一種苧麻纖維的晶變改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種苧麻纖維的晶變改性方法，是將苧麻纖維置于密閉容器中，充入改性介質(zhì)，升壓至改性壓力，然后瞬間釋放壓力，去除改性介質(zhì)，即獲得晶變改性苧麻纖維。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)如下：1、通過改變晶格結(jié)構(gòu)來達(dá)到改性目的的，改性后的纖維克服其原有缺陷，孔隙增大、結(jié)晶度降低、纖維柔軟，提高了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性、柔軟性和染色性能等。2、采用瞬間釋放壓力的方法，使得改性后的纖維最大程度的膨脹，大幅提高了纖維的蓬松性和柔軟性，從而大幅提高了纖維的紡、織、染性能。
【專利說明】 一種苧麻纖維的晶變改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種苧麻纖維的晶變改性方法，具體地說是一種通過將改性介質(zhì)增壓到改性壓力并保壓一段時(shí)間后瞬間釋放壓力的苧麻纖維晶變改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]苧麻纖維是天然纖維中重要的紡織原料，是天然纖維中楊氏模量較大的纖維。其具有吸濕、透氣、散熱、抗菌、防霉、防輻射、強(qiáng)度高等優(yōu)越特性，但也存在堅(jiān)硬、發(fā)皺、縮水、難紡、難織、難染等缺陷，導(dǎo)致其服用性能差，不易做成高端紡織苧麻纖維，絕大多數(shù)是低附加值的產(chǎn)品。
[0003]為了改變上述現(xiàn)狀，已有很多種改性方法，如物理改性方法、化學(xué)改性方法和生物改性方法。物理改性方法主要包括放電技術(shù)改性、高壓蒸汽閃爆改性、超聲空化及微波輻照改性、液氨加工改性等?；瘜W(xué)改性方法主要包括纖維素酯類改性、纖維素醚類改性、纖維素接枝改性和纖維素交聯(lián)改性等。
[0004]現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的改性方法主要有液氨加工改性和堿絲光改性。液氨改性與堿絲光處理有著相似的效果，如天然卷曲消失、截面變圓、內(nèi)腔變小等特點(diǎn)，但堿絲光改性的殘留堿液不易去除且還會(huì)導(dǎo)致纖維融蝕和不均勻性，最主要的差別是液氨改性效果優(yōu)于堿絲光改性。國(guó)內(nèi)利用液氨作為改性介質(zhì)，在密閉容器中常規(guī)升壓一保壓一再回收纖維中改性介質(zhì)的方法對(duì)苧麻纖維有一定效果，但該方法只有一次改性，溶脹不徹底、結(jié)晶度降低不明顯、染色性能沒有得到明顯改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種苧麻纖維的晶變改性方法，具體地說是一種通過將改性介質(zhì)增壓到改性壓力并保壓一段時(shí)間后瞬間釋放壓力的苧麻纖維晶變改性方法。
[0006]本發(fā)明的一種苧麻纖維的晶變改性方法，是將苧麻纖維置于密閉容器中，充入改性介質(zhì)，升壓至改性壓力，然后瞬間釋放壓力，去除改性介質(zhì)，即獲得晶變改性苧麻纖維。其原理是:將苧麻纖維置于密閉容器中，該密閉容器可以在高壓下動(dòng)密封和負(fù)壓下動(dòng)密封，并且零泄漏。通過壓力平衡充液和非平衡等速充液，可調(diào)節(jié)充入密閉容器中改性介質(zhì)的流量、時(shí)間和溫度，從而調(diào)控改性的壓力、兩相界面及上述參數(shù)的變化速率，進(jìn)而調(diào)控液態(tài)介質(zhì)的滲透率、滲透速率及蒸發(fā)速率等工作參數(shù)；同時(shí)調(diào)節(jié)改性壓力的保壓時(shí)間；上述工藝可使改性介質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)提高，改性介質(zhì)較好的滲透到纖維組織中，重構(gòu)纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，改變了纖維的微觀結(jié)構(gòu)，加劇纖維素大分子鏈段運(yùn)動(dòng)，使纖維素分子間發(fā)生溶脹作用，孔隙增大，結(jié)晶度減小，實(shí)現(xiàn)了纖維晶格結(jié)構(gòu)的一次調(diào)控。再通過高速溢流，瞬間釋放密閉容器中大量液態(tài)改性介質(zhì)，在纖維組織內(nèi)部與外部瞬間產(chǎn)生巨大壓差，形成高速爆膨，使改性介質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)大幅提高，完全重構(gòu)了纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，纖維素分子間溶脹作用更徹底，孔隙增大明顯，結(jié)晶度顯著降低，實(shí)現(xiàn)了纖維晶格結(jié)構(gòu)的二次調(diào)控。最后采用加熱和抽真空并行的蒸發(fā)方法去除苧麻纖維中的改性介質(zhì)即完成了所述的晶變改性方法。晶變改性后苧麻纖維具有柔軟性能優(yōu)良、防皺抗縮、耐久蓬松，大幅提高了纖維的紡、織、染性能，成為卓越的天然纖維新紡材。
[0007]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0008]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，所述苧麻纖維的長(zhǎng)度為50?650mm，細(xì)度為0.4?0.92tex。
[0009]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，通過兩次重構(gòu)纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了纖維晶格結(jié)構(gòu)的二次調(diào)控，使纖維素分子間溶脹作用更徹底，孔隙明顯增大，結(jié)晶度明顯降低，上染率提高，色牢度提高，最后采用加熱和抽真空并行的蒸發(fā)方法去除苧麻纖維中的改性介質(zhì)即完成了所述的晶變改性。采用所述的晶變改性方法，可使晶變改性苧麻纖維的微觀晶格與所述苧麻纖維的微觀晶格相比，孔隙增大11%?16%，結(jié)晶度減小20%?25% ;所述晶變改性苧麻纖維與所述苧麻纖維相比，上染率提高25%?33%，色牢度提高 17% ?21%。
[0010]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，改性介質(zhì)為液氨；改性介質(zhì)需具備如下三點(diǎn)特征:1)具有優(yōu)良的擴(kuò)散性；2)能與纖維素間形成大量的氫鍵，重構(gòu)纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，提高纖維素的溶脹性能；3)易于相變調(diào)控，便于改性介質(zhì)蒸發(fā)與回收。而液氨具有分子量小、粘性小、表面張力小、易于相變等特殊的物理性質(zhì)，這些特殊性質(zhì)使得液氨滿足上述三個(gè)特征。
[0011]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，改性壓力瞬間釋放，瞬間產(chǎn)生較大壓力差，可以大幅提高改性介質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，使苧麻纖維產(chǎn)生充分溶脹，是晶變改性的關(guān)鍵工藝過程。對(duì)不同的苧麻纖維，要求的改性壓力不同，壓力釋放的快慢不同，瞬間產(chǎn)生的壓力差不同，在不提高改性壓力的前提下，要獲得盡可能高的釋放壓力差，應(yīng)使改性壓力降到負(fù)壓。對(duì)苧麻纖維，改性壓 力需要大于等于2MPa，會(huì)達(dá)到4MPa。因此所述改性壓力P應(yīng)為2?4MPa。為獲得盡可能高的釋放壓力差，應(yīng)使改性壓力降到負(fù)壓，因此改性壓力的瞬間釋放，要求改性壓力瞬間降到改性壓力的1%及以下。
[0012]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，為了規(guī)范工藝標(biāo)準(zhǔn)，所述壓力是指絕對(duì)壓力。
[0013]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，要獲得優(yōu)良的溶脹效果，要求壓力從改性壓力降到改性壓力的1%的時(shí)間小于等于2.0秒即可，在0.5秒?2秒為宜，因此所述釋放壓力的瞬間為0.5秒?2秒，對(duì)應(yīng)的所述釋放壓力的降壓速率為2MPa/s?8MPa/s。
[0014]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，為獲得改性介質(zhì)良好的擴(kuò)散性及最佳改性效果，且改性過程能量消耗最小，需要調(diào)控充液過程中氨液的流量、時(shí)間和溫度，達(dá)到調(diào)控壓力的目的，進(jìn)而調(diào)控介質(zhì)滲透率、滲透速率、蒸發(fā)率、蒸發(fā)速率和相變過程。而升壓過程是最重要的影響因素之一，對(duì)不同的纖維需采用不同的升壓過程，大量試驗(yàn)表明:苧麻纖


JP
維適合用線性升壓，升壓速率k滿足關(guān)系式& = = / +舡，其中t為升壓時(shí)間,1?為初始升



at
壓速率；對(duì)于苧麻纖維，初始升壓速率1?不小于0.5MPa/min,會(huì)達(dá)到1.5MPa/min,因此所述初始升壓速率kQ在0.5MPa/min?1.5MPa/min范圍內(nèi)。
[0015]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，在改性過程中，升壓后保壓一段時(shí)間是為了使改性介質(zhì)能更充分的滲透到纖維組織結(jié)構(gòu)中，更好的完成纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。這一過程對(duì)所有纖維的晶變改性都是必要的。對(duì)苧麻纖維，升壓后保壓5min以上即可，保壓時(shí)間在5?15min為宜，因此所述升壓后保壓時(shí)間為5?15min。
[0016]如上所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，在纖維的纖維素分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)兩次重構(gòu)后，去除改性介質(zhì)是必不可少的工藝過程，該過程并不影響纖維的晶格結(jié)構(gòu)，但如何高效率、低能耗、無污染、零排放的完成該過程是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，這將直接影響晶變改性方法的生命力，關(guān)于如何高效率、低能耗、無污染、零排放的完成該過程將再另案撰寫系列專利表述。本案中所述去除改性介質(zhì)為采用加熱和抽真空并行的蒸發(fā)方法去除苧麻纖維中的改性介質(zhì)。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0019]1.本發(fā)明是通過改變晶體結(jié)構(gòu)來達(dá)到改性目的的。改性后的纖維克服其原有缺陷，孔隙增大、結(jié)晶度降低、纖維柔軟，提高了產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性、柔軟性、勻染性和染色性倉泛.。
[0020]2.本發(fā)明采用瞬間釋放壓力的方法，使得改性后的纖維最大程度的溶脹閃爆，柔軟性能優(yōu)良、防皺抗縮、耐久蓬松，大幅提高了纖維的紡、織、染性能，成為卓越的天然纖維新紡材。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改 ，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種苧麻纖維的晶變改性方法，將長(zhǎng)度為50mm、細(xì)度為0.4tex的苧麻纖維置于密







///>
閉容器中，充入液氨，按線性升壓方式升壓，升壓速率k滿足關(guān)系式I = — = r + k初始升




dt
壓速率kQ為0.5MPa/min,升壓至改性壓力2Mpa，保壓5min，然后在2秒內(nèi)以2MPa/s的降壓速率瞬間釋放至0.002Mpa。然后采用加熱與真空泵抽真空并行的蒸發(fā)方法去除改性介質(zhì)，直至密閉容器中壓力降為133Pa，此時(shí)即獲得晶變改性苧麻纖維。所述晶變改性苧麻纖維的微觀晶格與所述苧麻纖維的微觀晶格相比，孔隙增大11%，結(jié)晶度減小20% ;所述晶變改性苧麻纖維與所述苧麻纖維相比，上染率提高25%，色牢度提高17%。
[0024]實(shí)施例2
[0025]一種苧麻纖維的晶變改性方法，將長(zhǎng)度為200mm、細(xì)度為0.6tex的苧麻纖維置于



dP
密閉容器中，充入液氨，按線性升壓方式升壓，升壓速率k滿足關(guān)系式& =I7 = t + K,初始





at
升壓速率1?為0.8MPa/min,升壓至改性壓力3Mpa，保壓8min，然后在I秒內(nèi)以3MPa/s的降壓速率瞬間釋放至0.003Mpa。然后采用加熱與真空泵抽真空并行的蒸發(fā)方法去除改性介質(zhì)，直至密閉容器中壓力降為133Pa，此時(shí)即獲得晶變改性苧麻纖維。所述晶變改性苧麻纖維的微觀晶格與所述苧麻纖維的微觀晶格相比，孔隙增大12%，結(jié)晶度減小21% ;所述晶變改性苧麻纖維與所述苧麻纖維相比，上染率提高25%，色牢度提高18%。
[0026]實(shí)施例3
[0027]一種苧麻纖維的晶變改性方法，將長(zhǎng)度為500_、細(xì)度為0.8tex的苧麻纖維置于
密閉容器中，充入液氨，按線性升壓方式升壓，升壓速率k滿足關(guān)系式
【權(quán)利要求】
1.一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于:將苧麻纖維置于密閉容器中，充入改性介質(zhì)，升壓至改性壓力，然后瞬間釋放壓力，去除改性介質(zhì)，即獲得晶變改性苧麻纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述苧麻纖維的長(zhǎng)度為50-650mm,細(xì)度為0.4-0.92tex。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述晶變改性苧麻纖維的微觀晶格與所述苧麻纖維的微觀晶格相比，孔隙增大11%-16%，結(jié)晶度減小20%-25% ;所述晶變改性苧麻纖維與所述苧麻纖維相比，上染率提高25%-33%，色牢度提高 17% -21%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述改性介質(zhì)為液氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述改性壓力P為2-4MPa，所述瞬間釋放壓力是指壓力瞬間降到所述改性壓力的1%及以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述壓力為絕對(duì)壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述瞬間是指0.5秒-2秒，所述釋放壓力的降壓速率為2MPa/s-8MPa/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述升壓為線

性升壓，升壓速率k滿足關(guān)系式 ，其中t為升壓時(shí)間，1?為初始升壓速率


在 0.5MPa/min -1.5MPa/min 范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，升壓后保持5min -15min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種苧麻纖維的晶變改性方法，其特征在于，所述去除改性介質(zhì)為采用加熱和抽真空并行的蒸發(fā)方法去除苧麻纖維中的改性介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】D06B15/00GK103437097SQ201310320605
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】孫以澤, 孟婥, 黃雙, 孫志軍 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 上海盟津光電科技有限公司