一種晶變改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶變改性方法，特別是涉及一種紡織材料的晶變改性方法，是將被改性材料置于密閉容器中，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)，即獲得晶變改性材料。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案的優(yōu)點如下：1、適用范圍廣，不僅能改性棉纖維及全部麻類纖維等天然纖維，還可改性粘膠纖維。2、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。3、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】一種晶變改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶變改性方法，特別是涉及一種紡織材料的晶變改性方法，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間后瞬間釋放壓力的紡織材料晶變改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]棉纖維細(xì)長柔軟，吸濕性好，耐強(qiáng)堿，耐有機(jī)溶劑，耐漂白劑以及隔熱耐熱，是最大宗的天然纖維。但其彈性和彈性恢復(fù)性較差，易發(fā)霉、易然。麻類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高剛性纖維，尤其以苧麻、黃麻、漢麻、劍麻、菠蘿麻等最具代表性。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，但也存在堅硬、發(fā)皺、縮水、難紡、難織、難染等缺陷，導(dǎo)致高硬麻類纖維絕大多數(shù)只能做低附加值的低級產(chǎn)品。
[0003]粘膠纖維手感柔軟光澤好，吸濕性、透氣性和染色性能良好，但由于彈性較差、織物易褶皺且不易恢復(fù)等弱點制約了它的發(fā)展。
[0004]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。生物改性方法主要利用生物酶對纖維進(jìn)行脫膠、拋光等處理。
[0005]現(xiàn)在國內(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，但堿絲光改性的殘留堿液不易去除且還會導(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)的方法僅對棉和麻類纖維中楊氏模量小、硬度低的纖維有一定效果，但該方法只有一次改性，溶脹不徹底、結(jié)晶度降低不明顯、柔軟性能沒有得到明顯改善。并且，現(xiàn)有技術(shù)對苧麻、黃麻、漢麻、劍麻等高硬纖維效果甚微。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種晶變改性方法，特別是提供一種紡織材料的晶變改性方法，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間后瞬間釋放壓力的紡織材料晶變改性方法。
[0007]本發(fā)明的一種晶變改性方法，是將被改性材料置于密閉容器中，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)，即獲得晶變改性材料。其原理是:將被改性材料置于密閉容器中，該密閉容器可以在高壓下動密封和負(fù)壓下動密封，并且零泄漏。通過壓力平衡充液和非平衡調(diào)速充液，可調(diào)節(jié)充入密閉容器中改性介質(zhì)的流量、時間和溫度，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)；同時調(diào)節(jié)充液的間歇時間和改性壓力的保壓時間；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，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)方法去除材料中的改性介質(zhì)即完成了所述的晶變改性方法。針對不同剛度、不同組成成分的纖維，調(diào)節(jié)纖維晶格結(jié)構(gòu)一次調(diào)控和二次調(diào)控的相關(guān)參數(shù)，即可實現(xiàn)所述的晶變改性。晶變改性后材料具有柔軟性能優(yōu)良、防皺抗縮、耐久蓬松，大幅提高了纖維的紡、織、染性能，成為卓越的新紡材。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0009]如上所述的一種晶變改性方法，所述被改性材料為纖維、紗線或織物；
[0010]所述纖維為天然纖維或粘膠纖維；所述天然纖維為棉纖維、亞麻纖維、苧麻纖維、黃麻纖維、洋麻纖維、菠蘿麻纖維、劍麻纖維、漢麻纖維、青麻纖維、槿麻纖維、蕉麻纖維或椰麻纖維；所述粘膠纖維主要為普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維或高強(qiáng)力粘膠纖維；
[0011]所述紗線為天然纖維和/或粘膠纖維紡成的紗線；為天然纖維純紡紗線、天然纖維混紡紗線、粘膠纖維純紡紗線、粘膠纖維混紡紗線或天然纖維與粘膠纖維的混紡紗線；
[0012]所述織物為所述紗線和/或所述粘膠纖維織成的織物。
[0013]如上所述的一種晶變改性方法，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)方法去除材料中的改性介質(zhì)即完成了所述的晶變改性。采用所述的晶變改性方法，可使晶變改性材料的微觀晶格與所述被改性材料的微觀晶格相比，孔隙增大8?20%，結(jié)晶度減小10?30% ;所述晶變改性材料與所述被改性材料相比，上染率提高15?50%，色牢度提高12?25%。
[0014]如上所述的一種晶變改性方法，改性介質(zhì)為液氨；改性介質(zhì)需具備如下三點特征:I)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特征。
[0015]如上所述的一種晶變改性方法，改性壓力瞬間釋放，瞬間產(chǎn)生高壓力差，可以大幅提高改性介質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，使被改性材料產(chǎn)生充分溶脹，是晶變改性的關(guān)鍵工藝過程。對不同的被改性材料，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。對棉纖維和粘膠纖維，改性壓力需要大于等于0.5MPa，會達(dá)到1.2MPa。對于亞麻纖維、苧麻纖維，改性壓力需要大于等于1.2MPa，會達(dá)到4MPa。對于黃麻、漢麻、劍麻、菠蘿麻、槿麻等楊氏模量大的高硬纖維，要獲得良好改性效果，改性壓力需要大于等于4MPa，會達(dá)到9MPa。因此所述改性壓力應(yīng)為P=0.5?9MPa。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。[0016]如上所述的一種晶變改性方法，為了規(guī)范工藝標(biāo)準(zhǔn)，所述壓力是指絕對壓力。
[0017]如上所述的一種晶變改性方法，對楊氏模量大的高硬纖維，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%的時間愈短愈好，對棉纖維和粘膠纖維等較柔軟纖維，釋放壓力的瞬間小于等于5.0秒即可，而目前物理上能實現(xiàn)的上述釋放壓力瞬間僅能大于等于0.3秒，因此所述釋放壓力的瞬間為0.3秒-5.0秒，對應(yīng)的所述釋放壓力的降壓速率為0.1MPa/s-30MPa/s，對于黃麻、槿麻等高硬纖維，瞬間釋放壓力意味著“爆炸性釋放”壓力。
[0018]如上所述的一種晶變改性方法，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，對不同的纖維需采用不同的升壓過程，如變速升壓(線性升壓和拋物線升壓)和間隙升壓。線性升壓時，升壓速率k滿足關(guān)系式
【權(quán)利要求】
1.一種晶變改性方法，其特征是:將被改性材料置于密閉容器中，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)，即獲得晶變改性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述被改性材料為纖維、紗線或織物；所述纖維為天然纖維或粘膠纖維；所述天然纖維為棉纖維、亞麻纖維、苧麻纖維、黃麻纖維、洋麻纖維、菠蘿麻纖維、劍麻纖維、漢麻纖維、青麻纖維、槿麻纖維、蕉麻纖維或椰麻纖維；所述粘膠纖維主要為普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維或高強(qiáng)力粘膠纖維；所述紗線為天然纖維和/或粘膠纖維紡成的紗線；為天然纖維純紡紗線、天然纖維混紡紗線、粘膠纖維純紡紗線、粘膠纖維混紡紗線或天然纖維與粘膠纖維的混紡紗線；所述織物為所述紗線和/或所述粘膠纖維織成的織物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述晶變改性材料的微觀晶格與所述被改性材料的微觀晶格相比，孔隙增大8?20%，結(jié)晶度減小10?30% ;所述晶變改性材料與所述被改性材料相比，上染率提高15?50%，色牢度提高12?25%。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種晶變改性方法，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所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述改性壓力P為0.5?9MPa，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所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述壓力為絕對壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述瞬間是指0.3秒?5.0秒，所述釋放壓力的降壓速率為0.1MPa/s?30MPa/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶變改性方法，其特征在于，所述升壓為等速升壓、變速升壓或間隙升壓或其中兩種的組合；等速升壓時，升壓速率k為0.1MPa/min?0.5MPa/min中的一恒定值；所述變速升壓為線性升壓或拋物線升壓；(JP線性升壓時，升壓速率k滿足關(guān)系式k 二了二 t+koat(!]> I v拋物線升壓時，升壓速率k滿足關(guān)系式I = — = —I' +K ;其中t為升壓時間Aci為初始升壓速率，為0.5MPa/min?2.5MPa/min ；間隙升壓時，間隙時間為Imin?20min，每次間歇升壓時間為I?5min，升壓速率為0.5MPa/min ?2.5MPa/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶變改性方法，其特征在于，升壓后保持Imin?30min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶變改性方法，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)方法去除材料中的改性介質(zhì)。
【文檔編號】D06B5/16GK103437149SQ201310318104
【公開日】2013年12月11日 申請日期: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 申請人:東華大學(xué), 上海盟津光電科技有限公司