀为1.5MPa/min，升压至改性压力11Mpa，保压1min，然后在3秒内以15MPa/s的降压速率瞬间释放至0.0011Mpa。然后采用加热与真空泵抽真空并行的蒸发方法去除改性介质，直至密闭容器中压力降为133Pa，此时即获得晶变改性腈纶纤维。所述晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙增大4%；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高57%，色牢度提高38%。

Claims

1.一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征是：将腈纶纤维置于密闭容器中，充入改性介质，升压至改性压力，然后瞬间释放压力，去除改性介质，即获得晶变改性腈纶纤维；所述改性介质为液氨或二氧化碳；所述改性压力P为8～11MPa，所述瞬间释放压力是指压力瞬间降到所述改性压力的1％以下；所述瞬间是指3秒～5秒，所述释放压力的降压速率为4MPa/s～15MPa/s；升压后保持1min～10min。

2.根据权利要求1所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述腈纶纤维的长度为20～130mm，细度为0.15～1.7tex。

3.根据权利要求1所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述晶变改性腈纶纤维的微观晶格与所述腈纶纤维的微观晶格相比，孔隙变圆，且增大3.6％～4％；所述晶变改性腈纶纤维与所述腈纶纤维相比，上染率提高52％～57％，色牢度提高32％～38％。

4.根据权利要求1所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述压力为绝对压力。

5.根据权利要求1所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述升压为线性升压，升压速率k满足关系式其中t为升压时间，k₀为初始升压速率；k₀在0.5MPa/min～1.5MPa/min范围内。

6.根据权利要求1所述的一种腈纶纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述去除改性介质为采用加热抽真空并行的蒸发方法去除腈纶纤维中的改性介质。