研究纖維改性的.doc

纖維改性的研究摘 要：本文以幾種纖維素為代表，概述了纖維的改性研究，著重介紹了其改性手段及方法。最后簡單了解纖維改性的新進(jìn)展，做出總結(jié)。關(guān)鍵詞：纖維；改性；研究進(jìn)展Research on Modification of FiberAbstract ：Represented by several kinds of fiber，this paper summarizes the fiber modification， the modification means and methods are introduced.Finally understand simple the fiber modification of new progress，make a summary.Key words：fiber；modification；research advance 改性纖維是指借化學(xué)或物理的方法使常規(guī)化學(xué)纖維品種的某些性能(如吸濕性、染色性、抗靜電性、阻燃性等)加以改進(jìn)而派生的一系列新纖維的總稱。在保持纖維原有優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，對纖維進(jìn)行改性，以克服其固有的缺陷，拓寬其應(yīng)用范圍。1. 天然蛋白纖維改性天然蛋白纖維主要包括蠶絲、蜘蛛絲和羊毛纖維。但通常所說的天然蛋白纖維的改性研究主要是針對蠶絲和羊毛纖維而言。1.1 蠶絲纖維改性研究人們對蠶絲纖維的改性研究，主要集中兩方面：一是從制絲工藝上著手，研制真絲新材料。二是從真絲后整理工藝上入手，利用增重改性、接枝改性、化學(xué)試劑整理開發(fā)具有抗皺、抗菌、阻燃、防紫外線等新型功能的真絲或織物。1.1.1 增重技術(shù) 對多根絲線進(jìn)行并股或用乙醇系環(huán)氧化合物和一元羥酸的堿金屬鹽水溶液對真絲綢進(jìn)行浸漬處理。1.1.2 抗皺技術(shù)( 1) 輻射接枝共聚改性技術(shù)：通過輻射接枝共聚，在絲綢織物上輻射接枝特殊的丙烯酸酯類單體，也可以利用射線的激發(fā)作用，在高聚物大分子鏈上引發(fā)活性基，與各種單體反應(yīng)，產(chǎn)生新的支鏈結(jié)構(gòu)，從而顯著提高抗皺效果，同時(shí)改善染色性能，從而克服真絲綢易皺、易泛黃、易褪色等本質(zhì)性缺陷。( 2) 蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)與蠶基因重組生物抗皺技術(shù)：利用生物技術(shù)將所需要的抗皺基因組合輸入家蠶體內(nèi)，培育新蠶種，則有希望使之吐出抗皺絲。( 3) 等離子體技術(shù)：用等離子刻蝕、鹽縮絲處理等系列絲纖維改性技術(shù)加工而成的多孔穴型真絲纖維在相同條件下，其蠕變?nèi)崃勘绕胀ㄕ娼z纖維大，且抗皺性好。1.1.3 抗菌防臭整理技術(shù)紡織品抗菌防臭整理方法主要有4 種：( 1) 利用化學(xué)改性將抗菌纖維基團(tuán)接枝到纖維上。( 2) 在紡絲過程中，把抗菌劑加入丙烯腈或聚酰胺等聚合物中混練紡絲。( 3) 用物理改性使抗菌劑侵入纖維表層較深的部位。( 4) 復(fù)合紡技術(shù)。如將抗菌防臭劑摻到纖維皮層或作為并列復(fù)合纖維的一部分復(fù)合紡絲。具有海島結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)合抗菌防臭纖維尚在開發(fā)中。1.2 羊毛改性研究 羊毛纖維具有光澤柔和、手感好、保溫性好、耐磨有彈性等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)洗后的氈縮問題是羊毛織物服用性的一大障礙。對羊毛進(jìn)行改性的技術(shù)一般有：拉伸細(xì)化技術(shù)；鱗片減量法；鱗片掩蓋法；低溫等離子體法；納米技術(shù)。1.2.1 拉伸細(xì)化技術(shù) 羊毛拉伸細(xì)化技術(shù)是將羊毛纖維拉伸，使分子鏈伸直，并固定下來。拉伸后，纖維細(xì)度更細(xì)，纖維長度更長，長度和強(qiáng)力比普通羊毛纖維好，表面更光滑，有絲一樣的光澤，但也存在一些生產(chǎn)工藝問題：如長度離散大，主體基數(shù)偏低； 部分羊毛在拉伸后出現(xiàn)染色過快的問題，易產(chǎn)生染色缸差，毛團(tuán)內(nèi)外層也產(chǎn)生色差。1.2.2 鱗片減量法羊毛鱗片減量法改性是將羊毛表面鱗片層全部或部分腐蝕去除，露出內(nèi)部的皮質(zhì)層，使羊毛的細(xì)度、手感、抗氈縮性等服用性能得到改善。如利用過硫酸及其鹽類、過醋酸和KMnO41等的氧化性對羊毛進(jìn)行改性，該方法能有效地剝除羊毛表層的鱗片、降低摩擦因數(shù)和消除刺癢感。1.2.3 鱗片掩蓋法 主要有兩種方法，一是樹脂處理法，利用樹脂在纖維表面覆蓋，形成一層連續(xù)薄膜，掩蓋了毛纖維鱗片結(jié)構(gòu)，降低了定向摩擦效應(yīng)，達(dá)到防縮抗起球的目的，常用的樹脂整理劑有超低甲醛樹脂、硅硐類樹脂、有機(jī)硅類樹脂、聚氨酯類樹脂、氫胺樹脂、內(nèi)烯酸酯樹脂等； 二是溶膠凝膠法，利用凝膠在羊毛纖維表面產(chǎn)生一層薄膜，可以改善羊毛光澤，使手感光滑，而且，溶膠凝膠和固色劑雙重固色后，牢度比單純用固色劑或溶膠凝膠有一定的提高。2上述的兩種方法雖可改善羊毛纖維的光澤，但纖維表面的薄膜使織物變得硬挺，手感不適。1.2.4 等離子體法 在等離子體的兩種刻蝕同時(shí)作用下，在羊毛鱗片表面形成凹坑，同時(shí)產(chǎn)生凸?fàn)畛练e物，生成一系列含氧、含氮極性基團(tuán)，由此增加纖維表面的微觀粗糙度。經(jīng)等離子體處理的羊毛纖維細(xì)度和長度變化不大，斷裂強(qiáng)力增加，摩擦因數(shù)顯著提高，增加了紡紗過程中纖維之間的抱合力，而且有親水基團(tuán)引入，這些都將改善羊毛纖維的防縮性、親水性，提高上染速率和固色率，以及縮短染色平衡時(shí)間，但是手感會(huì)變得粗糙。1.2.5 納米技術(shù) 納米材料與纖維的結(jié)合只是簡單的物理吸附，不耐水洗，不能夠達(dá)到“永久”整理的目的，羊毛纖維經(jīng)氧化改性后，再用納米ZnO 整理，3可使納米微粒與纖維“永久”結(jié)合，從而提高單纖維強(qiáng)力，而且使細(xì)度變細(xì)，不僅可以修補(bǔ)損傷的羊毛纖維，降低定向摩擦效應(yīng)，而且可防縮。42. 麻纖維的改性麻纖維是從各種麻類植物提取的纖維的統(tǒng)稱。以苧麻纖維的改性為例。 2.1 堿法改性 苧麻纖維的堿法改性已在工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用。大部分現(xiàn)行改性工藝都是在濃堿中溶脹生成堿纖維素，溶脹后的苧麻纖維在硫酸浴內(nèi)分解消晶，堿纖維素與酸直接進(jìn)行中和反應(yīng)，纖維素內(nèi)部產(chǎn)生溶脹作用，從而降低了結(jié)晶長度，提高了苧麻纖維的斷裂伸長能力，也改善了苧麻纖維的勾強(qiáng)和干強(qiáng)。苧麻纖維經(jīng)堿法改性處理后，卷曲度和勾強(qiáng)提高，初始模量降低，抱合力增強(qiáng)，改善了紡紗性能。2.2 液氨改性液氨作為膨化劑對苧麻纖維的微觀結(jié)構(gòu)有明顯的消晶作用和取向作用閣。實(shí)驗(yàn)證明，液氨不僅可以到達(dá)苧麻纖維的無定形區(qū)，還可以到達(dá)其晶面和晶區(qū)內(nèi)，與纖維素大分子生成氨纖維素復(fù)合物，從而破壞纖維素大分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使纖維大分子取向度下降，并使晶格發(fā)生一定的溶脹作用，導(dǎo)致纖維的結(jié)晶度下降。2.3 磺化改性 苧麻纖維的磺化改性是纖維素的磺化反應(yīng)，即堿纖維素與二硫化碳作用生成纖維素磺酸醋。磺化改性效果的影響因素有：二硫化碳的用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、磺酸化的副反應(yīng)等。苧麻纖維的磺化改性存在的主要問題是工藝流程較長，而且二硫化碳是有毒物質(zhì)，生產(chǎn)成本也較高。2.4 離子液體改性 選用1一甲基一3一烷基咪哇一四氟硼酸類離子液體作苧麻整理劑，其中烷基分別為：乙基、正丁基、正己基、正辛基、正十二烷基和正十八烷基。通過整理，苧麻纖維的一些性能得到了改善，如具有良好的勻染性和透染性。2.5 無甲醛型改性與麻纖維經(jīng)烷基改性技術(shù)相似圈，無甲醛改性交聯(lián)技術(shù)采用乙二醛、二經(jīng)基乙烯脈、聚縮醛、什二經(jīng)基乙基礬、丙二醇、二縮水甘油醚、硝基烷烴等其中任一種不含甲醛的交聯(lián)劑，在催化劑存在條件下，將堿纖維素浸漬其中，再擠干，高溫焙烘交聯(lián)變性后，堿纖維具有柔軟性、卷曲性，改善了纖維的回彈性。變性后纖維還具有較好的吸濕性與抗靜電性，制成的織物比化學(xué)纖維織物更舒適、透氣、少站污，更合乎穿著衛(wèi)生的要求。53. 活性炭纖維3.1 活性炭纖維的改性原理 活性炭纖維( ACF) 是20 世紀(jì)60- 70 年代，在碳纖維工業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代多孔吸附材料，吸附能力較一般的活性炭高110 倍，且容易再生。目前常用的改性方法主要通過改變ACF 的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)來提高ACF 的吸附性能和氧化性能。3.2 化學(xué)活化改性 化學(xué)活化改性主要是利用化學(xué)物質(zhì)使ACF 進(jìn)一步碳化和活化，從而創(chuàng)造出更加豐富的微孔。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機(jī)鹽類以及一些酸類。經(jīng)鹽酸預(yù)處理30min 的ACF 碘吸附量比不經(jīng)任何預(yù)處理的ACF 碘吸附量高出約10% 。用硫酸銅溶液處理后，ACF 的苯酚去除率比未改性的高6，而經(jīng)高錳酸鉀和氫氧化鉀溶液處理后對苯酚的吸附量下降。3.3 氧化改性 氧化改性主要是利用強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)?shù)臏囟认聦CF 表面的官能團(tuán)進(jìn)行氧化處理，從而提高表面的含氧酸性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面的極性。用濃硫酸氧化處理后，ACF 表面含氧官能團(tuán)發(fā)生變化，羧基隨氧化處理時(shí)間的延長而降低； 酚羥基含量是隨著氧化時(shí)間的增加而增加的，內(nèi)酯基在氧化處理過程中，先是增大后減少，整體上對有機(jī)物的吸附量增加也相應(yīng)增加。用空氣氧化處理能使活性炭纖維進(jìn)一步活化，比表面積和微孔容積增加；濃HNO3 或H2O2氧化使活性炭纖維比表面積減小，并產(chǎn)生一定數(shù)量的中孔。3.4 負(fù)載金屬及金屬化合物改性負(fù)載金屬及金屬化合物改性是使金屬離子在ACF 表面首先吸附，再利用ACF 的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子，通過金屬或金屬離子對被吸附物較強(qiáng)的結(jié)合力，從而增加ACF 對被吸附物的吸附性能。研究發(fā)現(xiàn)，ACF 負(fù)載TiO2 光催化技術(shù)在苯酚廢水降解中，苯酚去除率可達(dá)88.2%。以KMnO4和NH3 H2O 為原料合成納米MnO2，負(fù)載于PAN 基活性炭纖維表面，ACF-MnO2 材料在室溫下可以將甲苯氧化為CO2，并且對高濃度的甲苯氣體具備很強(qiáng)的抗穿透能力。負(fù)載金屬鈰鹽后，比表面積雖然降低10% 20%，但表面氧含量從原來的11% 提高至25%。7同時(shí)負(fù)載金屬鐵鹽的ACF 在常溫下有較好的吸附性能。3.5 電化學(xué)改性 電化學(xué)極化活性炭纖維時(shí)，通過控制活性炭纖維表面帶有電荷，溶液中帶有相反電荷的離子由于靜電作用會(huì)富集于活性炭纖維和溶液界面的雙電層中，當(dāng)去極化或改變極化方向時(shí)，原來被電吸附的離子又可以在一定程度上重新釋放出來，可以現(xiàn)場再生活性炭纖維。通過選擇極化電位和極化方式，可以影響活性炭纖維的吸附能力和增加吸附容量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種被吸附物的脫附，或以電化學(xué)降解的方法脫除被吸附的物質(zhì)。3.6 其他的改性方法 除上述主要的改性方法，還有其他較先進(jìn)的只處于研究階段的ACF 改性技術(shù)，如固定化生物活性炭纖維、遠(yuǎn)程等離子體表面改性、1173K 高溫改性等。84. 纖維改性新進(jìn)展4.1 納米粒子改性PBO 纖維 聚對苯撐苯并雙噁唑( PBO) 纖維，納米粒子處理是一種新興的對PBO 纖維進(jìn)行處理的方法。這種方法主要采用將納米粒子添加到PBO 高聚物中再進(jìn)行液晶紡絲或者直接將處理后的納米粒子涂覆在PBO 纖維表面。經(jīng)納米粒子處理后的PBO 纖維的表面性能得到了很大提高，尤其是其抗紫外性能的提高，為PBO纖維在其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展做了很大的貢獻(xiàn)。94.2 生物改性與物理、化學(xué)方法相比生物改性的條件溫和對纖維素?fù)p傷小、能耗低、對環(huán)境友好。生物技術(shù)屬于一種新的、能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，可改造纖維類產(chǎn)品的性能。10生物技術(shù)尤其是高效、專一的酶制劑在纖維改性方面有著廣闊的應(yīng)用前景。酶處理羊毛改性生產(chǎn)能耗低，廢液易生物降解，符合環(huán)保要求，成為近年來羊毛改性處理研究的熱點(diǎn)之一。11木質(zhì)纖維素改性酶已經(jīng)用于改善制漿造紙工藝。復(fù)合纖維素酶對機(jī)械漿和麥草漿濾水性能改善主要是改善漿的濾水性能、改善漿的強(qiáng)度的性能、降低打漿能耗，改善紙漿的返黃。另外，由于漆酶獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)制， 它還應(yīng)用于改性纖維活化木素產(chǎn)生黏合作用、或在高木素含量的制漿中在木素的活化點(diǎn)上接枝化合物，改善漿纖維的性能。12但酶處理的成本高、可控性差、以及預(yù)處理的污染、對羊毛的細(xì)胞間質(zhì)的破壞和酶存留持續(xù)作用產(chǎn)生的損傷等，均是較難解決的問題。在工業(yè)化生產(chǎn)方面，酶應(yīng)用于紙漿的纖維改性還需要更多技術(shù)的介入。5. 結(jié)語隨著紡織工業(yè)的不斷發(fā)展和紡織產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變化，在保持纖維原有優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用高科技方法充分開發(fā)纖維潛在的功能，提高纖維的附加值和性能已成為人們研究的一大方向。因此近年來，許多國家正在不斷地探索纖維的改性技術(shù)，開發(fā)研究綠色纖維產(chǎn)品，并已取得了一系列新的進(jìn)展。我國對纖維改性的原料、制備及相關(guān)基礎(chǔ)理論、應(yīng)用進(jìn)行了研究，但工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)用化還處于初始階段，其應(yīng)用領(lǐng)域還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有打開。但我們相信改性纖維的優(yōu)異性質(zhì)可進(jìn)一步得到發(fā)揮，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提升我國可持續(xù)發(fā)展事業(yè)方面以及工業(yè)中各領(lǐng)域也必將得到更深層次的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1王凱，單小紅.改性處理對羊毛纖維刺癢感的影響J.毛紡科技，2008( 8)：52-54.2吳贊敏，侯學(xué)鋒等.溶膠一凝膠法提高蘭納灑脫染料的染色牢度J.毛紡科技，2005，(6)：12-15.3王衛(wèi)，李龍等.改性羊毛纖維與納米整理劑的結(jié)合機(jī)理探討J.上海紡織科技，2006，34(11)：1-3.4陶金.天然蛋白質(zhì)纖維改性技術(shù)的研究進(jìn)展J.現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù)，2011(2)：77-80.5劉昭鐵，熊和平等.芒麻纖維改性研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào)，2006，20(1)：77-80.6劉葵，付小靖等.活性炭纖維的改性及對苯酚的吸附性能研究J.應(yīng)用化工， 2007，36( 10)：990-992.7宋慶鋒，張永春，周錦霞鐵鹽改性活性炭纖維常溫脫除硫化氫的研究J.現(xiàn)代化工，2007，27(1)：272-276.8李艷松，李江