CN112011836B - 一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，包括如下步骤：（1）麻型纤维阳离子化改性：配制成改性整理液，然后未处理麻型纤维与改性整理液以浴比1:20在温度60℃下改性反应50min；（2）水洗干燥：改性后的麻型纤维依次经热水、冷水洗后，再用2g/L醋酸清洗后干燥；（3）常压碱脱胶：水洗干燥后的麻型纤维用NaOH溶液脱胶120min，浴比1：40；（4）清洗干燥；（5）梳理。本发明使用分子较大、含环氧结构的季铵盐阳离子化合物处理麻型纤维，利用此季铵盐分子较大，不易渗透，在纤维束径向外侧分布多、内侧分布少的特点，使碱分子被季铵盐阳离子吸引后能沿纤维束径向梯度分布，实现麻型纤维定向脱胶，最终获得细度好、强度高的纤维。

Description

一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法

技术领域

本发明属于纺织纤维原料的脱胶技术领域，具体涉及一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法。

背景技术

棉/麻色纺纱是重要的色纺纱品种之一，然而，这类色纺产品的性能和加工过程存在一些固有问题：(1)染色棉纤维的强度较低，一般来说，染色加工后棉纤维的强度会损失10-30％左右，影响棉/麻混纺纱产品的强度；(2)与棉相比，麻型纤维一般直径较粗、结构刚硬，可纺性不如棉。因此，棉/麻色纺纱的开发可以从改善麻型纤维的可纺性入手。

麻纤维的可纺性与纤维细度密切相关，在天然麻纤维中，苎麻的品质最好，纤维支数达2000公支左右，亚麻的直径略粗，黄麻或秸秆类纤维的直径更粗，纺纱难度大。改善麻型纤维细度，提高纤维可纺性是改善棉/麻色纺产品性能的重要途径之一。

脱胶或精细化的目的就是改善麻纤维细度，提高其应用价值。麻类纤维由多细胞组成，细胞间依靠胶质粘合在一起。常规的脱胶理论和实践都是通过去除胶质改善纤维细度，但是，胶质的去除必然损伤单细胞间的联系，造成纤维强度下降。在所有脱胶方法中，化学脱胶法是最常用的。氢氧化钠能溶解一定比例的胶质，改善纤维细度，但实际脱胶效果还与纤维品种有关。苎麻纤维内的胶质以多糖为主，碱脱胶方法能取得很好的效果；但是，对于木质素含量较高的黄麻、棉秸秆纤维而言，碱脱胶的效果非常有限，主要原因是碱对木质素的去除作用有限。虽然升高温度至130℃以上能提高木质素的去除效率，但纤维强度容易降至2.0cN/dtex以下，使应用价值受损。一些研究尝试了碱处理和其它方法相结合进行脱胶。发明专利“一种蒸汽闪爆和碱处理相结合制备纺织用棉秆皮纤维的方法”(ZL201410298683.3)使用了闪爆预处理和碱、过氧化氢结合的方法，虽然可使棉秆皮纤维细度从56dtex改善至27dtex左右，但纤维强度也降至2.2cN/dtex的低水平。微生物脱胶技术利用各种微生物分泌的酶分解胶质中的多糖或木质素等成分，达到精细化纤维的目的。目前代表性的脱胶微生物是枯草芽孢杆菌，常用于苎麻或亚麻脱胶。这类微生物在分解半乳糖醛酸、果胶及木聚糖时效果显著，但对木质素的去除作用有限。此外，由于多糖结构的复杂性，微生物单独作用时，效果不太理想，常常需配以化学漂洗辅助手段。总之，目前还没有很好的针对麻型色纺纤维的纤维精细化方法。

理想的脱胶设计应沿纤维束径向从外向内逐层去除以木质素为代表的胶质，在改善纤维细度的同时避免损伤纤维结构。这类方法的代表研究有：(1) 内布拉斯加大学的杨一奇教授采用分子结构较大的碱进行脱胶。利用碱分子尺寸大、在纤维径向渗透速度慢的特点实现这一目标。但是，由于脱胶使用的四甲基氢氧化铵价格远超烧碱，脱胶成本过高，难以商业化，实用性不好。(2) 中国发明专利“高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法” (ZL201810126657.0)使用甘油/碱作溶剂，在微波快速升温作用下进行脱胶。该方法利用甘油溶剂粘度较大、在纤维束径向渗透速度慢的特征，达到控制脱胶程度的目标。该方法可获得细度小于24dtex、强度高于3.0cN/dtex的纺织、复合材料用富木质素纤维。但是，该方法需在纤维表面均匀负载高粘度甘油/ 碱溶液，操作难度大，实用性不理想。虽然中国发明专利“通过疏水化预处理增强富木质素纤维定向脱胶效果的方法”(ZL201910654226.6)对定向脱胶的可控性进行增强，但仍没有改变实用性方面存在的问题。棉/麻色纺产品的开发需要一种实用性好的定向脱胶技术，这类技术应具有操作简单、设备要求低及可控性好的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，脱胶过程可在常压下进行，不需特殊的高压、闪爆或微波条件，可控性强、实用性好。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，包括如下步骤：

(1)麻型纤维阳离子化改性：称取一定量未处理麻型纤维，按浴比为1:20 的比例配置改性整理液，60℃下改性反应50min；

其中，改性整理液中，阳离子改性剂按照4-12％o.w.f的比例添加，NaOH 的浓度为4-16g/L，以自来水定容；

(2)水洗干燥：将步骤(1)中改性后的麻型纤维依次经热水、冷水洗后，再用2g/L醋酸清洗，去除未反应的阳离子改性剂和多余的NaOH，水洗至中性后室温下干燥待用；

(3)常压碱脱胶：将步骤(2)中水洗干燥后的麻型纤维用NaOH溶液脱胶120min，浴比1：20-1:60；

(4)清洗干燥：将步骤(3)中脱胶后的麻型纤维在室温水中充分漂洗至中性，干燥待用；

(5)梳理：将干燥后的麻型纤维在罗拉式梳理机中梳理后得到细纤维。

其中，步骤(1)中的麻型纤维包括：麻类纤维和秸秆韧皮纤维，其中，所述麻类纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、大麻、罗布麻等，所述秸秆韧皮纤维包括棉秆皮纤维、椰壳纤维等。

进一步，步骤(1)中的阳离子改性剂选用分子量为150-1200的含环氧结构的季铵盐阳离子化合物；

改性反应式如下：

其中，步骤(3)中脱胶温度为50℃-100℃。

其中，步骤(3)中所用NaOH溶液的浓度为2wt％-16wt％。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明使用分子较大、含环氧结构的季铵盐阳离子化合物处理麻型纤维，利用此季铵盐分子较大，不易渗透，在纤维束径向外侧分布多、内侧分布少的特点，使碱分子被季铵盐阳离子吸引后能沿纤维束径向梯度分布，实现麻型纤维定向脱胶，最终获得细度好、强度高的纤维。

附图说明

图1为本发明中麻型纤维定向脱胶示意图；

图2为本发明中麻型纤维阳离子化定向脱胶的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图2所示，本发明提供一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，包括如下步骤：

(1)麻型纤维阳离子化改性：称取一定量未处理麻型纤维，按浴比为1:20 的比例配置改性整理液，60℃下改性反应50min；

其中，改性整理液中，阳离子改性剂按照4-12％o.w.f的比例添加，NaOH 的浓度为4-16g/L，以自来水定容；

其中，麻型纤维包括：麻类纤维和秸秆韧皮纤维，其中，所述麻类纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、大麻、罗布麻等等，所述秸秆韧皮纤维包括棉秆皮纤维、椰壳纤维等。

步骤(1)中的阳离子改性剂选用分子量为150-1200的含环氧结构的季铵盐阳离子化合物。

改性反应式如下：

(2)水洗干燥：将步骤(1)中改性后的麻型纤维依次经热水、冷水洗后，再用2g/L醋酸清洗，去除未反应的阳离子改性剂和多余的NaOH，水洗至中性后室温下干燥待用；

(3)常压碱脱胶：

步骤(2)中水洗干燥后的麻型纤维用浓度为2wt％-16wt％的NaOH溶液脱胶120min，脱胶温度50℃-100℃，浴比1：20-1:60。

图1为麻型纤维定向脱胶示意图，其中图1(a)为阳离子改性麻型纤维定向脱胶示意图，图1(b)为未改性麻型纤维脱胶示意图。

(4)清洗干燥：将步骤(3)中脱胶后的麻型纤维在室温水中充分漂洗至中性，干燥待用；

(5)梳理：将干燥后的麻型纤维在罗拉式梳理机中梳理后得到细纤维。

本发明通过阳离子化改性实现麻型纤维定向脱胶的理论依据为：

已公布的发明专利“高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法”(申请号：201810126657.0)及“通过疏水化预处理增强富木质素纤维定向脱胶效果的方法”(申请号：201910654226.6)均使用高粘溶剂进行定向脱胶，依靠高粘溶剂在纤维径向渗透速度慢的特点将脱胶行为限制在纤维束外侧。但是这类方法存在一个操作层面的难题：需将高粘溶剂均匀涂敷于纤维表面。如果无法均匀涂敷，脱胶后纤维的尺寸、结构和性能的离散性很大。因此，该方法的实用性不好。从应用角度看，液相中的脱胶更容易实现。

本发明采用麻型纤维阳离子化改性的方式实现液相中定向脱胶，其优势体现在：(1)对脱胶环境的要求低：脱胶过程在常压下进行，不需要高温或高压环境，对设备要求低，容易实现。(2)产品性能稳定：由于定向脱胶在液相环境中进行，纤维与溶剂、碱的接触很均匀，脱胶后纤维尺寸和性能的离散性小。 (3)脱胶过程的控制性好：此方法通过季铵盐的尺寸调节阳离子改性剂在纤维径向的渗透程度，在此基础上实现碱分子在纤维径向的梯度分布。由于季铵盐的尺寸或分子量可在合成阶段进行调节，容易实现，后期对定向脱胶的控制难度较低。(4)脱胶效果增强：碱脱胶是通过胶质溶解于碱实现的。阳离子改性后，纤维表面带正电，会吸附氢氧根离子，提高纤维表面的碱浓度。这相当于提高了溶液中的碱浓度，脱胶效果明显优于未改性的对照样。

下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1

称取10g未处理黄麻纤维，投入到200ml含0.9g阳离子改性剂、1.6g NaOH 的阳离子改性整理液中。在60℃温度下反应50min后，将黄麻纤维分别经热水、冷水清洗，再用2g/L醋酸清洗，水洗至中性后室温下干燥待用。将干燥后的纤维在90℃下用400ml 8wt％的NaOH脱胶120min。脱胶后的纤维在室温下充分漂洗至中性，干燥后在罗拉式梳理机上梳理得到麻型色纺纤维，其性能见表1：

表1黄麻阳离子改性定向脱胶效果

注：表1中采用两种阳离子改性剂：Fix900，环氧结构季铵盐，分子量 500-600；Fix100，环氧结构季铵盐，分子量150-200。表1中“高温定向脱胶”方法采用中国发明专利“高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法”(申请号201810126657.0)，碱浓度8wt％。

由表1中的实验结果可以看出：分子结构较大的季铵盐Fix900的脱胶效果明显优于分子较小的季铵盐Fix100，表现在：细度值低29.4％，长度高11.6％，强度高24.2％。造成这一现象的原因是：Fix900的分子较大，沿纤维径向外侧分布较多，内侧分布较少。在后续的碱脱胶过程中，受阳离子吸引，碱在纤维径向的分布也呈现外侧多、内侧分布少的特征。在脱胶过程中，纤维外侧的单细胞剥离效率高于内侧。脱胶后，纤维变细，但纤维内部的胶质去除少，结构未受损。因此，季铵盐的分子结构越大，定向脱胶的效果越好。与发明专利201810126657.0中的高温定向脱胶方法相比，季胺盐改性定向脱胶后的纤维各项指标更优，体现在：细度值低30％，强度高28.1％，强度变异系数低54.9％。这是因为：阳离子改性定向脱胶在液相中进行，脱胶均匀，更易控制。

实施例2

称取10g棉秆皮纤维，投入到200ml含1.2g阳离子改性剂、2g NaOH的阳离子改性整理液中。在60℃温度下反应50min。反应后的棉秸秆皮纤维分别经热水、冷水洗后，再用2g/L醋酸清洗，水洗至中性后室温下干燥待用。将干燥后的纤维在90℃下用400ml 10wt％的NaOH溶液脱胶120min。脱胶后的纤维在室温水中充分漂洗至中性，干燥后在罗拉式梳理机上梳理得到麻型色纺纤维，其性能见表1：

表2棉秆皮纤维阳离子改性定向脱胶效果

注：表2中采用两种阳离子改性剂：Fix900，环氧结构季铵盐，分子量 500-600；Fix100，环氧结构季铵盐，分子量150-200。棉秆皮纤维在阳离子改性或脱胶前先经过罗拉式梳理机梳理。表2中“高温定向脱胶”方法采用发明专利“高温定向脱胶制备纺织及复合材料用富木质素纤维的方法”(申请号 201810126657.0)。

由表2中的实验数据可以看出：分子结构较大的季铵盐Fix900的实施效果明显优于分子较小的Fix100，具体体现在：细度值减小15.4％，断裂强度高 11.1％。这是因为分子结构较大的季铵盐沿纤维径向分布时，外侧浓度高、内侧浓度低的特点更显著。受阳离子吸引，碱在纤维径向的分布也呈现外侧多、内侧分布少的特征。因此，在碱脱胶过程中，外侧单细胞的剥离效率远高于内侧。由于脱胶后纤维内侧的结构未受损，纤维强度更高。与高温定向脱胶(发明专利201810126657.0)相比，阳离子改性定向脱胶在液相中完成，均匀性好、更易控制，得到的纤维品质更优，表现为：细度值小13.3％，强度变异系数低 52.8％。

本发明使用分子较大、含环氧结构的季铵盐阳离子化合物处理麻型纤维，利用此季铵盐分子结构较大，不易渗透，在纤维束径向外侧分布多、内侧分布少的特点，使碱分子被季铵盐阳离子吸引后能沿纤维束径向梯度分布，实现麻型纤维定向脱胶，最终获得细度好、强度高的纤维。

如果不采用阳离子改性剂，体积小的碱分子会快速渗透至纤维内部，脱胶反应会在纤维内外部同时进行，虽然也能获得细纤维，但强度损失严重；如果采用不含环氧结构的季胺盐，此季胺盐分子不能固定在纤维大分子上，在步骤 (2)和(3)的水洗、脱胶过程中很容易从纤维上脱落，因而不能吸附碱分子在纤维径向形成定向分布；如果含环氧结构的季铵盐阳离子化合物分子量太小，会和碱分子一样在纤维内外侧均匀分布，起不到定向效果。实施本方案后，定向脱胶的操控性显著增强，纤维品质显著改善，具体体现在：以黄麻为例，在90℃脱胶120min后，纤维细度从35.2dtex降至16.8dtex，减小了52.2％；但脱胶后的纤维强度仍保持在4.2cN/dtex的高水平。此外，脱胶过程在液相进行，不需考虑碱液与纤维接触的均匀性问题，操作步骤和条件都比较简单。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）麻型纤维阳离子化改性：称取一定量未处理麻型纤维，按浴比为1:20的比例配置改性整理液，60℃下改性反应50min；

其中，改性整理液中，阳离子改性剂按照4-12% o.w.f的比例添加，NaOH的浓度为4-16g/L，以自来水定容；

（2）水洗干燥：将步骤（1）中改性后的麻型纤维依次经热水、冷水洗后，再用2g/L醋酸清洗，去除未反应的阳离子改性剂和多余的NaOH，水洗至中性后室温下干燥待用；

（3）常压碱脱胶：将步骤（2）中水洗干燥后的麻型纤维用NaOH溶液脱胶120min，浴比1：20-1:60；

（4）清洗干燥：将步骤（3）中脱胶后的麻型纤维在室温水中充分漂洗至中性，干燥待用；

（5）梳理：将干燥后的麻型纤维在罗拉式梳理机中梳理后得到细纤维；

步骤（1）中的麻型纤维包括：麻类纤维和秸秆韧皮纤维，其中，所述麻类纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、大麻、罗布麻，所述秸秆韧皮纤维包括棉秆皮纤维、椰壳纤维；

步骤（1）中的阳离子改性剂选用分子量为150-1200的含环氧结构的季铵盐阳离子化合物；

改性反应式如下：

。

2.根据权利要求1所述的基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，其特征在于，步骤（3）中脱胶温度为50℃-100℃。

3.根据权利要求1或2所述的基于阳离子化改性的麻型色纺纤维定向脱胶方法，其特征在于，步骤（3）中所用NaOH溶液的浓度为2 wt%-16wt%。

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