CN103437152A - 一种槿麻纤维的晶变改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种槿麻纤维的晶变改性方法，是将槿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，去除改性介质，即获得晶变改性槿麻纤维。本发明采用以上技术方案的优点如下：1、通过改变晶格结构来达到改性目的，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、柔软性和染色性能等。2、采用瞬间释放压力的方法，使得改性后的纤维最大程度的膨胀，大幅提高了纤维的蓬松性和柔软性，从而大幅提高了纤维的纺、织、染性能。

Description

一种槿麻纤维的晶变改性方法

技术领域

本发明涉及一种槿麻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槿麻纤维晶变改性方法。

背景技术

槿麻纤维是天然纤维中重要的纺织原料，是天然纤维中杨氏模量相当大的纤维。其具有吸湿、透气、散热、抗菌、防霉、防辐射、强度高等优越特性，但也存在坚硬、难纺、难织、难染等缺陷，导致其服用性能差，不易做成高端纺织产品，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。

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槿麻纤维有一定效果，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槿麻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槿麻纤维晶变改性方法。

本发明的一种槿麻纤维的晶变改性方法，是将槿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，去除改性介质，即获得晶变改性槿麻纤维。其原理是：将槿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等速充液，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；同时调节充液的间歇时间和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。最后采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除槿麻纤维中的改性介质即完成了所述的晶变改性方法。晶变改性后槿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：

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，所述槿麻纤维的长度为100～500mm，细度为2.5～6tex。

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，通过两次重构纤维素分子间的氢键网络，实现了纤维晶格结构的二次调控，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，最后采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除槿麻纤维中的改性介质即完成了所述的晶变改性。采用所述的晶变改性方法，可使晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大10%～20%，结晶度减小20%～30%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高38%～50%，色牢度提高21%～25%。

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，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。

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，改性压力瞬间释放，瞬间产生较大压力差，可以大幅提高改性介质的扩散系数，使槿麻纤维产生充分溶胀，是晶变改性的关键工艺过程。对不同的槿麻纤维，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。对槿麻纤维，改性压力需要大于等于5MPa，会达到9MPa。因此所述改性压力P应为5～9MPa。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。

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，为了规范工艺标准，所述压力是指绝对压力。

如上所述的一种槿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1.2秒即可，在0.3秒～1.2秒为宜，因此所述释放压力的瞬间为0.3秒～1.2秒，对应的所述释放压力的降压速率为5MPa/s～30MPa/s。

如上所述的一种槿麻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：槿麻纤维适合用抛物线升压和间隙升压的组合方式进行升压，升压速率k均满足关系式

其中t为升压时间，k₀为初始升压速率。对槿麻纤维，初始升压速率k₀不小于0.5MPa/min，会达到2.5MPa/min，因此所述抛物线初始升压速率为0.5MPa/min～2.5MPa/min范围内；间隙升压时，间隙时间不小于5min，间隙时间为5min～20min，每次间歇升压时间为3min-5min。间歇初始升压速率k₀不小于0.5MPa/min，会达到2.5MPa/min，间隙初始升压速率k₀为0.5MPa/min～2.5MPa/min范围内。

如上所述的一种槿麻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晶变改性都是必要的。对槿麻纤维，升压后保压5min以上即可，保压时间在5～30min为宜，因此所述升压后保压时间为5～30min。

如上所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，在纤维的纤维素分子间的氢键网络两次重构后，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槿麻纤维中的改性介质。

有益效果：

本发明采用以上技术方案的优点如下：

1.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，成为卓越的天然纤维新纺材。

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

一种槿麻纤维的晶变改性方法，将长度为100mm、细度为2.5tex的槿麻纤维置于密闭容器中，充入液氨，按抛物线升压和间隙升压的方式组合升压，升压速率k均满足关系式

抛物线升压时，初始升压速率k₀为0.5MPa/min，升压至改性压力2Mpa；再按间隙升压的方式，初始升压速率k₀为0.5MPa/min，间隙时间为5min，每次间歇升压时间为3min，至改性压力5MPa，保压5min，然后在1.2秒内以5MPa/s的降压速率瞬间释放至0.005Mpa。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槿麻纤维。所述晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大10%，结晶度减小20%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高38%，色牢度提高21%。

实施例2

一种槿麻纤维的晶变改性方法，将长度为200mm、细度为4tex的槿麻纤维置于密闭容器中，充入液氨，按抛物线升压和间隙升压的方式组合升压，升压速率k均满足关系式

抛物线升压时，初始升压速率k₀为0.8MPa/min，升压至改性压力2Mpa；再按间隙升压的方式，初始升压速率k₀为1MPa/min，间隙时间为6min，每次间歇升压时间为4min，至改性压力6MPa，保压10min，然后在1秒内以6MPa/s的降压速率瞬间释放至0.006Mpa。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槿麻纤维。所述晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大15%，结晶度减小23%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高38%，色牢度提高22%。

实施例3

一种槿麻纤维的晶变改性方法，将长度为350mm、细度为4.5tex的槿麻纤维置于密闭容器中，充入液氨，按抛物线升压和间隙升压的方式组合升压，升压速率k均满足关系式

抛物线升压时，初始升压速率k₀为1MPa/min，升压至改性压力3Mpa；再按间隙升压的方式，初始升压速率k₀为1.5MPa/min，间隙时间为5min，每次间歇升压时间为4min，至改性压力8MPa，保压5min，然后在0.5秒内以16MPa/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槿麻纤维。所述晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大16%，结晶度减小25%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高42%，色牢度提高24%。

实施例4

一种槿麻纤维的晶变改性方法，将长度为500mm、细度为6tex的槿麻纤维置于密闭容器中，充入液氨，按抛物线升压和间隙升压的方式组合升压，升压速率k均满足关系式

抛物线升压时，初始升压速率k₀为2.5MPa/min，升压至改性压力5Mpa；再按间隙升压的方式，初始升压速率k₀为2.5MPa/min，间隙时间为20min，每次间歇升压时间为5min，至改性压力9MPa，保压30min，然后在0.3秒内以30MPa/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槿麻纤维。所述晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大20%，结晶度减小30%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高50%，色牢度提高25%。

Claims (10)

1.一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于：将槿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，去除改性介质，即获得晶变改性槿麻纤维。

2.根据权利要求1所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述槿麻纤维的长度为100～500mm，细度为2.5～6tex。

3.根据权利要求1所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述晶变改性槿麻纤维的微观晶格与所述槿麻纤维的微观晶格相比，孔隙增大10%～20%，结晶度减小20%～30%；所述晶变改性槿麻纤维与所述槿麻纤维相比，上染率提高38%～50%，色牢度提高21%～25%。

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

5.根据权利要求1所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述改性压力P为5～9MPa，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所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述压力为绝对压力。

7.根据权利要求1或5所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述瞬间是指0.3秒～1.2秒，所述释放压力的降压速率为5MPa/s～30MPa/s。

8.根据权利要求1所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，所述升压为抛物线升压和间隙升压的组合，升压速率k均满足关系式

其中t为升压时间，k₀为初始升压速率；抛物线升压时，初始升压速率k₀在0.5MPa/min～2.5MPa/min范围内；间隙升压时，间隙时间为5min～20min，每次间歇升压时间为3～5min，初始升压速率k₀在0.5MPa/min～2.5MPa/min范围内。

9.根据权利要求1所述的一种槿麻纤维的晶变改性方法，其特征在于，升压后保持5min～30min。

10.根据权利要求1所述的一种槿麻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和抽真空并行的蒸发方法去除槿麻纤维中的改性介质。