CN116876200A - 一种改性亚麻纤维及其制备与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于纤维材料制备技术领域，具体公开一种改性亚麻纤维及其制备与应用。该改性亚麻纤维由亚麻纤维经液氨处理、润滑油浸泡后，与聚氨酯树脂混合，加热固化制得，且改性亚麻纤维表面包覆有油膜。本发明改性亚麻纤维耐久蓬松，尺寸稳定性高，具有较好的防缩抗皱性，柔软度高，弹性和吸湿性好，且改性亚麻纤维制备方法操作简单，便于控制，成本低廉，适用于工业化生产，制备过程中能够避免纤维素Ⅲ发生重结晶，制备的改性亚麻纤维性能优异，有利于亚麻高档化的发展。

Description

一种改性亚麻纤维及其制备与应用

技术领域

本申请涉及纤维材料制备技术领域，特别涉及一种改性亚麻纤维及其制备与应用。

背景技术

亚麻纤维是一种天然纤维素纤维，由纤维素、木质素、果胶质、半纤维素、含氮物质、脂肪蜡质、灰分等化学物质织成。其纤维粗、刚性大、无天然卷曲，由于它内部的非常构造，从而使业麻织物具有吸湿透气、抗霉抑菌、滑爽、穿着舒适等优良特性，是制作男女制服、夹克衫、休闲装的理想布料，也是新世纪人们理想的天然绿色环保面料品，同时因其具有古朴典雅的风格和保健功能而探受消费者青睐。目前，亚麻已广泛应用于家纺产品的生产。亚麻产品系列呈多元化发展，亚麻制品已经不局限于亚麻纱、布、凉席，而是步入多元化阶段，例如，亚麻枕席、亚麻床罩、亚麻窗帘、亚麻台布、亚麻靠垫、颈枕、挂毯等家纺产品。亚麻制作的家用植物不仅清洗方便而且风格独特。

亚麻纤维具有吸湿性优良、静电小、保暖性强、抗腐耐热等优点，但是，亚麻纤维也存在坚硬、易皱、缩水、难纺、难织、难染等缺陷，导致其服用性能差，不易做成高端纺织亚麻纤维。

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。

目前，国内外已经形成产业化生产的亚麻纤维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。现有研究表明烧碱丝光处理能够消除前处理折痕，提高亚麻织物的染色深度和艳度等。液氨处理能够提高麻织物的折皱回复角、尺寸稳定性以及免烫指数等服用性能。但是，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。

液氨处理对亚麻具有消晶作用，且会引起纤维素晶型结构的变化，使纤维素I转变为纤维素Ⅲ，结晶度降低，无定形区增加，但这种变化是可逆的，纤维素Ⅲ具有不稳定性，水洗去氨处理会引起纤维素Ⅲ的重结晶而又转化生成纤维素I。液氨对纤维进行膨化作用，液氨作用形成氢键合成物，在氨中的氮原子因存在着未共享的电子对，因此能与纤维素中的羟基进行作用，结果以OH-N取代OH-O而形成润膨合成物，当用水把氨去除时，此合成物便被分解。当液氨试剂被去除时，纤维素I便会发生点阵的变化。亚麻纤维素系天然高聚物，具有结晶结构，晶体的特点使其微观的有序性，即结构单元在空间的排列具有三维长程有序点阵结构。经液氨处理后，亚麻纤维的结晶度等衍射特性发生明显的变化，结晶度下降，无定形区增加，纤维素I转变为低温变体纤维素Ⅲ。而热水去氨后，使纤维素Ⅲ又大部分转化成纤维素I，使结晶度向初始状态恢复，进而降低液氨改性亚麻纤维的柔软度、吸湿性、染料吸着性等性能。因此，在亚麻纤维的液氨改性处理工艺中,对纤维去除残留液氨的处理是至关重要的环节,它决定了纤维改性后性能的好坏。

现有研究提供一种亚麻纤维的晶变改性方法，将亚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，即获得晶变改性亚麻纤维。该方法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。该方法采用加热和抽真空并行的蒸发方式去除亚麻纤维中的液氨，能防止纤维素Ⅲ的重结晶，但是该方法，需要调控充液过程中氨液的流量、时间和温度，控制升压过程，以及降压时间等，改性方法不易控制，且不同纤度、长度的亚麻纤维均对应不同的升压速率，普适性较低，每次改性均需计算升压速率，操作繁琐。

因此，如果能提供一种改性亚麻纤维及其制备方法，能够在不损伤纤维的基础上降低纤维结晶度，避免纤维素Ⅲ重结晶等不利情况发生，获得较好的尺寸稳定性，防缩抗皱，耐久性好等效果，且制备方法简单易控，则更利于亚麻纤维在纺织品领域的发展。

发明内容

有鉴于上述现有技术的缺点，本发明提供一种改性亚麻纤维及其制备与应用，以解决现有技术中存在的亚麻纤维结晶度高，使其织物手感差、有刺痒感、尺寸稳定性差且抗皱性差；经液氨处理后易发生重结晶等不利情况；改性方法复杂，不易控制等问题。

为实现上述目的及相关目的，本发明第一方面提供一种改性亚麻纤维，该改性亚麻纤维由亚麻纤维经液氨处理、润滑油浸泡后，与聚氨酯树脂混合，加热固化制得，且改性亚麻纤维表面包覆有油膜。

于本申请的一实施例中，润滑油包括硅油和烃类润滑油。

本发明第二方面提供一种改性亚麻纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)液氨处理：将预烘后的亚麻纤维置于液氨中，进行浸轧；

(2)吸附处理：将润滑油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维混合，静置，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂混合，加热，保温，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

根据上述技术手段，本发明通过预烘烘干亚麻纤维，降低亚麻纤维的含潮率，避免亚麻纤维含潮率不一致，从而提高液氨处理效果。本发明通过高温将亚麻纤维中的液氨气化烘干，液氨以蒸汽和氨的混合物的形式被带走，达到液氨处理的目的，同时避免热水去氨，避免纤维素Ⅲ重结晶。

于本申请的一实施例中，步骤(2)中润滑油包括硅油和烃类润滑油。

于本申请的一实施例中，步骤(2)中润滑油与液氨处理后的亚麻纤维的质量比为(5～15)：(1～2)；静置时间为15～30min。

于本申请的一实施例中，步骤(3)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂的质量比为(1～2)：(5～10)。

于本申请的一实施例中，步骤(3)中加热的升温速率为3～8℃/min，加热至80～100℃。

于本申请的一实施例中，步骤(3)中保温时间为20～50min。

于本申请的一实施例中，步骤(1)中亚麻纤维预烘后，风冷冷却。

根据上述技术手段，本发明通过风冷冷却能够迅速使高温的亚麻纤维冷却，使其浸渍于液氨中时，温度较低，达到更好的液氨处理效果。

本发明第三方面提供一种如上所述的改性亚麻纤维或如上所述的改性亚麻纤维的制备方法制备的改性亚麻纤维在单纱或织物中的应用。

本发明的有益技术效果在于：

亚麻纤维因其微观表面有条痕和裂痕，结晶度高，使得其织物光泽感差、手感差、有刺痒感，难以满足消费者的要求，也制约了亚麻高档化的发展。

本发明首先对亚麻纤维进行预烘，降低亚麻纤维的含潮率，烘干后风冷以迅速使高温的亚麻纤维冷却，使其置于液氨中时，温度较低，以达到更好的液氨处理效果。本发明使用液氨浸轧亚麻纤维，使氨分子能够在极短的时间内渗透到亚麻纤维原纤内部，对纤维进行膨化作用，减少了纤维内基原纤或微原纤相互间的孔穴，促进了微原纤单元间横向氢键的交联，增加了纤维材料的弹性，并降低结晶度，增加亚麻纤维的无定形区，从而提高亚麻纤维的上染率，柔软性，润肤性。

本发明将液氨处理后的亚麻纤维浸渍于润滑油中，固液分离得到含油亚麻纤维，并使用热反应性的水性聚氨酯树脂与含油亚麻纤维混合进行热固化，在亚麻纤维表面铺展成一定厚度的润滑油膜。热反应性的水性聚氨酯树脂常作为纺织整理剂，具有较好的成膜性和弹性，可赋予织物一定的抗皱性；其主要用途包括麻织物的防皱、防缩、尺寸稳定和弹力加工等，其能够与氨基硅油等并用助剂反应，从而在纤维上形成网状立体结构的高分子膜，可持久的赋予纤维各种后整理功能，例如，赋予织物优良的柔软度、丰满感、耐洗、耐磨、爽滑、手感好等；其可以用于制造服装、雨衣、帐篷、被子、枕套等家用纺织品。因此，本发明利用聚氨酯树脂与含油亚麻纤维进行反应，赋予亚麻纤维多种后整理功能。此外，本发明避免使用热水去氨，而使用加热蒸发去氨，防止氨纤维素合成物又转化成纤维素I；在热固化过程中，含油亚麻纤维中残留的液氨蒸发，达到同时去除残留液氨的目的，并且去氨过程中不会发生纤维素Ⅲ的重结晶，能够保持改性亚麻纤维的性能。

此外，本发明含油亚麻纤维能在聚氨酯树脂中构建网络结构，提高其抗压性能，有利于减小界面变形，同时，由于聚氨酯树脂对纤维的密封作用，润滑油被牢固地锁定在树脂基体中，具有良好的含油保持率，以保持改性亚麻纤维的性能，而在液氨丝光后亚麻纤维上包覆油膜，会进一步提升亚麻纤维的柔软度。并且，聚氨酯树脂作为成膜剂，能进一步调节亚麻纤维的手感丰满度、抗皱等性能。同时，在油膜的隔离作用下，本发明改性亚麻纤维多种后整理功能均具有持久性，在多次水洗后，仍保持较好的性能。

综上，本发明改性亚麻纤维耐久蓬松，尺寸稳定性高，具有较好的防缩抗皱性，柔软度高，弹性和吸湿性好。本发明改性亚麻纤维能够改善亚麻织物粗糙的手感和穿着刺痒感，提升整体柔软度，提升穿着舒适性。

本发明改性亚麻纤维制备方法操作简单，便于控制，成本低廉，适用于工业化生产，制备过程中能够避免纤维素Ⅲ发生重结晶，制备的改性亚麻纤维性能优异，有利于亚麻高档化的发展。

具体实施方式

除非另外定义，本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员的普遍理解相同的含义。应理解，本发明的某些特征(为清楚起见，在分开的实施方式的环境中被描述)也可以在单一的实施方式中被组合提供。相反，本发明的多个特征(为简洁起见，在单一的实施方式的环境中被描述)也可以被分开地或以任何合适的组合或在适合时在本发明的任何其它描述的实施方式中提供。在各种实施方式的环境中描述的某些特征将不被认为是那些实施方式的必需特征，除非该实施方式在没有那些要素的情况下是不可操作的。以下通过特定的具体实例对本发明进行进一步的说明，但需要指出的是本发明的实施例中所描述的具体的工艺条件及结果等仅用于说明本发明，并不能以此限制本发明的保护范围，凡是根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围内。

本发明提供一种改性亚麻纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)液氨处理：将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧1～5min；

(2)吸附处理：将润滑油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维混合，于室温下静置15～30min，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；其中，润滑油包括硅油和烃类润滑油，润滑油与液氨处理后的亚麻纤维的质量比为(5～15)：(1～2)；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂混合，加热，保温20～50min，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维，其中，含油亚麻纤维与聚氨酯树脂的质量比为(1～2)：(5～10)，以3～8℃/min的升温速率加热至80～100℃。

本发明还提供一种改性亚麻纤维，该改性亚麻纤维由亚麻纤维经液氨处理、润滑油浸泡后，与聚氨酯树脂混合，加热固化制得，且改性亚麻纤维表面包覆有油膜。润滑油包括硅油和烃类润滑油。

本发明还提供一种如上所述的改性亚麻纤维或如上所述的改性亚麻纤维的制备方法制备的改性亚麻纤维在单纱或织物中的应用。

下面通过具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

(1)液氨处理：将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧1.5min；

(2)吸附处理：将硅油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维以质量比为的5：1的比例混合，于室温下静置20min，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂以质量比为1：5的比例混合，以5℃/min的升温速率加热至80℃，保温30min，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

实施例2

(1)液氨处理：将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧1min；

(2)吸附处理：将硅油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维以质量比为的6：1的比例混合，于室温下静置25min，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂以质量比为1：6的比例混合，以5℃/min的升温速率加热至90℃，保温30min，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

实施例3

(1)液氨处理：将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧1.5min；

(2)吸附处理：将氨基硅油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维以质量比为的5：1的比例混合，于室温下静置20min，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂以质量比为1：5的比例混合，以5℃/min的升温速率加热至80℃，保温30min，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

实施例4

(1)液氨处理：将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧2min；

(2)吸附处理：将硅油与步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维以质量比为的8：1的比例混合，于室温下静置30min，使润滑油吸附在液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂以质量比为1：5的比例混合，以8℃/min的升温速率加热至100℃，保温30min，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

对比例1

将亚麻纤维置于液氨中，处理1.5min，70℃热水洗5min，洗2次，温水洗，1g/L盐酸中和处理5min，充分水洗至中性，晾干，得到改性亚麻纤维。

对比例2

将亚麻纤维通过烘干筒进行初步烘干，将预烘后的亚麻纤维通过风机进行吹风冷却，风冷后置于液氨中，进行浸轧1.5min；

将经液氨处理后的亚麻纤维与聚氨酯树脂以质量比为1：5的比例混合，加入氯化镁和硝酸铝作为协合催化剂，聚氨酯树脂的质量浓度为100g/L，催化剂质量浓度为15g/L，在160℃下焙烘3min，得到改性亚麻纤维。

性能测试

抗皱性：将实施例1～4以及对比例1～2制备的改性亚麻纤维制成织物，作为测试样品。将实施例1～4以及对比例1～2制备的测试样品进行水洗20次后折皱回复角测试，并计算折皱回复角，测试结果如表1所示。

柔软度：将实施例1～4以及对比例1～2制备的改性亚麻纤维制成织物，作为测试样品。将实施例1～4以及对比例1～2制备的测试样品根据AATCC 202-2014纺织品相对手感值的测定方法对其柔软度SF进行评级，评级结果如表2所示。

含油率：将实施例1～4制备的改性亚麻纤维进行含油率测试。测试方法为：通过高速离心机测试，称量前后质量差，甩油转速为3000r/min，测试时间为30min，称取样品质量并计算其含油量变化，测试结果如表3所示。

结晶度：将实施例1～4以及对比例1～2制备的改性亚麻纤维根据广角X衍射法进行纤维结晶度检测，并计算相较未改性亚麻纤维的结晶度下降率，测试结果如表4所示。

表1实施例1～4及对比例1～2制备的改性亚麻纤维的抗皱性测试结果

	初始折皱回复角	水洗20次后折皱回复角
			实施例1	263°	255°
实施例2	266°	257°
			实施例3	271°	263°
实施例4	259°	250°
			对比例1	231°	209°
对比例2	251°	231°

由表1可知，本发明制备方法制备的改性亚麻纤维在水洗20次后折皱回复角均>250°，相比对比例1～2，具有优异的抗皱性。本发明制备的改性亚麻纤维水洗20次折皱回复角没有明显的降低，最大降低率为3.47％。这是因为，本发明一方面通过液氨处理，提高亚麻纤维的折皱回复角，另一方面通过聚氨酯树脂处理，对亚麻纤维进行防皱整理，进一步提高其折皱回复角。而对比例1降低率为9.5％，对比例2降低率为7.9％。对比例2改性亚麻纤维中不含油膜，少了油膜的隔离的作用，因此，其抗皱耐久性相对降低。

表2实施例1～4及对比例1～2制备的改性亚麻纤维的柔软度测试结果

(注：等级越高代表织物柔软品质越好)

由表2可知，本发明制备方法制备的改性亚麻纤维的柔软度均为七级，相较于对比例1和对比例2柔软度显著提升。这是因为，本发明改性亚麻柔软度受三方面作用，一方面在液氨作用下改善柔软度，二方面在硅油等润滑油的作用下，提高亚麻纤维的柔顺性，让纤维束柔软，增加手感，三方面在聚氨酯树脂的柔软整理作用下，进一步调节亚麻纤维的手感丰满度和柔软度，因此，在综合作用下，本发明改性亚麻纤维具有优异的柔软度，且在油膜的作用下，本发明改性亚麻纤维经多次水洗后，仍保持丰满、柔软的手感。

表3实施例1～4制备的改性亚麻纤维的含油率测试结果

	含油率(％)	含油保持率(％)
			实施例1	13.42	100
实施例2	12.78	100
			实施例3	13.43	100
实施例4	12.62	100

由表3可知，本发明制备的改性亚麻纤维具有良好的含油率和含油保持率，这是因为，润滑油被牢固的锁定在聚氨酯树脂中。在油膜的作用下，本发明改性亚麻纤维具有后整理功能持久性，能够增加亚麻纤维的集束性，减少毛羽的产生，提高织造效率和质量，提高柔顺性，增加手感，抗静电。

表4实施例1～4和对比例1～2制备的改性亚麻纤维的结晶度下降率测试结果

	结晶度下降率(％)
		实施例1	25％
实施例2	22％
		实施例3	25％
实施例4	21％
		对比例1	11％
对比例2	18％

由表4可知，本发明制备的改性亚麻纤维的结晶度将较于未改性的亚麻纤维，有大幅度降低，因此，本发明改性亚麻纤维的柔软度、抗皱性更好。本发明制备方法能够有效防止去氨处理过程中纤维素Ⅲ发生重结晶。

综上所述，本发明改性亚麻纤维具有较好的防缩抗皱性，柔软度高。本发明改性亚麻纤维能够改善亚麻织物粗糙的手感和穿着刺痒感，提升整体柔软度，提升穿着舒适性。本发明改性亚麻纤维制备方法操作简单，便于控制，成本低廉，适用于工业化生产，制备的改性亚麻纤维性能优异，且具有可持久性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种改性亚麻纤维，其特征在于，所述改性亚麻纤维由亚麻纤维经液氨处理、润滑油浸泡后，与聚氨酯树脂混合，加热固化制得，且所述改性亚麻纤维表面包覆有油膜。

2.根据权利要求1所述的改性亚麻纤维，其特征在于，所述润滑油包括硅油和烃类润滑油。

3.一种改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)液氨处理：将预烘后的亚麻纤维置于液氨中，进行浸轧；

(2)吸附处理：将润滑油与所述步骤(1)中经液氨处理后的亚麻纤维混合，静置，使所述润滑油吸附在所述液氨处理后的亚麻纤维中，得到含油亚麻纤维；

(3)成膜：将所述步骤(2)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂混合，加热，保温，得到表面包覆油膜的改性亚麻纤维。

4.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中润滑油包括硅油和烃类润滑油。

5.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中润滑油与液氨处理后的亚麻纤维的质量比为(5～15)：(1～2)；静置时间为15～30min。

6.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中含油亚麻纤维与聚氨酯树脂的质量比为(1～2)：(5～10)。

7.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热的升温速率为3～8℃/min，加热至80～100℃。

8.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中保温时间为20～50min。

9.根据权利要求3所述的改性亚麻纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中亚麻纤维预烘后，风冷冷却。

10.一种权利要求1～2任一项所述的改性亚麻纤维或权利要求3～9任一项所述的改性亚麻纤维的制备方法制备的改性亚麻纤维在单纱或织物中的应用。