专利名称：纤维改性方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维改性方法。
背景技术：
为了避免纤维起毛，增强纤维的抗张强度和耐磨损性，使纤维具有抗静电性和吸水性，并且使纤维具有良好的质地或手感如对纤维光滑干爽的触觉，已经提出一种称为“仿亚麻涂饰”的方法，其中将纤维胶涂覆在纤维上并且凝固再生，然后用水冲洗，并干燥，从而在纤维表面上覆盖再生纤维素。
然而，就此而论，由纤维胶衍生的再生纤维素形成涂层的纤维改性方法包括如下步骤用高毒性的二硫化碳使纤维素变质制得的黄原酸纤维素溶解在氢氧化钠水溶液中而得到的纤维胶溶液涂覆在纤维上以及随后凝固和再生该纤维素。这存在一个问题，即在制备黄原酸纤维素和凝固再生的步骤中，工人经受与二硫化碳的接触。此外，根据该纤维改性方法本身用于覆盖的再生纤维素在吸水性方面不能令人满意，由此因在增加抗静电性、改进吸水性、防缩整理方面不能令人满意而引发问题。
而且，根据“仿亚麻涂饰”，使用碱性水溶液，为了凝固而需要用酸中和这一步骤，由此导致难以对耐碱性差的纤维进行改进。
为了解决在通过由纤维胶衍生的再生纤维素形成涂层的纤维改性方面的问题，已经提出了用再生纤维素涂覆纤维表面的方法。在该方法中，纤维素本身是溶解在氢氧化钠水溶液中并且粘附在纤维上，然后凝固再生(JP-A61-252369)。
然而，该方法不仅需要在低温下将纤维素溶解在氢氧化钠水溶液中，而且还需要使用低度的结晶结构足以增加溶解性这种类型的纤维素，例如用酸水解木质纸浆并且在球磨机中使其研磨而得到的纤维素，或者由纤维胶制得的再生纤维素，由此限制了该方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的就是要提供一种纤维改性方法，该方法不存在基于二硫化碳的毒性问题，使得制造工艺容易并且能够对耐碱性差的纤维进行改性。
本发明的另一个目的就是要提供一种纤维改性方法，使得到的纤维能够避免起毛，并且具有优异的抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。
已经提出了一种方法，其中将取代度低的纤维素醚溶解在碱性溶液中，如浓度通常大约为10重量％的氢氧化钠中，然后涂覆到纤维上，之后溶液凝固再生(JP-A 2004-218102)。已经进行更深入细致的研究，结果，发现了一种纤维改性方法，与将碱性水溶液涂覆到纤维上，用酸中和以凝固，然后清洗并干燥的传统“仿亚麻涂饰”的情况不同，在该方法中进行使用一种液体组分而没有使用碱浓度高的碱性水溶液这样的简单步骤。
更特别的是，在剪切力下在水或碱浓度为1重量％或者更小的稀碱水溶液中悬浮或分散摩尔取代度低至0.05至1.3的烷基和/或羟烷基的低取代纤维素醚得到分散液，然后将该分散液涂覆到纤维上并干燥。由此没有使用碱浓度高的碱性水溶液，并且不需要与酸中和且凝固这一步骤，因此能够对难以用通常使用碱性水溶液例如高浓度氢氧化钠等的“仿亚麻涂饰”处理的低耐碱性纤维进行改性。而且，已经发现能够进行纤维改性涂饰而不存在二硫化碳方面的问题，从而提供了能够避免起毛且具有高抗张强度和优异的耐磨损性、抗静电性和吸水性的改性纤维。本发明是基于这些研究结果而完成的。
根据本发明，提供了一种纤维改性方法，包括如下步骤在剪切力下在水或碱浓度为1重量％或者更小的稀碱水溶液中悬浮并分散摩尔取代度为0.05至1.3的烷基和/或羟烷基的低取代纤维素醚，将得到的分散液涂覆到纤维上，和干燥该涂覆了分散液的纤维。
在这种情况下，低取代纤维素醚应当优选为摩尔取代度为0.1至0.7的低取代羟丙基纤维素。
在该纤维改性方法中，其中可以通过如下方法制得通过对其施加剪切力而得到低取代纤维素醚在水或稀碱水溶液中的分散液使用振动球磨机、胶体研磨机、均相混合机或均化器使分散在低取代纤维素醚分散液中要被剪切的颗粒相互碰撞或与碰撞板碰撞来研磨。在这种情况下，优选将低取代纤维素醚溶解在碱性水溶液中，然后用当量酸或得到碱的浓度为1重量％或更小的溶液所需要的酸量中和该碱溶液，由此使低取代纤维素醚沉淀到其中而制得要被剪切的低取代纤维素醚分散液。也可以通过如下方法制得通过对其施加剪切力而得到低取代纤维素醚在水或稀碱水溶液中的分散液其中将低取代纤维素醚溶解在碱浓度为2重量％或者更大的碱性水溶液中，然后用胶体研磨机在剪切力下辊磨该碱性溶液或者使用均化器通过碰撞研磨该碱性溶液，同时用当量酸或得到碱的浓度为1重量％或更小的溶液所需要的酸量中和该碱溶液。
优选，使要被剪切的低取代纤维素醚分散液在70到250MPa的压力下从喷嘴中注射，从而使要被剪切的低取代纤维素醚分散液相互碰撞，或者以90到180°的碰撞角度和1到200这足以使低取代纤维素醚的颗粒精细到其平均长度减少到1/4或低于1/4的碰撞数量与碰撞板碰撞，由此得到剪切的低取代纤维素醚分散液。可选择的，可以通过至少用500秒-1的1倍至60倍的剪切力辊磨要被剪切的低取代纤维素醚分散液以碾压低取代纤维素醚颗粒，由此获得剪切的纤维素醚分散液。在剪切过的分散液中低取代纤维素醚的浓度优选为0.5到20重量％，然后使剪切过的低取代纤维素醚分散液以吸收量(pickup)为10到500重量％的量涂覆到纤维上。
根据本发明的方法，能够在不使用有害溶剂如二硫化碳的情况下对纤维进行改性，从而确保安全性并且使得制造过程不复杂。得到的改性纤维不会起毛，增强了抗张强度，具有优异的耐磨损性、抗静电性和吸水性。与传统“仿亚麻涂饰”相比，可以使用更简单的工艺进行改性，伴随的优点在于能够对耐碱性低的纤维改性。
具体实施方案对用于本发明中的纤维类型并不作苛求。纤维的例子包括合成纤维例如聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、丙烯酸纤维、维尼纶纤维、人造丝纤维、聚氯乙烯纤维和聚偏二氯乙烯纤维；天然纤维例如棉花、纤维素和大麻；以及动物纤维例如羊毛、丝绸和开司米。在本发明中，也可以适当地使用较为不耐碱的动物纤维例如羊毛、丝绸和开司米以及聚酯和羊毛的混合物。这里使用的术语“纤维”包括细线状或纱状纤维即细线、编织织物或线状纤维的织物，或者无纺织物或者线状纤维的织物。
本发明中所使用的低取代纤维素醚是指纤维素醚中纤维素的葡萄糖环的羟基中的氢原子被烷基基团和/或羟烷基基团取代，只要摩尔取代度为0.05到1.3，优选为0.1到0.7。纤维素醚应当不溶解在水中，而是在经受高剪切力时能够提供稳定性高的分散液。如果摩尔取代度低于0.05，则即使对这种纤维素醚施加剪切力时这种纤维素醚也不会提供稳定的分散液。与之相反，当摩尔取代度超过1.3时，在水中的溶解性随着耐水性可能性的降低而增加。
在本说明书中，低取代度纤维素醚此后称为低取代纤维素醚。
这种低取代度纤维素醚的例子包括低取代烷基纤维素例如低取代甲基纤维素和低取代乙基纤维素；低取代羟烷基纤维素例如低取代羟乙基纤维素和低取代羟丙基纤维素；低取代羟烷基烷基纤维素例如低取代羟丙基甲基纤维素、低取代羟乙基甲基纤维素和低取代羟乙基乙基纤维素。这些中，低取代羟丙基纤维素是优选的。
根据本发明的纤维改性是通过如下过程实现的包括在剪切力下在水或碱浓度为1重量％或者更小的稀碱水溶液中悬浮或分散如上述列举的低取代纤维素醚，通过涂覆或浸渍使剪切过的分散液涂到纤维上，如果需要，用离心脱水机、砑光机、刮刀式涂胶机等除去涂在纤维上的过量分散液，然后干燥附着的纤维。
在本说明书中，将剪切之前的低取代纤维素醚分散液称为要被剪切的分散液，以及将剪切之后的低取代纤维素醚分散液称为剪切过的悬浮液。
要被剪切的低取代纤维素醚分散液可以通过在水或碱浓度为1重量％或者更小，尤其为0.5重量％或者更小的稀碱水溶液中添加和分散而得到。要被剪切的悬浮液液也可以通过这样得到在碱浓度为2到25重量％，尤其3到15重量％的碱溶液如氢氧化钠或氢氧化钾中溶解低取代纤维素醚，然后用当量酸或者得到酸的浓度为1重量％或更小的稀碱水溶液所需要的酸量中和该碱溶液，由此使该低取代纤维素醚沉淀到该溶液中。
为了通过对其施加剪切力而得到低取代纤维素醚在水或稀碱水溶液中的分散液，可以使用其中使要被剪切的低取代纤维素醚分散液中分散的颗粒相互碰撞以研磨颗粒的这种方法，或者其中使颗粒与碰撞板碰撞以辊压和研磨颗粒的这种方法，虽然方法并不局限于此。通过低取代纤维素醚分散液的颗粒相互碰撞或者通过与碰撞板的碰撞而制备剪切过的低取代纤维素醚分散液的设备类型不作苛求，包括例如振动球磨机、胶体研磨机、均相混合机、均化器等。它们可以在市场上购买到。例如，作为胶体研磨机可以使用由Masuko Sangyo Co.，Ltd制造的MASSCOLLOIDER或CERENDIPITOR。从制备均匀剪切的分散液的观点出发，优选的均化器是那些，在高压下从阀口喷出要被剪切的分散液以使低取代纤维素酯摩擦碰撞和包括由Sanwa Machine Co.，Inc制造的“均化器”、由Sugino Machine Ltd.，制造的“ULTIMIZER SYSTEM”、由Mizuho Industrial Co.，Ltd制造的“微型流化床”、由Gaulin制造的“高压均化器”等、使用超声波振动的“超声波均化器”如Nippon Seiki Co.，Ltd制造的“超声波均化器”等。也可以使用经这些设备反复处理过的剪切过的分散液。
而且，为了制备剪切过的悬浮液，如JP-A 2002-204951所描述的，低取代纤维素醚可以溶解在浓度为2到25重量％，尤其为3到15重量％的如氢氧化钠或氢氧化钾等的碱水溶液中，然后通过胶体研磨器在剪切下辊磨该碱性溶液，或者使用如上所述的均化器通过碰撞研磨该碱性溶液，同时用当量酸(例如氢氯酸、硫酸等)或得到碱的浓度为1重量％或更小的溶液所需要的酸量中和该碱溶液，由此得到剪切过的分散液。
可以如下进行低取代纤维素醚的碰撞。
在10到250MPa压力下使要被剪切的低取代纤维素醚分散液从每个喷嘴注射出，使得要被剪切的分散液以90到180°，优选95到178°，更优选100到170°的碰撞角度相互碰撞。可选择的，在70到250MPa压力下使要被剪切的低取代纤维素醚分散液从每个喷嘴注射，使得要被剪切的分散液以90到180°，优选95到178°，更优选100到120°的碰撞角度与碰撞板碰撞。碰撞的数量应当优选为1到200，尤其是5到120。应当优选所进行的碰撞可以足以使低取代纤维素醚颗粒精细到其平均长度减少到1/4或低于1/4，优选1/5到1/100，更优选1/6到1/50，最优选1/7到1/20。该平均长度是作为在偏光显微镜或透射式电子显微镜的缩影照片中测得至少50个低取代纤维素醚颗粒长度值的平均值而得到的。在压力范围之外，不能确保碰撞角度和碰撞数量、令人满意且均匀的分散液，并且低取代纤维素的分子量会极低，纤维素手感或质地的改进可能就不会得到令人满意的效果。
在通过辊磨分散低取代纤维素醚的情况下，优选辊磨低取代纤维素醚，使得给要被剪切的分散液施加至少500秒-1，优选至少1000秒-1，更优选至少1500秒-1的剪切力。可以反复或者不断施加剪切力，并且施加剪切力的次数为1到60，优选为10到60。少于1次，分散程度不充分，结果降低了低取代纤维素醚的成膜性质。多于60次会使低取代纤维素醚的聚合度降低，结果降低了膜强度。
另一方面，剪切过的分散液中低取代纤维素醚的浓度为0.5到20重量％，优选为1到10重量％。如果浓度低于0.5重量％，则认为没有改进纤维手感的效果或效果很小。当浓度超过20重量％时，则剪切过的分散液粘度太大以至于不能获得预定量被涂到纤维上的纤维素醚。
使用涂布机如单线涂胶机(one-thread sizing machine)、刮刀涂布机、移膜涂布机和气刀涂布机，或者使用浸渍机例如预湿型、淹没型和刮柄型在剪切过的分散液中浸渍纤维来进行低取代纤维素醚分散液的涂布或涂覆。在完成涂布操作之后，在接近100℃的温度下干燥纤维，得到适于本发明目的的手感或质地得到改进的纤维产品。
适当地确定粘附到纤维上的剪切过的低取代纤维素醚分散液量，吸收量即(被涂覆的剪切过的低取代纤维素醚分散液的重量/纤维基体的重量)×100，为10到500重量％，优选20到300重量％。当吸收量小于10重量％时，纤维的低取代纤维素醚涂层变小，纤维可能没有得到令人满意的改进。与之相反，当吸收量超过500重量％时，得到的纤维的手感变得更差，并且在透气性和手感如平滑触感方面不会获得与所使用的数量大大对应的改进程度。
由本发明的改性纤维得到的细线制得的衣服和织物在透气性方面得到了改进，并且具有平滑的触感和柔性。如果向剪切过的低取代纤维素醚分散液中添加大约1到20重量％的氧化钛，可以得到具有光催化功能的纤维或衣物。可替代地，染料或颜料可以添加到剪切过的低取代纤维素醚分散液中用于着色。除此之外，所有类型的无机材料、有机制料和天然材料也可以以不妨碍本发明目的的数量添加到剪切过的低取代纤维素醚分散液中，得到所希望的改性纤维。
实施例示出实施例说明本发明，其不应当构成对本发明的限制。还示出了比较例。值得注意的是，除非另有说明，下述实施例和比较例中，纤维素醚的取代度是指摩尔取代度。
实施例1将100g羟丙基取代度为0.25的低取代纤维素醚分散到900g水中，然后通过由Masuko Sangyo Co.，Ltd制造的气流悬浮液超微粉碎机“CERENDIPITOR”在滚距为60微米，转数为1500分钟-1以及辊磨循环10次的条件下，对该待剪切的分散液进行处理，由此得到剪切过的分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Comber cotton thread)#30/1浸渍到样品液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，随后在105℃下干燥2个小时得到样品。
将由此得到的样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
实施例2将50g羟丙基取代度为0.25的低取代纤维素醚分散到950g水中，然后通过由Sugino Machine Ltd制造的相对碰撞单元“ALTEMIZER”在150MPa压力下对待剪切的分散液进行高压分散。重复进行该工序10次，制得剪切过的低取代纤维素醚水分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Comber cotton thread)#30/1浸渍到该样品分散液中并且用滚筒砑光机挤压，吸收量为108％，随后在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的每个样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
实施例3将50g羟丙基取代度为0.25的低取代纤维素醚分散到475g水中，之后将475g 20wt％的氢氧化钠水溶液添加到其中，制得低取代纤维素醚的氢氧化钠水溶液。用均化器以5000分钟-1搅拌，同时将142.5g冰醋酸逐渐地添加到溶液中中和，制得类乳脂的低取代纤维素醚水分散液。然后使用由SuginoMachine Ltd.制造的相对碰撞单元“ALTEMIZER”在150MPa压力下对该要被剪切的分散液进行高压分散。重复进行此辊压工序10次，制得剪切过的低取代纤维素醚水分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Comber cotton thread)#30/1浸渍到该样品分散液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，继之在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的每个样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
实施例4将50g羟丙基取代度为0.15的低取代纤维素醚分散到950g 0.5wt％的氢氧化钠水溶液中，然后使用由Sugino Machine Ltd制造的相对碰撞单元“ALTEMIZER”在150MPa压力下对该待剪切的分散液进行高压分散。重复进行此工序10次，制得剪切过的低取代纤维素醚水分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Comber cotton thread)#30/1浸渍到此样品分散液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，继之在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的每个样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
实施例5将50g甲基和羟丙基取代度分别为0.14和0.14的低取代纤维素醚分散到950g的水中，然后使用由Sugino Machine Ltd制造的相对碰撞单元“ALTEMIZER”在150MPa压力下对待剪切的分散液进行高压分散。重复进行此工序10次，制得剪切过的低取代纤维素醚水分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Combercotton thread)#30/1浸渍到这个样品分散液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，继之在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的每个样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
实施例6将50g甲基取代度为0.21的低取代纤维素醚分散到950g水中，然后使用由Sugino Machine Ltd制造的相对碰撞单元“ALTEMIZER”在150MPa压力下对待剪切的分散液进行高压分散。重复进行此工序10次，制得剪切过的低取代纤维素醚水分散液。接下来，将织梳机棉线(Knit Comber cotton thread)#30/1浸渍到此样品分散液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，随之在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的每个样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
比较例1制备100重量份由3重量％作为纤维素计算的由Nippon Paper IndustriesCo.，Ltd制造的粉状纤维素KC Floc W 100，6重量％的氢氧化钠和2.5重量％的二硫化碳构成的粘胶溶液作为样品溶液。接下来，将织梳机棉线(Knit Combercotton thread)#30/1浸渍到此样品溶液中并且用滚筒砑光机对其挤压，吸收量为108％，之后将挤压过的细线浸渍到由10重量％的硫酸钠和10重量％的硫酸构成的溶液中凝固。之后，进行充分清洗，然后在105℃下干燥2个小时得到样品。
将以这种方式得到的样品经过下述测试方法评定起毛性、抗张强度、耐磨损性、抗静电性和吸水性。结果示于表1中。
起毛性使用由Shikibo Ltd.，制造的光学起毛检测器F-指数测试器，确定具有2mm或更低、3mm或更低、4mm或更低水平的绒毛的减低重量与没有处理过的细线的初始重量之间的比率。
抗张强度使用由A&D Co.，Ltd.，制造的Tensilon抗张强度测试器，对十根长度为100mm的细线进行抗张强度测量，计算其与没有处理过的细线抗张强度之间的比率。
耐磨损性使用Hiruta′s耐磨损测试器确定样品细线断裂之前的若干循环，由此通过用该数除以没有处理过的细线断裂前的若干循环计算得到数值。
抗静电性根据JIS L 1094-1980的方法测量半衰期来确定抗静电性，用作与没有处理过的细线抗静电性之间的比率。
吸水性根据JIS L 1096-1979的方法，测量十分钟内吸水的长度，从而确定与没有处理过的细线长度之间的比率。
表1
权利要求
1.一种纤维改性方法，包括如下步骤在剪切力下在水或碱浓度为1重量％或者更小的稀碱水溶液中分散摩尔取代度为0.05至1.3甲基和/或羟烷基的低取代纤维素醚，将得到的分散液涂覆到纤维上，以及对该涂覆了分散液的纤维进行干燥。
2.根据权利要求1的纤维改性方法，其中所述纤维素醚为摩尔取代度为0.1至0.7的低取代羟丙基纤维素。
3.根据权利要求1的纤维改性方法，其中通过如下方法制得通过对其施加剪切力而得到低取代纤维素醚在水或稀碱水溶液中的分散液在使用振动球磨机、胶体研磨机、均相混合机或均化器使分散在低取代纤维素醚分散液中要被剪切的分散颗粒相互碰撞或与碰撞板碰撞来研磨。
4.根据权利要求3的纤维改性方法，其中将低取代纤维素醚溶解在碱性水溶液中，然后用当量酸或得到碱的浓度为1重量％或更小的溶液所需要的酸量中和该溶液，由此使低取代纤维素醚沉淀到其中而制得要被剪切的低取代纤维素醚分散液。
5.根据权利要求1的纤维改性方法，其中可以通过如下方法制得通过对其施加剪切力而得到低取代纤维素醚在水或稀碱水溶液中的分散液其中将低取代纤维素醚溶解在碱浓度为2重量％或者更大的碱性水溶液中，然后用胶体研磨机在剪切下辊磨该碱性溶液或者使用均化器通过碰撞经碾磨或研磨辊磨该碱性溶液，同时用当量酸或得到碱的浓度为1重量％或更小的溶液所需要的酸量中和该溶液。
6.根据权利要求1的纤维改性方法，其中使要被剪切的低取代纤维素醚分散液在70到250MPa的压力下从喷嘴中注入，从而使要被剪切的低取代纤维素醚分散液相互碰撞，或者以90到180°的碰撞角度和1到200的足以使低取代纤维素醚的颗粒精细到其平均长度减少到1/4或低于1/4的碰撞数量与碰撞板碰撞，由此得到剪切了的低取代纤维素醚分散液。
7.根据权利要求1的纤维改性方法，其中通过至少用500秒-1的1倍至60倍的剪切力辊磨要被剪切的低取代纤维素醚分散液来研磨低取代纤维素醚颗粒，由此获得剪切过的低取代纤维素醚分散液。
8.根据权利要求1的纤维改性方法，其中在剪切过的分散液中低取代纤维素醚的浓度为0.5到20重量％，并且使剪切过的低取代纤维素醚分散液以吸收量为10到500重量％的量涂覆到纤维上。
全文摘要
提供一种纤维改性方法，该方法包括在剪切下在水或稀碱水溶液中分散摩尔取代度为0.05至1.3的甲基和/或羟烷基的低取代纤维素醚，将得到的分散液涂覆到纤维上，然后干燥该涂覆了的纤维。
文档编号D21H11/20GK1743547SQ200510106
公开日2006年3月8日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者丸山直亮, 早川和久, 谷冈庄治 申请人:信越化学工业株式会社