可用来控制纤维材料的官能化。
[005引照射W提高分子量
[0053]可在织物制造的任意期望阶段施加电离福射，W提高纤维素纤维的分子量。可在 例如形成将构成织物的纤维或长丝之后，在形成纱线期间或之后，W及在缠结、针织或编织 纤维W形成织物之前、期间或之后施加电离福射W提高分子量。替代地，或者附加地，可将 福射施加于成品织物或由该织物制成的产品例如衣服。在一些实施方案中，在制造过程期 间的不止一个时间点施加福射。
[0054] 例如，参照图1，可在纱线形成期间或之后或在纤维或纱线的任意任选处理例如卷 边(crimping)、拉伸(化awing)、膨胀(bulking)等期间或之后将福射施加于纤维素纤维。
[0055] 也可W在非纺织成形步骤例如梳理（carding)、缠结W及其它处理步骤例如横撑 支托(needling)或施加粘结料、背衬(backing)等期间施加福射。在编织或针织布的情况 下，可在针织或编织期间或之后和/或在任意另外的处理例如起绒（napping)、剪切 (shearing)、拉绒(velouring)等期间或之后施加福射。对于无纺布和针织或编织布两者， 可将福射施加于成品织物或由该织物制成的物品例如衣服。通常优选的是，在照射期间纤 维、纱线或布处于相对较干的状态下。不希望局限于理论，相信照射处于相对较干的状态下 的材料有助于防止纤维素材料的断链。例如，水分含量可小于约7.5%，例如小于5%、4%、 3%、2%、1.5%或1%。在一些情况下，水分含量可在2%至6%的范围内。
[0056]如下面将进一步详细讨论的，可W便于有利地影响成品织物内和/或其表面上存 在的官能团的方式将福射施加于该织物。 巧化7]照射W影响材料的官能团
[0058]在用一种或多种电离福射(例如光子福射(例如X射线或丫射线）、电子束福射或者 用带正电或负电的比电子重的粒子(例如质子或碳离子)的照射)处理后，本文中所述的任 何含碳水化合物材料或混合物发生电离；即它们W可检测(例如用电子自旋共振光谱仪)的 水平包含游离基。在电离之后，可W使离子化的任何材料泽火W降低离子化材料中的游离 基的水平，例如使得游离基不再可用电子自旋共振光谱仪检测到。例如，可W通过向离子化 材料施加足够的压力和/或将离子化材料与和游离基反应(泽火)的流体例如气体或液体接 触而将游离基泽火。可W使用多种气体(例如氮气或氧气)或者液体W至少帮助游离基的泽 火，W及将离子化材料用期望的官能团官能化。因而，照射然后泽火可W用于提供具有期望 的官能团的材料，所述官能团包括例如W下的一种或多种:醒基、締醇基、亚硝基、腊基、硝 基、酬基、氨基、烷基氨基、烷基、氯代烷基、氯氣烷基和/或簇酸基团。运些基团提高它们所 存在的材料区域的亲水性。在一些实施方案中，在诸如染色和上浆的处理步骤之前或之后 对材料照射并泽火，W影响材料中和/或表面上的官能团，从而影响材料的性能例如材料表 面对胶料、染料、涂料等的吸收性，W及胶料、染料、涂料等对材料的附着。
[0059]官能化也可W有利地改变织物的电荷密度。在运某些应用中可W是有利的，例如 当将经照射的带电纤维用于过滤材料例如空气过滤器，例如肥PA过滤器W及香烟过滤嘴中 时。在皿PA过滤器的情况下，纤维通常随机地沉积在垫子中，而在香烟过滤嘴的情况下，长 纤维通常布置成捆或或丝束。当颗粒通过带电纤维的垫子或丝束移动时，颗粒接触带电纤 维。运导致颗粒表面变得更加极化并被吸引到纤维表面上。结果，颗粒在与带电纤维的每次 碰撞中将失去更多的速度(惯性）。运可W使得具有带电纤维的过滤器可W捕获与具有相对 较高的纤维含量但仅仅是不带电颗粒的过滤器一样多的颗粒。过滤器中较少的纤维可W降 低成本并在过滤器中形成更开放的结构，在不降低过滤器效率的情况下降低对气流的阻 力。
[0060] 在一些实施方案中，官能化可W增强水分的重新获得(根据ASTMD2495测量），例 如，相对于未处理的纤维素材料，织物的水分的重新获得可W提高至少5%、10%、25%、 50%、100%、250%或500%。水分的重新获得的运种提高在增强毛细作用、弯曲复原和抗静 电性方面会是重要的。
[0061 ] 官能化也可W增强纤维素纤维的功恢复(workrecoveiT)(根据ASTMD1774-94测 量），例如相对于未处理的纤维素材料提高至少5 %、10 %、25 %、50 %、100 %、250 %或 500%。纤维的功恢复可W影响由纤维素材料形成的布的抗皱性，功恢复的提高通常增强抗 皱性。
[0062]官能化也可W提高纤维素材料或者由纤维素材料形成的织物的分解溫度，例如提 高至少3、5、10或25°C。该分解溫度通过TGA在空气环境中测量，例如使用Institutefor InterconnectingandPackagingElechonicCircuits的IPC-TM-650,其参引ASTMD 618和D3850。
[0063]图3说明了通过用电离福射例如用足够能量的电子或离子将材料电离而对纤维材 料进行处理，W提供第一水平的游离基，从而改变纤维素纤维的分子和/或超分子结构。如 图3所示，如果离子化材料保持在大气中，它将被氧化，例如通过与大气氧的反应生成簇酸 基团。由于游离基可W在照射后"存活"一定的时间，例如长于1天、5天、30天、3个月、6个月 或者甚至长于1年，材料性质可W继续随着时间变化，运在一些情况下是不希望的。然而，在 一些情况下运可W是期望的，例如在过滤材料的情况下。在过滤材料中，游离基在长时间内 的存在可W提供延长的过滤器寿命。
[0064]通过电子自旋共振光谱检测经照射的样品中的游离基和运样的样品中的游离基 寿命在W下文献中讨论:Ba;rtolotta等人，陆ysicsinMedicineandBiology,46(2001)， 461-471，W及Bartolotta等人，RadiationProtectionDosimetiT，Vol. 84,Nos. 1-4， pp.293-296(1999)。如图3所示，可W将离子化材料泽火W使离子化材料官能化和/或稳定 化。
[0065]在一些实施方案中，泽火包括向离子化材料施加压力，例如通过材料的机械变形， 例如直接在一维、二维或=维上对材料进行机械压缩，或者向材料所浸没的流体施加压力， 例如等静压（isostaticpressing)。在运样的情况下，材料自身的变形使得经常束缚在结 晶相区中的游离基足够接近，W使得游离基可W复合或与另一基团反应。在一些情况下，压 力的施加与加热同时进行，例如热量足W将材料的溫度提高到离子化材料的组分(例如木 质素、纤维素或半纤维素）的烙点或软化点W上。加热可W改善材料中的分子流动性，运可 W有助于游离基的泽火。当使用压力进行泽火时，压力可W大于约1000 psi，例如大于约 1250psi、1450psi、3625psi、5075psi、7250psi、1000 Opsi，或者甚至大于ISOOOpsi。
[0066]在一些实施方案中，泽火包括使离子化材料与能够与游离基反应的流体如液体或 气体接触，例如气体，例如乙烘或乙烘在氮气中的混合物、乙締、氯代乙締或者氯氣代乙締、 丙締或者运些气体的混合物。在其它具体实施方案中，泽火包括使离子化材料与液体接触， 例如可溶解于离子化材料中或者至少能够渗透到离子化材料中并且与游离基反应的液体， 例如二締，例如1,5-环辛二締。在一些具体实施方案中，泽火包括使离子化材料与抗氧化剂 例如维生素E接触。如果需要，该材料可W包含分散于其中的抗氧化剂，并且泽火可W来自 于将分散于材料中的抗氧化剂与游离基接触。
[0067] 用于泽火的其它方法是可能的。例如，Muratoglu等人的美国专利申请公开 No. 2008/0067724和Muratoglu等人的美国专利No. 7，166，650中记载的用于泽火聚合物材 料中的游离基的任何方法可W用于泽火本文中记载的任何离子化材料，所述文献的全部内 容在此通过引用纳入本文中。此外，Muratoglu的任一文献中记载的任何泽火剂（在上述 Muratoglu的公开内容中称为"敏化剂"）和/或任何抗氧化剂可W用于泽火任何离子化材 料。
[0068]可W通过使用重带电离子(例如本文中记载的任何较重离子)增强官能化。例如， 如果希望增强氧化，可W将带电氧离子用于照射。如果期望氮官能团，可W使用氮离子或者 包含氮的任何离子。类似地，如果期望硫或憐基团，可W在照射中使用硫或憐离子。
[0069]在某些实施方案中，在泽火后，可W将本文中记载的任何经泽火的离子化材料用 一种或多种进一步的福射剂量进行进一步处理，例如电离或非电离福射、声处理、热解和氧 化，用于额外的分子和/或超分子结构改变。
[0070]在一些实施方案中，在泽火之前在惰性气体例如氮或氣的保护下照射纤维材料。
[0071]在一些情况下，材料可W在一种或多种附加的流体(例如气体和/或液体）的存在 下暴露于粒子束。在一种或多种附加的流体的存在下材料向粒子束的暴露可W提高处理的 效率。
[0072]在一些实施方案中，材料在流体例如空气的存在下暴露于粒子束。在本文公开的 任何一种或多种加速器(或其它类型的加速器）中加速的粒子通过输出口（例如薄膜，例如 金属锥）禪合出加速器，通过流体占据的一定量的空间，然后入射到材料上。除了直接处理 材料，一些粒子通过与流体粒子的相互作用而生成额外的化学物质（例如由空气的多种组 分如臭氧和氮氧化物生成的离子和/或游离基）。运些生成的化学物质也可W与该材料相互 作用，并且可W充当材料中的多种不同的化学键断裂反应的引发剂。例如，产生的任何氧化 剂可W将该材料氧化，运可W导致分子量降低。在某些实施方案中，附加的流体可W在粒子 束入射到材料上之前选择性地引入粒子束的路径中。如W上所讨论，粒子束的粒子与引入 的流体的粒子之间的反应可W生成额外的化学物质，该化学物质与材料反应并可W帮助材 料的官能化，和/或选择性地改变材料的某些性质。该一种或多种附加的流体可W从例如供 应管导入粒子束的路径中。引入的流体的方向和流速可W根据期望的暴露速率和/或方向 进行选择，W控制整个处理的效率，包括基于粒子的处理所产生的效果W及由于引入的流 体动态生成的物质与材料之间的相互作用而产生的效果。除了空气，可W引入离子束中的 示例性的流体包括氧气、氮气、一种或多种稀有气体、一种或多种面素和氨气。
[0073]可W通过例如选择电离粒子的特定类型和剂量而控制官能团的位置。例如，丫射 线往往影响材料中的分子的官能化，而电子束福射往往优先影响表面的分子的官能化。
[0074]在一些情况下，材料的官能化可W与照射同时发生，而不是作为独立的泽火步骤 的结果。在运种情况下，可WW多种方式影响官能团的类型和氧化程度，例如通过控制覆盖 待照射材料的气体，照射束穿过该气体。合适的气体包括氮气、氧气、空气、臭氧、二氧化氮、 二氧化硫和氯。
[0075]在一些实施方案中，官能化导致在纤维材料中形成締醇基团。运可W增强官能化 材料对墨水、染料、胶料、涂料等的吸收性，并可W提供接枝点。
[0076]冷却经照射的材料
[oow]在用电离福射对如上讨论的材料的处理过程中，尤其是在高剂量速率下，例如大 于0.ISMRad每秒的速率，例如0.25Mrad/s、0.35Mrad/s、0.5Mrad/s、0.75Mrad/s或者甚至大 于lMrad/秒，材料可W保留大量的热量W使得材料的溫度升高。尽管在一些实施方案中高 溫可W是有利的，例如当期望较快的反应速率时，但是有利的是控制该加热W便保持对电 离福射引起的化学反应(例如交联、断链和/或接枝)的控制，从而保持对工艺的控制。
[0078]例如，在一种方法中，将材料在第一溫度下用电离福射例如光子、电子或离子(例 如带单个或多个电荷的阳离子或阴离子）W足够的时间和/或足够的剂量进行照射，W将材 料升高到比第一溫度高的第二溫度。然后将经照射的材料冷却到第二溫度W下的第=溫 度。如果需要，经冷却的材料可W用福射例如用电离福射处理一次或多次。如果需要，可W 在每次福射处理后和/或处理过程中将材料冷却。
[0079]在一些情况下，冷却可W包括将材料与溫度低于第一或第二溫度的流体例如气体 接触，例如77K或约77K的气态氮。在一些实施方案中甚至可W使用水，例如溫度低于标称室 溫(例如25摄氏度）的水。 巧080]福射的类型
[0081]可W通过W下手段提供福射，例如：1)重带电粒子，例如a粒子、氧粒子或质子;2) 电子，例如在e衰变或电子束加速器中产生的电子;或者3)电磁福射，例如丫射线、X射线或 紫外线。不同形式的福射通过福射的能量所确定的特定相互作用将材料离子化。福射可W 是基本粒子的粒子束的形式，例如电子、质子、a粒子等。在一些实施方案中，粒子束具有足 W穿透被照射材料的截面的能量。在使用电子的实施方案中，电子可W具有例如0.5c至 99.9c的速度。较重的粒子，例如质子，通常具有小于0.5c的速度。因为较重的粒子通常具有 较低的速度，因此通常比电子束需要较少的防护。
[0082]重带电粒子主要通过库仑散射将物质离子化;此外，运些相互作用产生可W进一 步将物质离子化的高能电子。a粒子与氮原子核相同并且通过多种放射性原子核的a衰变产 生，所述放射性原子核为例如祕、针、扱、氮、巧、错、多种涧系元素例如涧、社、轴、锋、锅、铜、 媚和坏的同位素。
[0083] 电子通过电子速度的变化产生的執致福射和库仑散射而相互作用。电子可W通过 发生e衰变的放射性原子核产生，所述放射性原子核例如为舰、飽、得和银的同位素。或者， 电子枪可W通过热离子发射而用作电子源。
[0084] 电磁福射通过=种过程相互作用:光电吸收、康普顿散射和电子偶生成。主要的相 互作用由入射福射的能量和材料的原子序数决定。对纤维素材料中吸收的福射有贡献的相 互作用之和可W通过质量吸收系数表示。
[0085] 电磁福射细分为丫射线、X射线、紫外线、红外线、微波或无线电波，运取决于它们 的波长。
[0086] 例如，丫射线可W用于照射材料。参见图4和5(区域R的放大视图），丫线照射器10 包括丫射线源408(例如6化〇颗粒）、用于固定待照射材料的工作台14W及胆藏库(Sto巧e)16 (例如由多个铁板制成），它们均容纳在混凝±防泄露室(坑室）20中，该坑室在铅衬口26W 远包含迷宫入口 22。胆藏库16包括多个通道30，例如16个或更多个通道，运些通道使得丫射 线源在它们的与工作台邻近的路线上通过胆藏库。
[0087] 在操作中，将待照射的样品放置在工作台上。将照射器配置成递送期望的剂量，并 将监视装置与试验区31连接。然后操作者离开防泄露室，穿过迷宫入口并穿过铅衬口。操作 者操作控制板32,指示计算机33使用连接到液压累40上