CN103437151B - 一种苎麻纤维的复合晶变改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，是将苎麻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，再抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用并去除改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。本发明晶变改性后的纤维孔隙增大、结晶度降低、纤维柔软，提高了产品的尺寸稳定性、柔软性和染色性能等；采用瞬间释放压力的方法，大幅提高了纤维的蓬松性和柔软性；采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波辐射联合作用，进一步提高了纤维的品质，并大幅提高了改性效率。

Description

一种苎麻纤维的复合晶变改性方法

技术领域

本发明涉及一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，是一种通过将改性介质升压至改性压力、保压一段时间、然后瞬间释放压力，再采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用并去除改性介质的苎麻纤维复合晶变改性方法。

背景技术

苎麻纤维是天然纤维中重要的纺织原料。其吸湿性优良、静电小、保暖性强、抗腐耐热等优点，但也存在坚硬、发皱、缩水、难纺、难织、难染等缺陷，导致其服用性能差，不易做成高端纺织苎麻纤维，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。

现在国内外已经形成产业化生产的改性方法主要有液氨加工改性和碱丝光改性。液氨改性与碱丝光处理有着相似的效果，如天然卷曲消失、截面变圆、内腔变小等特点，但碱丝光改性的残留碱液不易去除且还会导致纤维融蚀和不均匀性，最主要的差别是液氨改性效果优于碱丝光改性。国内利用液氨作为改性介质，在密闭容器中常规升压—保压—再回收纤维中改性介质的方法对苎麻纤维有一定效果，但该方法只有一次改性，溶胀不彻底、结晶度降低不明显、染色性能没有得到明显改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，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，再采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用并去除改性介质的苎麻纤维复合晶变改性方法。

本发明的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，是将苎麻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，再采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用并去除改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。其原理是：将苎麻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艺参数；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，重构纤维素分子间的氢键网络，改变了纤维的微观结构，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，孔隙增大，结晶度减小，实现了纤维晶格结构的一次调控。再通过高速溢流，瞬间释放密闭容器中大量液态改性介质，在纤维组织内部与外部瞬间产生巨大压差，形成高速爆膨，使改性介质的扩散系数大幅提高，完全重构了纤维素分子间的氢键网络，纤维素分子间溶胀作用更彻底，孔隙增大明显，结晶度显著降低，实现了纤维晶格结构的二次调控。最后再采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用，提升了丝光效果，结晶度也有所降低，实现了纤维晶格结构的第三次调控并同时去除苎麻纤维中的改性介质，大幅提高了改性效率，即完成了所述的复合晶变改性。针对不同刚度、不同组成成分的纤维，调节纤维晶格结构三次调控的相关参数，即可实现所述的复合晶变改性。复合晶变改性后苎麻纤维具有柔软性能优良、防皱抗缩、耐久蓬松，大幅提高了纤维的纺、织、染性能，成为卓越的天然纤维新纺材。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，所述苎麻纤维的长度为50～650mm，细度为0.4～0.92tex。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，通过纤维晶格结构的三次调控，使纤维素分子间溶胀作用更彻底，孔隙明显增大，结晶度明显降低，上染率提高，色牢度提高，丝光度提高，最后采用高速离心旋转脱液、微波加热和抽真空并行或交替的蒸发方法去除苎麻纤维中的改性介质即完成了所述的复合晶变改性。采用所述的复合晶变改性方法，可使复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大15%～20%，结晶度减小20%～25%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高32%～40%，色牢度提高22%～26%，改性效率提高10%～16%。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，改性介质为液氨；改性介质需具备如下三点特征：1）具有优良的扩散性；2）能与纤维素间形成大量的氢键，重构纤维素分子间的氢键网络，提高纤维素的溶胀性能；3）易于相变调控，便于改性介质蒸发与回收。而液氨具有分子量小、粘性小、表面张力小、易于相变等特殊的物理性质，这些特殊性质使得液氨满足上述三个特征。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，改性压力瞬间释放，瞬间产生高压力差，可以大幅提高改性介质的扩散系数，使苎麻纤维产生充分溶胀，是复合晶变改性的关键工艺过程。对不同的苎麻纤维，要求的改性压力不同，压力释放的快慢不同，瞬间产生的压力差不同，在不提高改性压力的前提下，要获得尽可能高的释放压力差，应使改性压力降到负压。对苎麻纤维，改性压力需要大于等于2MPa，会达到4MPa。因此所述改性压力应为2～4MPa。

为获得尽可能高的释放压力差，应使改性压力降到负压，因此改性压力的瞬间释放，要求改性压力瞬间降到改性压力的1%及以下。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，为了规范工艺标准，所述压力是指绝对压力。

如上所述的一种苎麻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2秒即可，在0.5秒～2秒为宜，因此所述释放压力的瞬间为0.5秒～2秒，对应的所述释放压力的降压速率为2MPa/s～4MPa/s。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，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：苎麻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；对于苎麻纤维，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。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，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，更好的完成纤维素分子间的氢键网络重构。这一过程对所有纤维的复合晶变改性都是必要的。对苎麻纤维，升压后保压5min以上即可，保压时间在5～15min为宜，因此所述升压后保压时间为5～15min。

如上所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，在苎麻纤维的第三次晶格调控的同时去除改性介质。

如上所述的第三次晶格调控为抽真空、高速离心旋转牵伸、微波联合作用并发运行或交替运行。抽真空至负压及以下；高速离心旋转速度至180～400rpm，旋转时间可达10min，径向牵伸至2.5～4mm；微波加热为单个改性釜功率在1kW～20kW之间。所述第三次晶格调控的同时去除改性介质为抽真空、高速离心旋转脱液和微波加热并发运行或交替运行。

有益效果：

本发明采用以上技术方案的优点如下：

1.本发明是通过改变晶体结构来达到改性目的的。改性后的纤维克服其原有缺陷，孔隙增大、结晶度降低、纤维柔软，提高了产品的尺寸稳定性、柔软性、匀染性和染色性能等。

2.本发明采用瞬间释放压力的方法，使得改性后的纤维最大程度的溶胀闪爆，柔软性能优良、防皱抗缩、耐久蓬松，大幅提高了纤维的纺、织、染性能，成为卓越的新纺材。

3.提供了一种无水、几乎无介质损耗、无污染、零排放、节能、高效的苎麻纤维改性方法。

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

一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，将长度为50mm、细度为0.4tex的苎麻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2Mpa，保压5min，然后在2秒内以2MPa/s的降压速率瞬间释放至0.002Mpa。最后采用高速离心旋转脱液、微波加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。其中高速离心旋转速度至180rpm，旋转时间可达10min，径向牵伸至2.5mm；微波加热中单个改性釜功率为1kW；抽真空至负压及以下。所述复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大15%，结晶度减小20%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高32%，色牢度提高22%，改性效率提高10%。

实施例2

一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，将长度为100mm、细度为0.6tex的苎麻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3Mpa，保压8min，然后在1秒内以3MPa/s的降压速率瞬间释放至0.003Mpa。最后采用高速离心旋转脱液、微波加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。其中高速离心旋转速度至250rpm，旋转时间可达10min，径向牵伸至3mm；微波加热中单个改性釜功率为5kW；抽真空至负压及以下。所述复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大17%，结晶度减小22%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高38%，色牢度提高22%，改性效率提高12%。

实施例3

一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，将长度为280mm、细度为0.8tex的苎麻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3.5Mpa，保压8min，然后在1秒内以3.5MPa/s的降压速率瞬间释放至0.0035Mpa。最后采用高速离心旋转脱液、微波加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。其中高速离心旋转速度至300rpm，旋转时间可达10min，径向牵伸至3mm；微波加热中单个改性釜功率为15kW；抽真空至负压及以下。所述复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大19%，结晶度减小22%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高34%，色牢度提高24%，改性效率提高15%。

实施例4

一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，将长度为650mm、细度为0.92tex的苎麻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1.5MPa/min，升压至改性压力4Mpa，保压15min，然后在0.5秒内以4MPa/s的降压速率瞬间释放至0.004Mpa。最后采用高速离心旋转脱液、微波加热和抽真空交替的蒸发方法去除材料中的改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。其中高速离心旋转速度至400rpm，旋转时间可达10min，径向牵伸至4mm；微波加热中单个改性釜功率为20kW；抽真空至负压及以下。所述复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大20%，结晶度减小25%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高40%，色牢度提高26%，改性效率提高16%。

Claims (10)

1.一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征是：将苎麻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，再采用抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用并去除改性介质，即获得复合晶变改性苎麻纤维。

2.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述苎麻纤维的长度为50～650mm，细度为0.4～0.92tex。

3.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述复合晶变改性苎麻纤维的微观晶格与所述苎麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大15%～20%，结晶度减小20%～25%；所述复合晶变改性苎麻纤维与所述苎麻纤维相比，上染率提高32%～40%，色牢度提高22%～26%，改性效率提高10%～16%。

4.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述改性介质为液氨。

5.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述改性压力P为2～4MPa，所述瞬间释放压力是指压力瞬间降到所述改性压力的1%及以下。

6.根据权利要求5所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述压力为绝对压力。

7.根据权利要求1或5所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述瞬间是指0.5秒～2秒，所述释放压力的降压速率为2MPa/s～4MPa/s。

8.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，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为0.5MPa/min～1.5MPa/min。

9.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，升压后保持5min～15min。

10.根据权利要求1所述的一种苎麻纤维的复合晶变改性方法，其特征在于，所述抽真空、高速离心旋转牵伸和微波联合作用为：抽真空直至负压及以下，高速离心旋转速度至180～400rpm、径向牵伸至2.5～4mm，微波辐射、抽真空和高速离心旋转牵伸联合作用，并发运行或交替运行，去除苎麻纤维中的改性介质。