CN105199038A - 一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂及其低温制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂及其低温制备方法与应用，属于纺织化学技术领域。本发明所述的水溶性柔软改性剂由如下重量百分比含量的各原料制备而成：引发剂？？0.4～1%，单体？5～15%，余量为水，其中，所述引发剂为双氧水和维生素C，所述单体为丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠。本发明以水为溶剂，以双氧水和维生素C为引发剂，将丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠单体在5～20℃低温条件下共聚，然后用碱液中和，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂。将本发明制得的柔软改性剂对苎麻纤维进行改性，苎麻纤维改性后，其弯曲强度降低了15～20%，拉伸强度增加了8～11%，初始弹性模量降低了16～21%，初始弹性模量的降低表明苎麻纤维的柔软性增强。

Description

一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂及其低温制备方法与应用

技术领域

本发明属于纺织化学技术领域，具体涉及一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂及其低温制备方法与应用。

背景技术

纺织工业是我国国民经济的传统支柱产业和重要的民生产业，也是国际竞争优势明显的产业，苎麻纤维是纺织面料的主要原料之一，在纺织面料中占有重要地位。我国是世界上麻类资源最丰富的国家之一，主要有苎麻、剑麻、亚麻和黄洋麻等，其中，苎麻以其生长速度快、产量高、易存活等优点在我国广泛种植。苎麻纤维织成的织物具有透气、吸湿排汗等优点，是理想的夏季高级服装面料。但由于苎麻纤维的结晶度和取向度高、平直无卷曲等特性，导致其柔软性较差、可纺性差和对皮肤有刺痒感，这些问题的存在使其优点不能充分地发挥出来，从而极大地限制了它的使用。导致这一现象的主要原因是由于苎麻纤维的结晶度和取向度较高。如果能部分地消除苎麻纤维的结晶区或在结晶区表面吸附润滑剂以改变结晶区的结构，那么苎麻纤维的将适度膨化，则柔软性将增强。

目前，国内外对于麻类的柔软性整理有较多报道。潘红玮，张华，刘艳艳，翟学军，张立传，赵磊，胡秀东，王成国等分别对苎麻纤维进行了柔软性改性。从这些报道对纤维改性的结果来看，尽管取得了一些成绩，由于麻类纤维反应活性低的特点，给柔软性改性带来了一定难度，柔软性的改性存在很多不足之出，至少麻类纤维柔软性的工业化改性尚未实现。麻类的柔软性研究是纺织工业面临的一个重要课题，由于麻类本身所具有的结构特点，决定了其柔软性不及棉。苎麻在各种麻类中具有相对较多的优点，如生长周期短，易存活，产量大等，因此，提高其柔软性是目前亟待解决问题。

在市场上，纤维的柔软性改性剂较多，主要有氨基硅油系，脂肪酰胺系等。这些柔软剂由于亲水性较差，给苎麻织物的后整理工作带来不便，特别是染色。例如，申请号为201110210355.X的专利申请公开了一种洋麻改性剂，纤维素酶15～25重量份、氨基硅油微乳液10～20重量份、十二烷基硫酸钠1～10重量份、碳酸氢钠1～5重量份，该专利使用了氨基硅油，其使麻织物具有耐久的柔软作用和较好的亲水性和回弹性，但其对麻纤维的处理效果较差，对麻纤维处理后，麻纤维的纺纱性能明显降低。另外，授权公告号为CN1253613C的专利公开了一种苎麻纤维及其织物的柔软改性处理方法，将苎麻在常规脱胶后或是苎麻织物在交联处理液中浸渍，干燥，然后在120～140℃条件下交联3～8分钟，其中交联处理液是由交联剂、膨润剂、润湿剂、催化剂和水组成的。但是该方法需在高温下进行交联改性，能耗高，该方法还利用多种助剂作为交联处理液，但是各助剂在柔软改性处理方法中的作用机理未阐述清楚，且这些助剂最后都交联在苎麻纤维上，而没有将其多余的助剂脱除处理，这些附着在苎麻纤维上的助剂将对苎麻纤维后期的加工与整理产生负面影响。

发明内容

本发明针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，另外，本发明还提供了一种上述所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法与应用。

为了实现本发明的上述第一个目的，发明人经过大量的试验研究，开发出了一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量百分比含量的各原料制备而成：引发剂0.4～1%，单体5～15%，余量为水，其中，所述引发剂为双氧水和维生素C，所述单体为丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠。

进一步地，上述技术方案中所述甲基丙烯磺酸钠与丙烯酸的摩尔比为1:1～4。

进一步地，上述技术方案中所述双氧水和维生素C的摩尔比为1:1～2。

进一步地，上述技术方案中所述水优选为纯净水。

本发明的另一目的在于提供一种上述所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入水，然后将丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，并使烧瓶内溶液的温度维持5～20℃；

（2）在搅拌的条件下，将双氧水和维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2～3小时，滴加完毕后，继续搅拌2～3小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用碱液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂。

进一步地，上述技术方案中所述甲基丙烯磺酸钠与丙烯酸的摩尔比为1:1～4。

进一步地，上述技术方案中所述双氧水和维生素C的摩尔比为1:1～2。

进一步地，上述技术方案中所述碱液为浓度为30wt%的氢氧化钠溶液。

进一步地，上述技术方案中所述水优选为纯净水。

本发明的还一目的在于提供一种上述制得的水溶性柔软改性剂的应用，即，将上述所述制得的水溶性柔软改性剂用于制备改性苎麻纤维，所述改性苎麻纤维采用如下制备方法制得：

（1）将苎麻纤维浸入pH=11～12的碱液中，加热至60℃，浸渍2小时，然后向碱液中加入本发明上述制得的水溶性柔软改性剂，缓慢搅拌均匀后将苎麻纤维继续浸渍2h；

（2）浸渍完成后，将苎麻纤维取出，用水洗涤至纤维表面无任何残留改性剂，然后将洗涤后的苎麻纤维真空干燥，得到所述柔软性改性后的苎麻纤维。

进一步地，上述技术方案中所述水溶性柔软改性剂的用量占苎麻纤维重量的1～8%。

进一步地，上述技术方案中步骤（2）所述碱液为浓度为30wt%的氢氧化钠溶液。

进一步地，上述技术方案中在苎麻纤维浸渍期间，每间隔30min搅拌一次。

将本发明制得的全溶性柔软改性剂对苎麻纤维进行改性，苎麻纤维结晶区的氢氧根与改性剂的羧酸根发生酯化反应，导致纤维结晶度下降，纤维的结晶区减少；此外，柔软剂的磺酸根基团附着在纤维表面，磺酸根基团带负电荷，削弱了纤维之间的摩擦力，促进纤维更加柔软，因此，本发明方法制备的改性剂对苎麻纤维的柔软改性机理与以往报道的柔软改性机理明显不同，是一种全新的改性机理。另外，传统的丙烯酸单体的聚合一般采用加热分解引发剂，产生自由基，导致聚合反应发生；本发明在较低温度下采用氧化还原反应产生自由基，在此反应中，双氧水主要起到氧化剂的作用，维生素C主要起到还原剂的作用，在低温下，双氧水和维生素C发生氧化还原反应，产生自由基，导致丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠发生聚合反应。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明原料来源广泛，成本低，制得的柔软改性剂具有较强的亲水性，几乎可以与水互溶，对苎麻纤维改性后的废水处理简单，对环境无任何污染，绿色环保；

（2）将本发明制得的柔软改性剂对苎麻纤维进行改性，改性后，其弯曲强度降低了15～20%，拉伸强度增加了8～11%，初始弹性模量降低了16～21%，初始弹性模量的降低表明苎麻纤维的柔软性增强；

（3）本发明制备的柔软性改性剂为水溶性高分子，不含甲醛等有害物质，总碱量低，制备过程无需加热，中间产品无需分离，对苎麻纤维的后整理影响小，便于生产和质量控制；

（4）本发明制备方法操作简单，能耗低，无需采用热源制备，具有节能，环保等优点，因此，本发明的柔软改性剂及其制备方法适合工业化大规模生产，广泛应用于苎麻织造厂及与苎麻织造相关的其他产业。

具体实施方式

以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例的一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量份的各原料制备而成：

浓度为0.2mol/L的双氧水：10mL

浓度为0.2mol/L的维生素C水溶液:10mL

丙烯酸:2.3g

甲基丙烯磺酸钠：5g

纯净水：72.7g。

上述所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂采用如下低温制备方法制备而成，包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入72.7g纯净水，然后将2.3g丙烯酸和5g甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，控制烧瓶内溶液的温度为16℃；

（2）在搅拌的条件下，将10mL浓度为0.2mol/L的双氧水和10mL浓度为0.2mol/L的维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2小时，滴加完毕后，继续搅拌3小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用30wt%的氢氧化钠溶液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述改性剂的固含量为10.5%。

实施例2

本实施例的一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量份的各原料制备而成：

浓度为0.2mol/L的双氧水：10mL

浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液:10mL

丙烯酸:4.6g

甲基丙烯磺酸钠：5g

纯净水：70.4g。

上述所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂采用如下低温制备方法制备而成，包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入70.4g纯净水，然后将4.6g丙烯酸和5g甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，控制烧瓶内溶液的温度为20℃；

（2）在搅拌的条件下，将10mL浓度为0.2mol/L的双氧水和10mL浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2小时，滴加完毕后，继续搅拌3小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用30wt%的氢氧化钠溶液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述改性剂的固含量为11.1%。

实施例3

本实施例的一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量份的各原料制备而成：

浓度为0.4mol/L的双氧水：10mL

浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液:10mL

丙烯酸:6.9g

甲基丙烯磺酸钠：5g

纯净水：68.1g。

上述所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂采用如下低温制备方法制备而成，包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入68.1g纯净水，然后将6.9g丙烯酸和5g甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，控制烧瓶内溶液的温度为10℃；

（2）在搅拌的条件下，将10mL浓度为0.4mol/L的双氧水和10mL浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2.5小时，滴加完毕后，继续搅拌2.5小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用30wt%的氢氧化钠溶液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述改性剂的固含量为12.8%。

实施例4

本实施例的一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量份的各原料制备而成：

浓度为0.4mol/L的双氧水：10mL

浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液:10mL

丙烯酸:6.9g

甲基丙烯磺酸钠：5g

纯净水：68.1g。

上述所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂采用如下低温制备方法制备而成，包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入68.1g纯净水，然后将6.9g丙烯酸和5g甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，控制烧瓶内溶液的温度为6℃；

（2）在搅拌的条件下，将10mL浓度为0.4mol/L的双氧水和10mL浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为3小时，滴加完毕后，继续搅拌2小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用30wt%的氢氧化钠溶液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述改性剂的固含量为12.5%。

实施例5

本实施例的一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述水溶性柔软改性剂由如下重量份的各原料制备而成：

浓度为0.2mol/L的双氧水：10mL

浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液:10mL

丙烯酸:9.2g

甲基丙烯磺酸钠：5g

纯净水：65.8g。

上述所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂采用如下低温制备方法制备而成，包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入65.8g纯净水，然后将9.2g丙烯酸和5g甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，控制烧瓶内溶液的温度为18℃；

（2）在搅拌的条件下，将10mL浓度为0.2mol/L的双氧水和10mL浓度为0.4mol/L的维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2.5小时，滴加完毕后，继续搅拌3小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用30wt%的氢氧化钠溶液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，所述改性剂的固含量为13.1%。

应用试验例1

将上述实施例1制得的水溶性柔软改性剂用于制备改性苎麻纤维，所述改性苎麻纤维采用如下制备方法制得：

（1）在敞口烧杯中，将5g苎麻纤维浸入100gpH=11的氢氧化钠水溶液中，加热至60℃，浸渍2h；然后将2g实施例1制得的水溶性柔软改性剂加入到氢氧化钠水溶液中，用玻璃棒缓慢搅拌促进其混合均匀，再次将苎麻纤维浸渍2h，浸渍期间每隔30min搅拌一次；

（3）待浸渍完成后，取出苎麻纤维，水洗多次，直到几乎完全洗掉附着在所述苎麻纤维表面残留的改性剂，然后将洗净后的苎麻纤维真空干燥，即得到所述柔软性改性后的苎麻纤维。

将上述改性后的苎麻纤维和未经改性的苎麻纤维分别进行拉伸强度和弯曲强度测试，并计算初始模量。结果表明，本应用试验例改性后的苎麻纤维相对于未改性的苎麻纤维，其弯曲强度降低了15.1%，拉伸强度增加了10.4%，初始弹性模量降低了16.6%。

应用试验例2

按上述应用试验例1相同的改性方法将1.5g本发明实施例2制得的水溶性柔软改性剂用于改性5g苎麻纤维，制得柔软性改性后的苎麻纤维。

按上述应用试验例1相同测试、计算方法对本应用试验例改性后的苎麻纤维和未经改性的苎麻纤维的性能进行测试、计算，结果表明，本应用试验例改性后的苎麻纤维相对于未改性的苎麻纤维，其弯曲强度降低了14.1%，拉伸强度增加了9.6%，初始弹性模量降低了12.9%。

应用试验例3

按上述应用试验例1相同的改性方法将1g本发明实施例3制得的水溶性柔软改性剂用于改性5g苎麻纤维，制得柔软性改性后的苎麻纤维。

按上述应用试验例1相同测试、计算方法对本应用试验例改性后的苎麻纤维和未经改性的苎麻纤维的性能进行测试、计算，结果表明，本应用试验例改性后的苎麻纤维相对于未改性的苎麻纤维，其弯曲强度降低了16.1%，拉伸强度增加了10.6%，初始弹性模量降低了18.8%。

应用试验例4

按上述应用试验例1相同的改性方法将0.5g本发明实施例4制得的水溶性柔软改性剂用于改性5g苎麻纤维，制得柔软性改性后的苎麻纤维。

按上述应用试验例1相同测试、计算方法对本应用试验例改性后的苎麻纤维和未经改性的苎麻纤维的性能进行测试、计算，结果表明，本应用试验例改性后的苎麻纤维相对于未改性的苎麻纤维，其弯曲强度降低了17.1%，拉伸强度增加了9.3%，初始弹性模量降低了19.1%。

应用试验例5

按上述应用试验例1相同的改性方法将3g本发明实施例5制得的水溶性柔软改性剂用于改性5g苎麻纤维，制得柔软性改性后的苎麻纤维。

按上述应用试验例1相同测试、计算方法对本应用试验例改性后的苎麻纤维和未经改性的苎麻纤维的性能进行测试、计算，结果表明，本应用试验例改性后的苎麻纤维相对于未改性的苎麻纤维，其弯曲强度降低了19.8%，拉伸强度增加了8.6%，初始弹性模量降低了20.9%。

Claims (10)

1.一种用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，其特征在于：所述水溶性柔软改性剂由如下重量百分比含量的各原料制备而成：引发剂0.4～1%，单体5～15%，余量为水，其中，所述引发剂为双氧水和维生素C，所述单体为丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，其特征在于：所述甲基丙烯磺酸钠与丙烯酸的摩尔比为1:1～4。

3.根据权利要求1或2所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂，其特征在于：所述双氧水和维生素C的摩尔比为1:1～2。

4.一种根据权利要求1所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

（1）称取各组分原料，向三口烧瓶中加入水，然后将丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠分别加入三口烧瓶中，缓慢搅拌，混合均匀，并使烧瓶内溶液的温度维持5～20℃；

（2）在搅拌的条件下，将双氧水和维生素C水溶液分别同时滴加到步骤（1）所述烧瓶中，控制滴加时间为2～3小时，滴加完毕后，继续搅拌2～3小时，共聚反应制得丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物；

（3）将步骤（2）所述制得的丙烯酸-甲基丙烯磺酸钠共聚物用碱液中和至pH=7～8，即制得所述用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂。

5.根据权利要求4所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法，其特征在于：所述甲基丙烯磺酸钠与丙烯酸的摩尔比为1:1～4。

6.根据权利要求4所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法，其特征在于：所述双氧水和维生素C的摩尔比为1:1～2。

7.根据权利要求4所述的用于苎麻纤维的水溶性柔软改性剂的低温制备方法，其特征在于：步骤（3）所述碱液为浓度为30wt%的氢氧化钠溶液。

8.一种根据权利要求3所述的水溶性柔软改性剂制得的改性苎麻纤维，特征在于：所述改性苎麻纤维采用如下制备方法制得：

（1）将苎麻纤维浸入pH=11～12的碱液中，加热至60℃，浸渍2小时，然后向碱液中加入权利要求3所述的水溶性柔软改性剂，缓慢搅拌均匀后将苎麻纤维继续浸渍2h；

（2）浸渍完成后，将苎麻纤维取出，用水洗涤至纤维表面无任何残留改性剂，然后将洗涤后的苎麻纤维真空干燥，得到所述柔软性改性后的苎麻纤维。

9.根据权利要求8所述的改性苎麻纤维，特征在于：所述水溶性柔软改性剂的用量占苎麻纤维重量的1～8%。

10.根据权利要求8或9所述的改性苎麻纤维，特征在于：步骤（2）所述碱液为浓度为30wt%的氢氧化钠溶液。