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CN119221326A - 一种改性的纤维织物及其制备方法 - Google Patents

一种改性的纤维织物及其制备方法 Download PDF

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CN119221326A
CN119221326A CN202411375314.XA CN202411375314A CN119221326A CN 119221326 A CN119221326 A CN 119221326A CN 202411375314 A CN202411375314 A CN 202411375314A CN 119221326 A CN119221326 A CN 119221326A
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CN
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carboxymethyl cellulose
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Application number
CN202411375314.XA
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吴达成
陈耀彬
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Jiangmen Proudly Water soluble Plastic Co Ltd
Original Assignee
Jiangmen Proudly Water soluble Plastic Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种改性的纤维织物及其制备方法,属于纤维素技术领域,解决现有技术中CMC‑H改性纤维产品中存在钠、钾残留在吸水材料上,影响吸水材料的生物相容性技术问题。本发明提供的改性的纤维织物及其制备方法,纤维织物原料以保持纤维状为基础,依次经过改性处理为羧甲基纤维素、氨气铵化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;纤维织物原料以保持纤维状改性处理反应,具体为改性处理反应过程中,纤维织物原料的纤维分子中,葡萄糖分子中1,4‑糖苷键连接形成平行排列的纤维素链不发生改变,对纤维的分子链上占据特定的碳位置C6、C2、C3上特定化学基团进行改性反应,保证产品纸或非织造布的柔软度和物理性能。

Description

一种改性的纤维织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维素技术领域,具体为一种改性的纤维织物及其制备方法。
背景技术
市面上的吸水材料包括有普通吸水材料和高分子吸水材料,普通吸水材料如纸、棉织品等,因其吸水量有限而难以广泛应用。相对来说,高分子吸水材料在卫生护理、医疗、工业、农林等方面的应用更为广泛。其中,由高吸水性树脂做成的吸水垫,具有优越的吸水性能和保水性,但由于聚丙烯类高吸水性树脂的生物降解性差,易造成地下水及土壤环境污染。为此,人们开始研究环保型的吸水材料。
纤维素是D-葡萄糖单体间脱水、以β-1,4-葡萄糖苷键的形式连接起来的长链天然高聚物,其中C6位上的羟基为伯醇羟基,而C2、C3上的羟基为仲醇羟基。以纤维素为原料制备的吸水材料,具有良好的降解性和生物相容性,其利用纤维素C2、C3、C6上的羟基H被羧甲基取代,先做成相对吸水较小的CMC-H过渡材料,再经过碱化获得对应的吸水材料。现有通过抄造或者非织造的CMC-H材料,其通过加入氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾等使钠离子或钾离子结合到CMC-H未反应的氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾会残留在吸水材料上,影响吸水材料的生物相容性,难以较好地应用于卫生护理、医疗等领域。
羧甲基纤维素铵是利用纤维素制备的另一种衍生材料,现有羧甲基纤维素铵的制备方法如专利申请号为CN201110457650.5公开的一种羧甲基纤维素铵的制备方法、专利申请号为CN202011249366.4公开的一种高粘度羧甲基纤维素铵的制备方法等,均是以粉末态为产品形式,通常作为特殊用途的一种粘合剂,主要用于高品质的SCR脱硝催化剂。另外,纤维吸水除纤维材料本身的之外,还依靠纤维之间的“毛细现象”,即纤维之间的空隙在水接触后,由于毛细现象水会沿纤维缝隙运动,一部分水会填充在纤维间隙,而粉末状的羧甲基纤维素铵“毛细现象”的吸水特征较小。因此在现有技术中羧甲基纤维素铵难以作为纤维素吸水材料被加以利用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足,本发明提供了一种反应设计巧妙,维持反应顺利进行的同时,省去未结合的非挥发性钠离子、钾离子残留的问题,以此提高羧甲基纤维素铵吸水材料的制备效率和产品纯度,获得的羧甲基纤维素铵吸水材料具有优异的吸水性、保水性、生物可降解性和生物相容性,能够较好地应用于卫生护理、医疗、工业、农林等领域的改性的纤维织物及其制备方法和应用。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:本发明提供的改性的纤维织物,纤维织物原料以保持纤维状为基础,依次经过改性处理为羧甲基纤维素、氨气铵化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
纤维织物原料以保持纤维状改性处理反应,具体为改性处理反应过程中,纤维织物原料的纤维分子中,葡萄糖分子中1,4-糖苷键(即C1与C4之间的连接)连接形成平行排列的纤维素链不发生改变,对纤维的分子链上占据特定的碳位置C6、C2、C3上特定化学基团进行改性反应。
优选的,氨气铵化处理至羧甲基纤维素铵的纤维织物中取代度为0.2-3.0,羧甲基纤维素铵分子中碳位置C6、C2、C3上特定化学基团的端位改性基团包括-CH2COONH4,其含量范围限定4.3%—58.9%,且-CH2COONH4直接与纤维的葡萄糖单元相连接,且羧甲基纤维素铵的纤维织物中纤维的断裂强度大小不小于纤维织物原料中纤维的断裂强度的60%。
优选的,纤维素纤维为天然纤维素纤维和/或再生纤维素纤维;纤维素纤维长度不低于0.5mm。纤维素纤维可以采用棉、麻、竹、秸秆等天然纤维素纤维,也可以采用粘胶、天丝、铜胺、莫代尔等再生纤维素纤维,又或者采用上述两大类纤维的混合纤维,可适用面广,原料来源丰富,具有良好的市场前景。
优选的,改性处理为羧甲基纤维素过程中,以保持纤维素纤维的纤维状为基础,依次进行碱化和醚化,随后加入酸液混合均匀,酸液中酸的体积百分比浓度≥29%,经酸化反应后获得改性物为羧甲基纤维素CMC-H。
改性的纤维织物的制备方法,纤维织物原料以保持纤维状为基础,依次经过改性处理为羧甲基纤维素、氨气铵化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
纤维织物原料以保持纤维状改性处理反应,具体为改性处理反应过程中,纤维织物原料的纤维分子中,葡萄糖分子中1,4-糖苷键(即C1与C4之间的连接)连接形成平行排列的纤维素链不发生改变,对纤维的分子链上占据特定的碳位置C6、C2、C3上特定化学基团进行改性反应。
优选的,纤维织物原料为纤维素纤维,纤维素纤维长度不低于0.5mm;
改性处理为羧甲基纤维素过程中,以保持纤维状为基础,依次进行碱化和醚化,随后加入酸液混合均匀;酸液中酸的体积百分比浓度≥29%,经酸化反应后获得改性物为羧甲基纤维素CMC-H;
水洗后,得水洗纤维;
再将制得的水洗纤维,用氨气进行氨化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
氨气铵化处理至羧甲基纤维素铵的纤维织物中取代度为0.2-3.0,羧甲基纤维素铵分子中碳位置C6、C2、C3上特定化学基团的端位改性基团包括-CH2COONH4,其含量范围限定4.3%—58.9%,且-CH2COONH4直接与纤维的葡萄糖单元相连接,且羧甲基纤维素铵的纤维织物中纤维的断裂强度大小不小于纤维织物原料中纤维的断裂强度的60%。
优选的,水洗至水洗残液的pH≥4.0后,得到水洗纤维。
优选的,用氨气进行氨化处理步骤中的后处理干燥步骤为加热干燥,加热干燥铵化后的纤维织物、获得的热量同步除去反应中未结合的氨气,且加热干燥至羧甲基纤维素铵的纤维织物中含水率≤15%,此时的干燥是逐步将含水量控制到≤15%,能够在一定程度上减少纤维因短时间内失水过多而发生形变的情况,从而获得机械强度更为优异的羧甲基纤维素铵吸水材料。
优选的,用氨气进行氨化处理步骤中,采用先进行制片,后进行铵化处理步骤,此种制布方式可操性更强,制片适用的工艺较多,相对来说干燥步骤少,生产效率更高,具体为:
先将水洗纤维采用抄造或非织造工序制成初成片,随后将初成片用氨气进行铵化处理,得到铵化纤维片。
优选的,将水洗纤维制成初成片过程中,
当采用抄造制片时,在抄造的步骤中,先将水洗纤维投入纯净水、或普通纤维-水的分散液中分散均匀后,进行抄造制片,水洗纤维与普通纤维投入的重量比为10-100:90-0;在抄造的步骤中,水洗纤维和普通纤维的总添加量按0.3-1.5wt%进行抄纸,抄纸单层厚度为7-30g/m2。若纤维含量过少、厚度过小,其获得的初成片破损率较高;若纤维含量过多、厚度过大,则会影响初成片后续的干燥效率和效果,因此本发明的制备方法使用上述抄造参数时,产品性能最优。
当采用非织造工序制片时,在非织造的步骤中,将水洗纤维先与普通纤维混匀后,非织造制片,水洗纤维与普通纤维投入的重量比为10-100:90-0,在非织造的步骤中,水洗纤维和普通纤维采用机械、热粘或化学等方法加固成非织造布,克重为9-600g/m2。非织造工艺可选择多种加工方式,如热轧、水刺、针刺等。热轧工艺克重较低,针刺工艺克重较高,因此本发明的克重可以根据不同的工艺需要在9-600g/m2的范围内调整。
本发明制片中的抄造是将水洗纤维分散均匀后再进行抄造;非织造则是将水洗纤维进行定向或随机排列,形成纤网结构,然后再采用机械、热粘或化学等方法加固。优选的,普通纤维为竹纤维、棉纤维、木纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、聚乳酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、涤纶、晴纶、丙纶和ES纤维中的一种或多种。本发明的水洗纤维可以根据需要制备纯羧甲基纤维素铵纤维片,也可以配合其他普通纤维制成复合纤维片。其中纯羧甲基纤维素铵纤维片吸水性和保水率更为优异;而复合纤维片由于其他普通纤维素的掺入具有更为优异的物理性能。普通纤维添加,物理性能与可加工性均得以增强,天然纤维素能予水洗纤维增加支撑;再生纤维素纤维加工前可根据需要增加纤维的裁切长度,增加吸水材料的拉伸性能;还添加的聚乳酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、涤纶、晴纶、丙纶和ES纤维均具有热塑性,拓展非织造工艺种类。
优选的,用氨气进行氨化处理步骤中,采用先进行铵化处理,后进行制片步骤,具体为:
先将水洗纤维进行初步干燥,再用氨气对水洗纤维进行铵化处理生成为CMC-NH4的纤维,然后加热风道除去未结合的氨气,得到的纤维干料均匀平铺后进行针刺,得到铵化纤维片。
优选的,酸具有生物相容性的酸,具体酸为醋酸、柠檬酸、盐酸、硝酸、甲酸的一种或多种。
优选的,酸化为多次酸化操作,至纤维酸化反应充分,且酸化总时长为0.8h-1.5h。通过多次酸化操作,可以进一步确保,纤维整体处于高浓度酸中进行有效充分酸化,进而保证酸化反应充分。
优选的,酸液中还包含体积百分比浓度为0-50%的醇;醇为甲醇、乙醇、异丙醇的一种或多种。在制备CMC-H的步骤中,加酸浓度较低时,所含水会对未充分酸化的CMC-Na有一定的溶胀和溶解性,难以较好地保持纤维形态,又结合“纤维在醇中难以溶解,可以保持纤维形态”的特点,本发明中通过添加适量的醇能起到良好的抑制纤维溶胀和溶解作用,以此更好地使纤维素保持纤维形态。若制备CMC-H的步骤中加酸浓度较高,此时纤维发生溶胀和溶解的程度较低,便可以省去醇的添加。采用甲醇、乙醇和异丙醇均是常见的低沸点醇,其与水具有良好的互溶性,对纤维素的干扰较小,也方便后续去杂。
优选的,氨气由液态氨、氨水或氨-醇水在温度为0-130℃,压力为102kPa至低于氨气在对应温度下的液化蒸汽压的条件下蒸发获得。以上液态氨、氨水或氨-醇水均在设定温度和压力下挥发生成氨气;当压力低于102kPa时,此时压力略低于基本大气压,铵化容器即使是排空空气,充入氨气时也很难均匀触及将初成片纤维,导致反应不均匀;压力上限低于氨气在对应温度的液化蒸汽压,这是因为氨气液化后,纤维会直接溶解到液体中,难以保持纤维形态,使后续产品发硬。另一方面,当温度低于0℃,氨气的穿透性不好,难以结合;温度>130℃,其基本接近纤维素的碳化温度,容易导致纤维强度下降。
该吸水材料能够较好地应用于卫生护理、医疗、工业、农林等领域,改性的纤维织物的应用,将上述方法制得的改性的纤维织物具有良好的吸水性,同时兼具良好的生物可降解性和生物相容性,可广泛应用于卫生护理、医疗、工业、农林等领域。
本发明提供了一种改性的纤维织物及其制备方法。具备以下有益效果:
(1)本发明的改性的纤维织物及其制备方法,采用纤维素纤维为原料,整个过程以保持纤维状进行改性处理反应过程中,同时充分考虑羧甲基纤维素钠的钠离子脱除率,对酸化过程中酸浓度进行严格管控,用氨气在适宜的温度和压力下进行铵化,然后进行干燥并除去未结合的氨气,巧妙设计协同增效,最终保证产品纸或非织造布的柔软度和物理性能。
本发明在保证反应顺利进行的同时,能够有效恢复纤维优异的吸水性和保水性;后续在干燥过程中,一方面多余的氨水能直接挥发,另一方面氨水挥发的同时能带走一部分水分,可有效、快速地脱水,提高干燥效率。另外,原料的生物可降解性相对较高,再加上体系中未添加钠离子等,因此获得的羧甲基纤维素铵吸水材料又兼具优异的生物可降解性和生物相容性。
本发明的改性的纤维织物的制备方法,与现有技术中羧甲基纤维素钠纤维制备方法相比,其在维持反应顺利进行的同时,省去未结合的非挥发性钠离子、钾离子的残留,显著提高羧甲基纤维素铵吸水材料的制备效率和产品纯度,获得的羧甲基纤维素铵吸水材料具有优异的吸水性、保水性、生物降解性,能够较好地应用于工业、农林等领域。
(2)本发明的改性的纤维织物,可适用面广,原料来源丰富,具有良好的市场前景。
(3)本发明的改性的纤维织物的制备方法,通过将“制片-氨气铵化-干燥”或者“干燥-氨气铵化-针刺-干燥”的技术,对比使用碱金属的氢氧化钠与氢氧化钾,氢氧化钠、氢氧化钾制备成水/醇溶液,该溶液便会将干燥后的水洗纤维溶解,进而难以做成片材。
而若先将CMC-H纤维先做成初成片,浸入该溶液中生成CMC-Na或CMC-K,虽然获得的材料在干燥后也能达到高吸水的目的,但是由于未结合到纤维素-COOH上的Na、K会残留在纤维上,导致纤维发硬或生物相容性降低。而本发明采用具有挥发性的NH3作为结合-COOH的阳离子,未生成CMC-NH4的NH3虽然也会残留在纤维上,但是由于NH3的可挥发性,可于在干燥时去除,达到产物吸水材料具有良好的生物相容性,能够较好地应用于卫生护理、医疗等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的改性的羧甲基纤维素铵的纤维织物(布)的实物照片图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
纤维原料(纤维素纤维):本发明中既可以采用天然纤维素纤维,又可以采用再生纤维素纤维,本申请选用竹纤维、棉纤维、粘胶纤维和天丝的市售产品作为代表;
普通纤维:本申请主要采用竹纤维、棉纤维、木纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、聚乳酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、涤纶、晴纶、丙纶和ES纤维中的一种或多种。本申请以竹纤维和涤纶作为代表;
碱化剂:包括氢氧化钠、氢氧化钾等,本申请仅以氢氧化钠进行举例说明,具体采用CAS号为1310-73-2的氢氧化钠市售产品;
醚化剂:包括氯乙酸、氯乙酸钠、环氧丙烷等,本申请仅以氯乙酸进行举例说明,具体采用CAS号为79-11-8的氯乙酸市售产品;
醇:本申请选用甲醇、乙醇、异丙醇的市售产品作为代表;
酸:本申请选用醋酸、柠檬酸、盐酸、硝酸的市售产品作为代表;
氨气:自制。
以下结合附图、实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例1
制备改性的纤维织物的方法,包括以下步骤:
原料处理:取绝干重量为10kg竹片切割成30-40cm长、2-3cm宽的片状,用蒸馏水浸泡12h后放入蒸煮器中,采用硫酸盐法制浆,蒸煮工艺为:用碱量20%(以NaOH计),硫化度(以Na2S计)20%,料液比1:4,用2h逐步升温至170℃后继续保温反应2h,蒸煮完成后将制得的竹浆用蒸馏水洗净,用筛缝为0.15mm的平板筛过滤,去除杂质后烘干水分即获得竹纤维;
制备CMC-H:取1kg竹纤维,在保持纤维的纤维形态的前提下进行碱化和醚化,即先加入30wt%氢氧化钠溶液中反应,在65℃下碱化1h,碱化获得碱化纤维素纤维;再将0.8kg醚化液加入到碱化纤维素纤维中进行醚化,醚化液具体成分为氯乙酸45wt%、乙醇35wt%和蒸馏水20wt%,在65℃下醚化2.5h,获得醚化纤维素;
随后加入酸液混合均匀,其中酸液按体积百分比计由35%醋酸、65%纯净水组成,酸液的添加量100kg,分两次添加酸液,每次50kg,第一次加入酸液后搅拌酸化0.5h,沥干后进行第二次酸液的补入,补入酸液后继续搅拌酸化0.5h,获得羧甲基纤维素CMC-H;
水洗:将CMC-H进行用纯净水进行水洗,至水洗残液的pH≥4后,获得水洗纤维;
抄造:将水洗纤维投入水分散液中搅拌分散均匀,分散体系的1.0wt%进行抄纸,抄纸厚度为15g/m2,获得初成片;
铵化:将初成片收卷成直径15cm的布卷,置于密闭容器中,温度在25±5℃条件下通入氨气,压力调节在200-300kPa进行铵化,反应时间为2h;
干燥与除去未结合的氨气:将铵化后的初成片置于65℃的烘道中加热干燥6min,至含水率为10%,即得铵化纤维片——羧甲基纤维素铵吸水材料,实物照片参见图1。
实施例2
制备改性的纤维织物的方法,包括以下步骤:
制备CMC-H:取1kg市售的粘胶纤维,纤维长度为3.8cm,在保持纤维形态的前提下进行碱化和醚化,即先加入27wt%氢氧化钠溶液中反应,在65℃下碱化0.8h,碱化获得碱化纤维素纤维;再将0.8kg醚化液加入到碱化纤维素纤维中进行醚化,醚化液具体成分为氯乙酸45wt%、乙醇35wt%和蒸馏水20wt%,在65℃下醚化2.0h,获得醚化纤维素;随后加入酸液混合均匀,其中酸液按体积百分比计由30%柠檬酸、70%纯净水组成,酸液的添加量100kg,分两次添加酸液,每次50kg,第一次加入酸液后搅拌酸化0.5h,沥干后,进行第二次酸液的补入,补入酸液后继续搅拌酸化0.5h,获得CMC-H;
水洗:将CMC-H进行用纯净水进行水洗,至水洗残液的pH≥4后,获得水洗纤维;
非织造:将梳理好的水洗纤维进行直铺或交叉重叠铺网,利用高压水对纤维网进行穿刺,使纤维缠结成布,干燥后形成45g/m2水刺布初成片;
铵化:将初成片收卷成直径10cm的布卷,置于密闭容器中,温度在65±5℃条件下通入氨气,压力调节在600-700kPa进行铵化,反应时间为45min;
干燥与除去未结合的氨气:将铵化后的初成片置于65℃的烘道中加热干燥6min,至含水率为15%,即得铵化纤维片——羧甲基纤维素铵吸水材料。
实施例3
制备改性的纤维织物的方法,包括以下步骤:
制备CMC-H:取1kg市售的棉纤维,纤维长度为0.3-1.5cm,在保持纤维形态的前提下进行碱化和醚化,即先加入27wt%氢氧化钠溶液中反应,在65℃下碱化反应0.8h,碱化获得碱化纤维素纤维;再将0.8kg醚化液加入到碱化纤维素纤维中进行醚化,醚化液具体成分为氯乙酸45wt%、乙醇35wt%和蒸馏水20wt%,在65℃下醚化2.0h,获得醚化纤维素;随后加入酸液混合均匀,其中酸液按体积百分比计由60%醋酸和40%纯净水组成,酸液的添加量100kg,分两次添加酸液,每次50kg,第一次加入酸液后搅拌酸化0.5h后进行第二次酸液的补入,补入酸液后继续搅拌酸化0.5h,获得CMC-H;
水洗:将CMC-H进行用纯净水进行水洗,至水洗残液的pH≥4后,获得水洗纤维;
抄造:将水洗纤维投入到水分散液中搅拌分散均匀,分散体系总重量的1.5wt%进行抄纸,抄纸厚度为30g/m2,获得初成片;
铵化:将初成片收卷成直径12cm的布卷,置于密闭容器中,温度在125±5℃条件下通入氨气,压力调节在1400-1500kPa进行铵化,反应时间为30min;
干燥与除去未结合的氨气:将铵化后的初成片置于65℃的烘道中加热干燥6min,至含水率为12%,即得铵化纤维片——羧甲基纤维素铵吸水材料。
实施例4
制备改性的纤维织物的方法,包括以下步骤:
制备CMC-H:取1kg市售的天丝纤维,单丝纤度为3.0dtex,纤维长度为0.5-0.8cm,在保持纤维形态的前提下进行碱化和醚化,即先加入28wt%氢氧化钠溶液中反应,在65℃下碱化反应1.2h,碱化获得碱化纤维素纤维;再将0.7kg醚化液加入到碱化纤维素纤维中进行醚化,醚化液具体成分为氯乙酸45wt%、乙醇35wt%和蒸馏水20wt%,在65℃下醚化1.2h,获得醚化纤维素;随后加入酸液混合均匀,其中酸液按体积百分比计由37%醋酸、3%盐酸、60%纯净水组成,酸液的添加量100kg,分两次添加酸液,每次50kg,第一次加入酸液后搅拌酸化0.5h后进行第二次酸液的补入,补入酸液后继续搅拌酸化0.5h,获得CMC-H;
水洗:将CMC-H进行用纯净水进行水洗,至水洗残液的pH≥4后,获得水洗纤维;
抄造:将水洗纤维投入到水的分散液中搅拌分散均匀,分散体系的1.2wt%进行抄纸,抄纸厚度为20g/m2,获得初成片;
铵化:将初成片收卷成直径15cm的布卷,置于密闭容器中,温度在25±5℃条件下通入氨气,压力调节在200-300kPa进行铵化,反应时间为2h;
干燥与除去未结合的氨气:将铵化后的初成片置于65℃的烘道中加热干燥6min,至含水率为11%,即得铵化纤维片——羧甲基纤维素铵吸水材料。
实施例5-实施例6
实施例5和实施例6是在实施例1的方法基础上,不同之处在于将制备CMC-H步骤中的酸化浓度进行调整。其中,实施例5中醋酸浓度下调至28%,纯净水比例上调至72%;实施例6中将醋酸浓度下调至16%,纯净水比例上调至84%。
实施例7
实施例7在实施例1的方法基础上,不同之处在于将制备CMC-H步骤中的酸化时间进行调整。其中,实施例7中酸化时间0.4h。
实施例8-实施例9
实施例8-实施例9在实施例1的方法基础上,方法中不同之处在于,将氨化的氨气变为氨溶液浸泡。其中,实施例8为33%氨水;实施例9为10%氯化铵水溶液。
实施例10-实施例11
实施例10-实施例11在实施例1的方法基础上,不同之处在于,抄造环节将水洗纤维投入普通纤维-水的分散液中搅拌分散均匀,其中,实施例10的普通纤维为上述原料准备的木纤维;实施例11的普通纤维为上述原料准备的麻纤维;并控制水洗纤维和普通纤维的重量比为50:50、水洗纤维和普通纤维的重量和为分散体系的1.0wt%进行抄纸,抄纸厚度为15g/m2,获得初成片。
实施例12-实施例13
实施例12-实施例13在实施例2的方法基础上,不同之处在于,非织造环节将水洗纤维与普通纤维按照50:50的比例进行混合梳理。其中,实施例12的普通纤维为上述原料准备的再生纤维素纤维;实施例13的普通纤维为上述原料准备的ES纤维;并将梳理好的纤维进行直铺或交叉重叠铺网,利用高压水对纤维网进行穿刺,使纤维缠结成布,干燥后形成45g/m2水刺布初成片。
对比例1
制备改性的纤维织物的方法,包括以下步骤:
取1kg过60目筛网的竹纤维粉末进行碱化和醚化,即先加入30wt%氢氧化钠溶液中反应,在65℃下碱化1h,碱化获得碱化纤维素纤维;再将0.8kg醚化液加入到碱化纤维素纤维中进行醚化,醚化液具体成分为醋酸45wt%、蒸馏水55wt%,在65℃下醚化2.5h,获得醚化纤维素;随后加入酸液混合均匀,其中酸液按体积百分比计由35%醋酸、30%乙醇和35%纯净水组成,酸液的添加量100kg,分两次添加酸液,每次50kg,第一次加入酸液后搅拌酸化0.5h后进行第二次酸液的补入,补入酸液后继续搅拌酸化0.5h。在酸化过程中,竹纤维粉末难以维持纤维形态而发生溶解,无法进行后续的水洗、抄造、铵化和干燥工序。由此可见,本发明的改性的纤维织物羧甲基纤维素铵吸水材料需要基于纤维形态的原料才能制备获得。
性能检测试验
将实施例1-实施例13以及对比例1制得的吸水材料进行下列性能测试,空白组为实施例2的原料粘胶纤维,检测结果见表2。
1、取代度
根据GB 1886.232-2016测定实施例1-13中醚化纤维素的取代度。
2、吸水性和保水性
将实施例1-17制得的吸水材料裁成直径为10cm的待测样,先称取待测样浸泡前的质量m1(g),再将待测样浸泡在去离子水中,12h后取出并充分沥干水分后称其质量m2(g),然后将充分吸收水分的待测样放置于65℃的烘箱内干燥,记录待测样的重量恢复到m1(g)时所需的干燥时长(h),同步计算吸水材料的吸水率=[(m2-m1)/m1]*100%,其中吸水率越高说明吸水性越好,干燥时长越长说明保水性越好。
3、纤维机械强度和柔韧性
根据GB/T14337-2022测定吸水材料中纤维原料的干断裂强度、湿断裂强度和断裂伸长率,干断裂强度、湿断裂强度和断裂伸长率都是越大越好,其中干断裂强度和湿断裂强度代表机械强度,断裂伸长率代表柔韧性。
4、抄片抗张强度测试
按照GB/T12914-2008,将测试片裁成100mmx100mm,单位m/N。
5、非织造片断裂强力的测定
按照纺织标准FZ/T 60005方法测试。
6、关于-CH2COONH4含量的测定方法
根据如下公式计算w(-CH2COONH4)含量,即
w(-CH2COONH4)=N%*76/14*100%,其中,N%为通过元素分析仪或者凯氏法或者Kjeldahl法测定出羧甲基纤维素铵产品中的含氮量。
表2实施例1-13以及对比例1的性能检测表
结合表2,可得其中:实施例1,原料为纤维素原竹纤维素,通过实施本发明的方法工序后,所获改性的纤维织物羧甲基纤维素铵吸水材料制品取代度为0.4,吸水率为自身重量的176倍,吸水性能优;抄片抗张强度为230N/m,处理完成后其纤维仍然维持优良的物理性能。
实施例2,原料为再生纤维素纤维的粘胶纤维,通过实施本发明的方法工序后,所获制品取代度为0.33,由于再生纤维素纤维皮新结构的因素,取代度相比实施例1略微下降;其吸水率为自身重量的201倍,吸水性能优;纤维干断裂强度2.1cN/dtex,纤维断裂伸长率22%,均与空白组对照相比,处理完成后的纤维干断裂强度未明显下降,说明本发明制备方法过程中原料纤维始终未发生降解。非织造片断裂强力165N,非织造布强度较好。
实施例3,原料为棉纤维,通过实施本发明的方法工序后,所获制品取代度为0.55;吸水率达到为自身重量的170倍,吸水性能优;抄片抗张强度为310N/m,仍保持纤维原料优良的物理性能优。
实施例4,原料为再生纤维素纤维的天丝纤维,通过实施本发明的方法工序后,所获制品取代度为0.22,由于再生纤维素纤维皮新结构的因素,取代度相比实施例1略微下降;吸水率为自身重量的217倍,吸水性能优。纤维干断裂强度4.97cN/dtex,纤维断裂伸长率18%,相比粘胶纤维,天丝纤维有着原料纤维更优异的物理性能,纤维湿断裂强度1.9cN/dtex。非织造片断裂强力115N,因天丝纤维表面光滑,布的断裂强力相比粘胶纤维布,有所下降好。
综上,由上述本发明实施例1-实施例4制得的羧甲基纤维素铵吸水材料的性能检测结果可以得到,采用本发明制备改性的纤维织物的方法制得的改性的纤维织物,获得的改性的纤维织物羧甲基纤维素铵吸水材料,对原来纤维的原始物理性能影响不大,在保持原料纤维的优良物理性能基础上,同时还因为羧甲基纤维素铵带来的特殊基团,使其具有优异收到吸水性、保水性和生物可降解性,还因其自己自身结构中无潜在的细胞毒性,具有优良的生物相容性,能够较好地应用于卫生护理、医疗、工业、农林等领域。本发明制得的羧甲基纤维素铵吸水材料的吸水倍率与-COONH4的关系,通过本发明的工艺实施,纤维素在C2、C3、C6位有三种基团,即-OH、-COOH和-COONH4。首先,从水分子与亲水基团相互作用角度出发,相似相溶,根据基团的极性程度,与水分子的相互作用从强到弱的排序是-COONH4、-COOH、OH。由此,-COONH4亲水性更好,-COONH4基团的吸水性能显著优于-COOH和-OH基团。
另一方面,-COONH4基团是离子性基团,在水溶液中将电离成-COO-和NH4 +离子。-COO-是固定在纤维素链上的,而NH4 +却可以自由移动,正是因为NH4 +离子的存在,造成了渗透压的不同。当材料接触水时,微观的纤维素纤维网束张展,NH4 +电离产生网内外离子浓度差,从而造成水分子以渗透压作用向网结构内渗透。由此,当-COONH4基团含量越高,水分子向纤维素内渗透越多。而-OH、-COOH并不存在离子渗透压现象,所以,吸水率不如-COONH4基团。
基于水分子与材料内电负性强的氧原子结合形成氢键,H显+1价;N显-3价,因此,-COONH4中的O原子电负性强于-OH和-COOH氢。-COONH4含量较高时,自由水与O形成氢键而被禁锢,形成冻结水,进而形成凝胶状态,具有良好的保水性。所以本发明的羧甲基纤维素铵吸水材料中羧甲基纤维素铵分子中碳位置C6、C2、C3的端位改性基团包括-CH2COONH4,其含量范围限定4.3%—58.9%,且-CH2COONH4直接与纤维的葡萄糖单元相连接,均可以实现本发明的高吸水性能。
本发明制备方法中采用纤维素纤维为原料,适用于天然纤维素纤维和/或再生纤维素纤维,先通过对酸化过程中酸浓度的严格管控,再用氨气在“温度为0-130℃、压力为102kPa至低于氨气在对应温度下的液化蒸汽压”的条件下进行铵化,后进行干燥并除去未结合的氨气,由此使纤维素始终保持纤维形态,保证产品纤维的物理性能,进而保证其对应的产品纸或非织造布的柔软度和物理性能。在维持反应顺利进行的同时能省去有机溶剂以及钠离子、钾离子等杂质的掺入,以此提高改性的纤维织物羧甲基纤维素铵吸水材料的制备效率和产品纯度。
实施例5和实施例6,结果可知,当本发明酸化方法中采用酸浓度低于29%时,其中含水率太高导致纤维在酸化时发生大量溶胀或溶解。因为实施例5和实施例6中的纤维发生大量溶胀或溶解,无法进行检测。
实施例7中制品性能检测结果可知,其与实施例1相比,基本方法与参数相同,不同之处在于其采用的酸化时间减短,并因酸化时间减短,导致吸水率下降,为吸自身重量的119倍,抄片抗张强度90N/m。
实施例8和实施例9中制品性能检测结果,与实施例1相比,基本方法与参数相同,不同之处在于其氨化选择氨溶液,由于酸化后的纤维溶于氨溶液而导致纤维发生大量溶胀或溶解,无法进行检测。
实施例10和实施例11制备方法是在实施例1的方法基础上,不同之处在于,抄造环节将水洗纤维投入普通纤维-水的分散液中搅拌分散均匀,其中,实施例10添加的普通纤维为木纤维;实施例11添加的麻纤维;并控制水洗纤维和普通纤维的重量比为50:50。测得,吸水率分别为自身重量的67倍和77倍;抄片抗张强度由于普通纤维的添加而增强,分别为260N/m和330N/m。
实施例12~13在实施例2的制备方法基础上,不同之处在于,非织造环节将水洗纤维与普通纤维按照50:50的比例进行混合梳理。测得,吸水率分别为自身重量的114倍和121倍,非织造片断裂强力分别为209N和480N,实施例13普通纤维为ES纤维,由于ES纤维性能,使得非织造片断裂强大大增强。
应用例
本发明实施例1-实施例4制得改性的纤维织物吸水材料均具有优异的吸水性、保水性、生物降解性,以及优异的生物相容性,所以可较好的应用于卫生护理、医疗、工业、农林等领域,具体可以制成吸水垫、吸水纸、吸水条等进一步应用于包括但不限于卫生巾、创面敷料、面膜等。
以上仅是本发明的实施例而已,例如,纤维素纤维可以采用棉、麻、竹、秸秆等天然纤维素纤维,也可以采用粘胶、天丝、铜胺、莫代尔等再生纤维素纤维,又或者采用上述两大类纤维的混合纤维;普通纤维为竹纤维、棉纤维、木纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、聚乳酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、涤纶、晴纶、丙纶和ES纤维中的一种或多种;酸为具有生物相容性的酸,具体酸为醋酸、柠檬酸、盐酸、硝酸、甲酸的一种或多种。本发明的水洗纤维可以根据需要制备纯羧甲基纤维素铵纤维片,也可以配合其他普通纤维制成复合纤维片,均可以实现本发明的改性的纤维织物及其制备方法。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种改性的纤维织物,其特征在于,纤维织物原料以保持纤维状为基础,依次经过改性处理为羧甲基纤维素、氨气铵化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
所述纤维织物原料以保持纤维状改性处理反应,具体为改性处理反应过程中,纤维织物原料的纤维分子中,葡萄糖分子中1,4-糖苷键(即C1与C4之间的连接)连接形成平行排列的纤维素链不发生改变,对纤维的分子链上占据特定的碳位置C6、C2、C3上特定化学基团进行改性反应。
2.根据权利要求1所述的一种改性的纤维织物,其特征在于,所述氨气铵化处理至所述羧甲基纤维素铵的纤维织物中取代度为0.2-3.0,所述羧甲基纤维素铵分子中碳位置C6、C2、C3上特定化学基团的端位改性基团包括-CH2COONH4,其含量范围限定4.3%—58.9%,且-CH2COONH4直接与纤维的葡萄糖单元相连接,且所述羧甲基纤维素铵的纤维织物中纤维的断裂强度大小不小于所述纤维织物原料中纤维的断裂强度的60%。
3.根据权利要求2所述的一种改性的纤维织物,其特征在于,所述纤维织物原料为纤维素纤维,所述纤维素纤维为天然纤维素纤维和/或再生纤维素纤维;所述纤维素纤维长度不低于0.5mm。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种改性的纤维织物,其特征在于,所述改性处理为羧甲基纤维素过程中,以保持纤维素纤维的纤维状为基础,依次进行碱化和醚化,随后加入酸液混合均匀,所述酸液中酸的体积百分比浓度≥29%,经酸化反应后获得改性物为羧甲基纤维素CMC-H。
5.一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,纤维织物原料以保持纤维状为基础,依次经过改性处理为羧甲基纤维素、氨气铵化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
所述纤维织物原料以保持纤维状改性处理反应,具体为改性处理反应过程中,纤维织物原料的纤维分子中,葡萄糖分子中1,4-糖苷键(即C1与C4之间的连接)连接形成平行排列的纤维素链不发生改变,对纤维的分子链上占据特定的碳位置C6、C2、C3上特定化学基团进行改性反应。
6.根据权利要求5所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述纤维织物原料为纤维素纤维,所述纤维素纤维长度不低于0.5mm;
所述改性处理为羧甲基纤维素过程中,以保持纤维状为基础,依次进行碱化和醚化,随后加入酸液混合均匀;所述酸液中酸的体积百分比浓度≥29%,经酸化反应后获得改性物为羧甲基纤维素CMC-H;
水洗后,得水洗纤维;
再将制得的水洗纤维,用氨气进行氨化处理后,得到改性物为羧甲基纤维素铵的纤维织物;
所述氨气铵化处理至所述羧甲基纤维素铵的纤维织物中取代度为0.2-3.0,所述羧甲基纤维素铵分子中碳位置C6、C2、C3上特定化学基团的端位改性基团包括-CH2COONH4,其含量范围限定4.3%—58.9%,且-CH2COONH4直接与纤维的葡萄糖单元相连接,且所述羧甲基纤维素铵的纤维织物中纤维的断裂强度大小不小于所述纤维织物原料中纤维的断裂强度的60%。
7.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述水洗至水洗残液的pH≥4.0后,得到水洗纤维。
8.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述用氨气进行氨化处理步骤中的后处理干燥步骤为加热干燥,加热干燥铵化后的纤维织物、获得的热量同步除去反应中未结合的氨气,且加热干燥至所述羧甲基纤维素铵的纤维织物中含水率≤15%。
9.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述用氨气进行氨化处理步骤中,采用先进行制片,后进行铵化处理步骤,具体为:
先将所述水洗纤维采用抄造或非织造工序制成初成片,随后将所述初成片用氨气进行铵化处理,得到铵化纤维片。
10.根据权利要求9所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,将所述水洗纤维制成初成片过程中,
当采用抄造制片时,在抄造的步骤中,先将所述水洗纤维投入纯净水、或普通纤维-水的分散液中分散均匀后,进行抄造制片,所述水洗纤维与所述普通纤维投入的重量比为10-100:90-0;
当采用非织造工序制片时,在非织造的步骤中,将所述水洗纤维先与普通纤维混匀后,非织造制片,所述水洗纤维与所述普通纤维投入的重量比为10-100:90-0。
11.根据权利要求10所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述普通纤维为竹纤维、棉纤维、木纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、聚乳酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、涤纶、晴纶、丙纶和ES纤维中的一种或多种。
12.根据权利要求8所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述用氨气进行氨化处理步骤中,采用先进行铵化处理,后进行制片步骤,具体为:
先将所述水洗纤维进行初步干燥,再用氨气对所述水洗纤维进行铵化处理生成为CMC-NH4的纤维,然后加热风道除去未结合的氨气,得到的纤维干料均匀平铺后进行针刺,得到铵化纤维片。
13.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述酸具有生物相容性的酸,具体酸为醋酸、柠檬酸、盐酸、硝酸、甲酸的一种或多种。
14.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述酸化为多次酸化操作,至纤维酸化反应充分,且所述酸化总时长为0.8h-1.5h。
15.根据权利要求13所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述酸液中还包含体积百分比浓度为0-50%的醇;所述醇为甲醇、乙醇、异丙醇的一种或多种。
16.根据权利要求6所述的一种改性的纤维织物的制备方法,其特征在于,所述氨气由液态氨、氨水或氨-醇水在温度为0-130℃,压力为102kPa至低于氨气在对应温度下的液化蒸汽压的条件下蒸发获得。
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