一种晶变改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种晶变改性方法，特别是涉及一种纺织材料的晶变改性方法，是将被改性材料置于密闭容器中，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，即获得晶变改性材料。本发明采用以上技术方案的优点如下：1、适用范围广，不仅能改性棉纤维及全部麻类纤维等天然纤维，还可改性粘胶纤维。2、通过改变晶格结构来达到改性目的的，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。3、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。
【专利说明】一种晶变改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晶变改性方法，特别是涉及一种纺织材料的晶变改性方法，具体地说是一种通过将改性介质增压到改性压力并保压一段时间后瞬间释放压力的纺织材料晶变改性方法。
【背景技术】
[0002]棉纤维细长柔软，吸湿性好，耐强碱，耐有机溶剂，耐漂白剂以及隔热耐热，是最大宗的天然纤维。但其弹性和弹性恢复性较差，易发霉、易然。麻类纤维是天然纤维中重要的纺织原料，是天然纤维中杨氏模量较大的高刚性纤维，尤其以苎麻、黄麻、汉麻、剑麻、菠萝麻等最具代表性。其具有吸湿、透气、散热、抗菌、防霉、防辐射、强度高等优越特性，但也存在坚硬、发皱、缩水、难纺、难织、难染等缺陷，导致高硬麻类纤维绝大多数只能做低附加值的低级产品。
[0003]粘胶纤维手感柔软光泽好，吸湿性、透气性和染色性能良好，但由于弹性较差、织物易褶皱且不易恢复等弱点制约了它的发展。
[0004]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。生物改性方法主要利用生物酶对纤维进行脱胶、抛光等处理。
[0005]现在国内外已经形成产业化生产的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，如天然卷曲消失、截面变圆、内腔变小等特点，但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。国内利用液氨作为改性介质，在密闭容器中常规升压一保压一再回收纤维中改性介质的方法仅对棉和麻类纤维中杨氏模量小、硬度低的纤维有一定效果，但该方法只有一次改性，溶胀不彻底、结晶度降低不明显、柔软性能没有得到明显改善。并且，现有技术对苎麻、黄麻、汉麻、剑麻等高硬纤维效果甚微。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种晶变改性方法，特别是提供一种纺织材料的晶变改性方法，具体地说是一种通过将改性介质增压到改性压力并保压一段时间后瞬间释放压力的纺织材料晶变改性方法。
[0007]本发明的一种晶变改性方法，是将被改性材料置于密闭容器中，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，即获得晶变改性材料。其原理是:将被改性材料置于密闭容器中，该密闭容器可以在高压下动密封和负压下动密封，并且零泄漏。通过压力平衡充液和非平衡调速充液，可调节充入密闭容器中改性介质的流量、时间和温度，从而调控改性的压力、两相界面及上述参数的变化速率，进而调控液态介质的渗透率、渗透速率及蒸发速率等工作参数；同时调节充液的间歇时间和改性压力的保压时间；上述工艺可使改性介质的扩散系数提高，改性介质较好的渗透到纤维组织中，重构纤维素分子间的氢键网络，改变了纤维的微观结构，加剧纤维素大分子链段运动，使纤维素分子间发生溶胀作用，孔隙增大，结晶度减小，实现了纤维晶格结构的一次调控。再通过高速溢流，瞬间释放密闭容器中大量液态改性介质，在纤维组织内部与外部瞬间产生巨大压差，形成高速爆膨，使改性介质的扩散系数大幅提高，完全重构了纤维素分子间的氢键网络，纤维素分子间溶胀作用更彻底，孔隙增大明显，结晶度显著降低，实现了纤维晶格结构的二次调控。最后采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质即完成了所述的晶变改性方法。针对不同刚度、不同组成成分的纤维，调节纤维晶格结构一次调控和二次调控的相关参数，即可实现所述的晶变改性。晶变改性后材料具有柔软性能优良、防皱抗缩、耐久蓬松，大幅提高了纤维的纺、织、染性能，成为卓越的新纺材。
[0008]作为优选的技术方案:
[0009]如上所述的一种晶变改性方法，所述被改性材料为纤维、纱线或织物；
[0010]所述纤维为天然纤维或粘胶纤维；所述天然纤维为棉纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、菠萝麻纤维、剑麻纤维、汉麻纤维、青麻纤维、槿麻纤维、蕉麻纤维或椰麻纤维；所述粘胶纤维主要为普通粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维或高强力粘胶纤维；
[0011]所述纱线为天然纤维和/或粘胶纤维纺成的纱线；为天然纤维纯纺纱线、天然纤维混纺纱线、粘胶纤维纯纺纱线、粘胶纤维混纺纱线或天然纤维与粘胶纤维的混纺纱线；
[0012]所述织物为所述纱线和/或所述粘胶纤维织成的织物。
[0013]如上所述的一种晶变改性方法，通过两次重构纤维素分子间的氢键网络，实现了纤维晶格结构的二次调控，使纤维素分子间溶胀作用更彻底，孔隙明显增大，结晶度明显降低，上染率提高，色牢度提高，最后采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质即完成了所述的晶变改性。采用所述的晶变改性方法，可使晶变改性材料的微观晶格与所述被改性材料的微观晶格相比，孔隙增大8?20%，结晶度减小10?30% ;所述晶变改性材料与所述被改性材料相比，上染率提高15?50%，色牢度提高12?25%。
[0014]如上所述的一种晶变改性方法，改性介质为液氨；改性介质需具备如下三点特征:I)具有优良的扩散性；2)能与纤维素间形成大量的氢键，重构纤维素分子间的氢键网络，提高纤维素的溶胀性能；3)易于相变调控，便于改性介质蒸发与回收。而液氨具有分子量小、粘性小、表面张力小、易于相变等特殊的物理性质，这些特殊性质使得液氨满足上述三个特征。
[0015]如上所述的一种晶变改性方法，改性压力瞬间释放，瞬间产生高压力差，可以大幅提高改性介质的扩散系数，使被改性材料产生充分溶胀，是晶变改性的关键工艺过程。对不同的被改性材料，要求的改性压力不同，压力释放的快慢不同，瞬间产生的压力差不同，在不提高改性压力的前提下，要获得尽可能高的释放压力差，应使改性压力降到负压。对棉纤维和粘胶纤维，改性压力需要大于等于0.5MPa，会达到1.2MPa。对于亚麻纤维、苎麻纤维，改性压力需要大于等于1.2MPa，会达到4MPa。对于黄麻、汉麻、剑麻、菠萝麻、槿麻等杨氏模量大的高硬纤维，要获得良好改性效果，改性压力需要大于等于4MPa，会达到9MPa。因此所述改性压力应为P=0.5?9MPa。为获得尽可能高的释放压力差，应使改性压力降到负压，因此改性压力的瞬间释放，要求改性压力瞬间降到改性压力的1%及以下。[0016]如上所述的一种晶变改性方法，为了规范工艺标准，所述压力是指绝对压力。
[0017]如上所述的一种晶变改性方法，对杨氏模量大的高硬纤维，要获得优良的溶胀效果，要求压力从改性压力降到改性压力的1%的时间愈短愈好，对棉纤维和粘胶纤维等较柔软纤维，释放压力的瞬间小于等于5.0秒即可，而目前物理上能实现的上述释放压力瞬间仅能大于等于0.3秒，因此所述释放压力的瞬间为0.3秒-5.0秒，对应的所述释放压力的降压速率为0.1MPa/s-30MPa/s，对于黄麻、槿麻等高硬纤维，瞬间释放压力意味着“爆炸性释放”压力。
[0018]如上所述的一种晶变改性方法，为获得改性介质良好的扩散性及最佳改性效果，且改性过程能量消耗最小，需要调控充液过程中氨液的流量、时间和温度，达到调控压力的目的，进而调控介质渗透率、渗透速率、蒸发率、蒸发速率和相变过程。而升压过程是最重要的影响因素之一，对不同的纤维需采用不同的升压过程，如变速升压(线性升压和抛物线升压)和间隙升压。线性升压时，升压速率k满足关系式
【权利要求】
1.一种晶变改性方法，其特征是:将被改性材料置于密闭容器中，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，即获得晶变改性材料。
2.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述被改性材料为纤维、纱线或织物；所述纤维为天然纤维或粘胶纤维；所述天然纤维为棉纤维、亚麻纤维、苎麻纤维、黄麻纤维、洋麻纤维、菠萝麻纤维、剑麻纤维、汉麻纤维、青麻纤维、槿麻纤维、蕉麻纤维或椰麻纤维；所述粘胶纤维主要为普通粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维或高强力粘胶纤维；所述纱线为天然纤维和/或粘胶纤维纺成的纱线；为天然纤维纯纺纱线、天然纤维混纺纱线、粘胶纤维纯纺纱线、粘胶纤维混纺纱线或天然纤维与粘胶纤维的混纺纱线；所述织物为所述纱线和/或所述粘胶纤维织成的织物。
3.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述晶变改性材料的微观晶格与所述被改性材料的微观晶格相比，孔隙增大8?20%，结晶度减小10?30% ;所述晶变改性材料与所述被改性材料相比，上染率提高15?50%，色牢度提高12?25%。
4.根据权利要 求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述改性介质为液氨。
5.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述改性压力P为0.5?9MPa，所述瞬间释放压力是指压力瞬间降到所述改性压力的1%及以下。
6.根据权利要求5所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述压力为绝对压力。
7.根据权利要求1或5所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述瞬间是指0.3秒?5.0秒，所述释放压力的降压速率为0.1MPa/s?30MPa/s。
8.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述升压为等速升压、变速升压或间隙升压或其中两种的组合；等速升压时，升压速率k为0.1MPa/min?0.5MPa/min中的一恒定值；所述变速升压为线性升压或抛物线升压；(JP线性升压时，升压速率k满足关系式k 二了二 t+koat(!]> I v抛物线升压时，升压速率k满足关系式I = — = —I' +K ;其中t为升压时间Aci为初始升压速率，为0.5MPa/min?2.5MPa/min ；间隙升压时，间隙时间为Imin?20min，每次间歇升压时间为I?5min，升压速率为0.5MPa/min ?2.5MPa/min。
9.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，升压后保持Imin?30min。
10.根据权利要求1所述的一种晶变改性方法，其特征在于，所述去除改性介质为采用加热和抽真空并行的蒸发方法去除材料中的改性介质。
【文档编号】D06B5/16GK103437149SQ201310318104
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】孙以泽, 孟婥, 黄双, 孙志军 申请人:东华大学, 上海盟津光电科技有限公司