麻纖維改性原理及性能研究

麻纖維改性原理及性能研究

20世紀(jì)50年代初，中國(guó)開(kāi)始研究柏樹(shù)纖維的改良品種。初期進(jìn)行了苧麻絲光法、苧麻磺化法等方法的改性工作,明顯改善了紡紗性能。中后期又針對(duì)苧麻纖維不易染深色,折皺性能差和有刺癢感等問(wèn)題進(jìn)行了改性研究,如對(duì)苧麻纖維進(jìn)行了陽(yáng)離子化改性研究,在改善苧麻纖維染色性能方面取得較好的效果。1麻纖維的特性苧麻纖維性能主要由它的化學(xué)成分決定。苧麻纖維的化學(xué)組成主要是纖維素,其次是半纖維素、木質(zhì)素、果膠、脂肪蠟質(zhì)、灰分和其它成分。苧麻纖維和棉纖維的化學(xué)組成見(jiàn)表1。苧麻產(chǎn)品是優(yōu)良的紡織原料,既有涼爽、透氣、挺括、吸汗性好的優(yōu)點(diǎn),又有彈性差、織物不耐磨、易起皺,纖維平直無(wú)卷曲,可紡性較差、延伸性小的缺點(diǎn)。其面料作內(nèi)衣時(shí)對(duì)皮膚有刺激感,質(zhì)量也較粗糙。苧麻纖維的性能主要是受其化學(xué)成分的影響,由于苧麻纖維比棉纖維含有較多的木質(zhì)素、半纖維素、膠質(zhì)等非纖維素物質(zhì),而且苧麻纖維的大分子結(jié)構(gòu)很緊密、結(jié)晶度、取向度也較高,不易與其它物質(zhì)反應(yīng),它的許多性能不如棉纖維。但可以通過(guò)對(duì)纖維的改性、變性來(lái)改善苧麻纖維的性能。2麻纖維變性處理苧麻纖維改性原理主要有以下3點(diǎn)。①使纖維素大分子產(chǎn)生膨化、溶脹的物理化學(xué)變化。削弱苧麻纖維素大分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)橫向連接,分子鏈定向破壞,變性的苧麻纖維干燥后要盡量保持已產(chǎn)生的膨化、溶脹,保持纖維形成的較疏松的結(jié)構(gòu),使無(wú)定形區(qū)的密度下降,結(jié)晶度下降。②利用預(yù)溶脹羧基取代纖維素酯化和烴基取代纖維素醚化。由于取代基團(tuán)的引入,纖維素分子不能回復(fù)到原來(lái)狀態(tài),改變了苧麻纖維的晶體結(jié)構(gòu)和微細(xì)結(jié)構(gòu),使結(jié)晶度、取向度降低,微晶粒尺寸變小。③進(jìn)行功能基團(tuán)的接枝,在纖維素大分子上接上其它基團(tuán),由于接枝基團(tuán)化學(xué)性能活潑易與染料分子結(jié)合,改善了苧麻纖維的染色性。同理也可以進(jìn)行其它功能基團(tuán)的接枝,改善抗靜電性、防菌性等,使苧麻纖維向功能化方向發(fā)展。在進(jìn)行苧麻纖維變性前,首先要使纖維素預(yù)溶脹。苧麻纖維在吸收溶脹劑后,體積變大,分子間的內(nèi)聚力減弱,苧麻纖維變得柔軟。由于纖維素大分子間和分子內(nèi)存在大量的氫鍵,使纖維大分子牢固地結(jié)合。氫鍵的破裂和重新生成對(duì)苧麻纖維的性能有很大的影響。在結(jié)晶區(qū)內(nèi)的羥基都已形成氫鍵,只有在無(wú)定形區(qū)內(nèi),部分羥基沒(méi)形成氫鍵,所以大多數(shù)化學(xué)試劑只能進(jìn)入無(wú)定形區(qū)內(nèi),與羥基反應(yīng),不能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)內(nèi)。苧麻纖維變性就是要使纖維素大分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大限度地膨化和溶脹,干燥后又要盡量保持已產(chǎn)生的膨化和溶脹效果。盡可能多的完成由纖維素I向纖維素II的轉(zhuǎn)化,降低結(jié)晶度和取向度,達(dá)到消晶效應(yīng),同時(shí)避免纖維素分子的重結(jié)晶現(xiàn)象。在進(jìn)行苧麻纖維變性時(shí),溶脹和再生是2個(gè)不同的階段,溶脹是要達(dá)到消晶目的,再生是要保持消晶的效果。要保持纖維素的消晶效果,在清除溶脹劑時(shí)可以采取一些特殊的工藝方法,以避免在水洗和干燥過(guò)程中纖維素消晶效果的減少和消失。33麻纖維改性方法3.1濃堿紡提物纖維的物理性能苧麻纖維堿法改性的研究工作進(jìn)行的較早,也是比較成熟的一個(gè)改性工藝,已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)。苧麻纖維經(jīng)濃堿液浸漬后,纖維發(fā)生了溶脹作用,纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生了改變,纖維的物理性能也發(fā)生變化。研究認(rèn)為苧麻纖維因溶脹而引起的結(jié)晶度、取向度、密度下降到最大值的工藝條件是燒堿濃度在16%～18%之間,也就是纖維素I向纖維素II轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)。3.1.11.麻纖維的堿法改革苧麻纖維的堿法改性工藝流程為脫膠麻→浸堿→脫堿→抖松→酸浴→水洗→脫水→給油→脫水→抖松→烘干3.1.2可紡性能和服用性能得到改善苧麻纖維堿法改性的主要工藝參數(shù)如表2、表3、表4所示。苧麻纖維經(jīng)堿法改性處理后的性能發(fā)生改變,在可紡性能和服用性能方面得到提高。如纖維的卷曲和勾強(qiáng)性提高,初始模量降低,纖維的抱和力增強(qiáng),明顯改善了紡紗性能,提高了織物的耐磨性,染色性能和抗折皺性也有一定程度的改善。堿法改性還具有工藝流程短,使用的化工原料成本較低,易于推廣的特點(diǎn)。3.1.31.麻纖維加工與改性的雙重工藝與堿改性不同之處,將煮練工藝和改性工藝結(jié)合起來(lái),并提出了許多技術(shù)措施和改進(jìn)方法。在實(shí)際生產(chǎn)中取得較好的效果。3.2尿素作用時(shí)堿金屬離子和分子的作用節(jié)約性苧麻纖維堿—尿素改性是在堿改性的基礎(chǔ)上,為降低用堿量,節(jié)約成本而提出的。堿—尿素改性的機(jī)理是濃堿與纖維素作用時(shí),堿金屬離子或堿分子與纖維素大分子的羥基結(jié)合,使纖維素氫鍵減少和分子間力減弱,纖維素大分子的間距增大,結(jié)晶度和取向度下降,無(wú)定形區(qū)增大。加入尿素后用尿素分子代替了部分堿金屬離子,從而降低了堿的使用量,節(jié)約了成本。工藝流程為脫膠麻→浸堿和尿素→脫堿→抖松→酸浴→水洗→脫水→給油→脫水→烘干。3.3烷基化改性麻纖維在苧麻纖維溶脹時(shí)引入乙酰基化學(xué)基團(tuán),以避免纖維素的重結(jié)晶。乙?；囊胱柚沽死w維素鏈的重新靠近,防止重新形成氫鍵以保持纖維素消晶的狀態(tài)。烷基化改性是以異丙醇為烷化劑。在20%的氫氧化鈉溶液中添加0.5%～1%的烷化劑,處理時(shí)間在10～15min左右,使苧麻纖維產(chǎn)生烷基化反應(yīng)。苧麻纖維在濃堿中烷基化,大大增強(qiáng)了膨化能力。纖維水洗后,由于烷基基團(tuán)的存在,阻止了苧麻纖維的退膨作用,保持其消晶的狀態(tài),得到較好的改性效果。工藝流程為脫膠麻→浸強(qiáng)堿烷基化→水洗→脫水→給油→脫水→烘干。3.4化改性條件的影響苧麻纖維的磺化改性是對(duì)纖維素的酯化反應(yīng),是堿纖維素與二硫化碳作用生成纖維素磺酸酯的過(guò)程?；腔男孕Ч芏蚧嫉挠昧?、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、磺酸化的副反應(yīng)等因素的影響。苧麻纖維的磺化改性存在的主要問(wèn)題是工藝流程較長(zhǎng),加之二硫化碳是有毒氣體,而且生產(chǎn)成本較高。工藝流程為脫膠麻→浸堿→脫堿→抖松→磺化→酸浴分解→水洗→脫硫→水洗→漂白→水洗→脫水→上油→脫油→烘干。3.5纖維素晶體結(jié)構(gòu)的改變苧麻纖維的氰乙基化改性,是在纖維素大分子上引進(jìn)了氰基,生成纖維素醚,改變了纖維素的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu),同時(shí)也伴隨有纖維素晶體結(jié)構(gòu)和微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化。苧麻纖維氰乙基化改性的原理,是在氫氧化鈉溶液中先使苧麻纖維溶脹,再用丙稀腈將纖維素大分子上的羥基進(jìn)行醚化,得到氰乙基纖維素。3.6麻織物的改性苧麻纖維的液氨處理是針對(duì)苧麻織物的服用性能進(jìn)行改性。苧麻織物經(jīng)過(guò)液氨處理后改善了苧麻織物的彈性、手感、柔軟性、尺寸穩(wěn)定性等諸多性能,取得較好的效果。對(duì)苧麻纖維液氨處理的工作正在進(jìn)一步研討中,許多工藝與條件在逐步地完善。3.7陽(yáng)離子化改性劑的用量苧麻纖維不易上染,著色淺,色光暗,苧麻纖維的染色難題一直困擾著苧麻紡織業(yè)。80年代末開(kāi)始采用陽(yáng)離子化改性方法來(lái)改善苧麻纖維的染色性能,收到一定的效果。陽(yáng)離子化改性機(jī)理為纖維素大分子基環(huán)上的伯、仲羥基與外界的反應(yīng)能力是不同的。伯羥基的反應(yīng)能力比仲羥基稍高些,一般陽(yáng)離子基團(tuán)主要與伯羥基反應(yīng),生成陽(yáng)離子化合物。對(duì)纖維素酯化時(shí),伯羥基反應(yīng)能力高,對(duì)纖維素醚化時(shí),則仲羥基反應(yīng)能力高。只有在強(qiáng)烈溶脹狀態(tài)下,纖維素的多數(shù)羥基才能接觸到反應(yīng)物分子,才有可能發(fā)生羥基的取代作用。一般情況下,纖維素大分子中的100個(gè)基環(huán)單位接枝上1～2個(gè)陽(yáng)離子基團(tuán),就能獲得較好的染色效果。選擇陽(yáng)離子化改性劑,主要考慮到與苧麻纖維素結(jié)合的難易程度和接枝率,同時(shí)要考慮試劑的成本。工藝流程為脫膠麻→浸