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1、纤维改性的研究摘 要：本文以几种纤维素为代表，概述了纤维的改性研究，着重介绍了其改性手段及方法。最后简单了解纤维改性的新进展，做出总结。关键词：纤维；改性；研究进展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 modif
2、ication of new progress，make a summary.Key words：fiber；modification；research advance 改性纤维是指借化学或物理的方法使常规化学纤维品种的某些性能(如吸湿性、染色性、抗静电性、阻燃性等)加以改进而派生的一系列新纤维的总称。在保持纤维原有优良性能的基础上，对纤维进行改性，以克服其固有的缺陷，拓宽其应用范围。1. 天然蛋白纤维改性天然蛋白纤维主要包括蚕丝、蜘蛛丝和羊毛纤维。但通常所说的天然蛋白纤维的改性研究主要是针对蚕丝和羊毛纤维而言。1.1 蚕丝纤维改性研究人们对蚕丝纤维的改性研究，主要集中两方面：一是从制丝工艺上
3、着手，研制真丝新材料。二是从真丝后整理工艺上入手，利用增重改性、接枝改性、化学试剂整理开发具有抗皱、抗菌、阻燃、防紫外线等新型功能的真丝或织物。1.1.1 增重技术 对多根丝线进行并股或用乙醇系环氧化合物和一元羟酸的碱金属盐水溶液对真丝绸进行浸渍处理。1.1.2 抗皱技术( 1) 辐射接枝共聚改性技术：通过辐射接枝共聚，在丝绸织物上辐射接枝特殊的丙烯酸酯类单体，也可以利用射线的激发作用，在高聚物大分子链上引发活性基，与各种单体反应，产生新的支链结构，从而显著提高抗皱效果，同时改善染色性能，从而克服真丝绸易皱、易泛黄、易褪色等本质性缺陷。( 2) 蛋白质分子设计与蚕基因重组生物抗皱技术：利用生物
4、技术将所需要的抗皱基因组合输入家蚕体内，培育新蚕种，则有希望使之吐出抗皱丝。( 3) 等离子体技术：用等离子刻蚀、盐缩丝处理等系列丝纤维改性技术加工而成的多孔穴型真丝纤维在相同条件下，其蠕变柔量比普通真丝纤维大，且抗皱性好。1.1.3 抗菌防臭整理技术纺织品抗菌防臭整理方法主要有4 种：( 1) 利用化学改性将抗菌纤维基团接枝到纤维上。( 2) 在纺丝过程中，把抗菌剂加入丙烯腈或聚酰胺等聚合物中混练纺丝。( 3) 用物理改性使抗菌剂侵入纤维表层较深的部位。( 4) 复合纺技术。如将抗菌防臭剂掺到纤维皮层或作为并列复合纤维的一部分复合纺丝。具有海岛结构、镶嵌结构的复合抗菌防臭纤维尚在开发中。1.
5、2 羊毛改性研究 羊毛纤维具有光泽柔和、手感好、保温性好、耐磨有弹性等优点，但机洗后的毡缩问题是羊毛织物服用性的一大障碍。对羊毛进行改性的技术一般有：拉伸细化技术；鳞片减量法；鳞片掩盖法；低温等离子体法；纳米技术。1.2.1 拉伸细化技术 羊毛拉伸细化技术是将羊毛纤维拉伸，使分子链伸直，并固定下来。拉伸后，纤维细度更细，纤维长度更长，长度和强力比普通羊毛纤维好，表面更光滑，有丝一样的光泽，但也存在一些生产工艺问题：如长度离散大，主体基数偏低； 部分羊毛在拉伸后出现染色过快的问题，易产生染色缸差，毛团内外层也产生色差。1.2.2 鳞片减量法羊毛鳞片减量法改性是将羊毛表面鳞片层全部或部分腐蚀去除，
6、露出内部的皮质层，使羊毛的细度、手感、抗毡缩性等服用性能得到改善。如利用过硫酸及其盐类、过醋酸和KMnO41等的氧化性对羊毛进行改性，该方法能有效地剥除羊毛表层的鳞片、降低摩擦因数和消除刺痒感。1.2.3 鳞片掩盖法 主要有两种方法，一是树脂处理法，利用树脂在纤维表面覆盖，形成一层连续薄膜，掩盖了毛纤维鳞片结构，降低了定向摩擦效应，达到防缩抗起球的目的，常用的树脂整理剂有超低甲醛树脂、硅硐类树脂、有机硅类树脂、聚氨酯类树脂、氢胺树脂、内烯酸酯树脂等； 二是溶胶凝胶法，利用凝胶在羊毛纤维表面产生一层薄膜，可以改善羊毛光泽，使手感光滑，而且，溶胶凝胶和固色剂双重固色后，牢度比单纯用固色剂或溶胶凝胶
7、有一定的提高。2上述的两种方法虽可改善羊毛纤维的光泽，但纤维表面的薄膜使织物变得硬挺，手感不适。1.2.4 等离子体法 在等离子体的两种刻蚀同时作用下，在羊毛鳞片表面形成凹坑，同时产生凸状沉积物，生成一系列含氧、含氮极性基团，由此增加纤维表面的微观粗糙度。经等离子体处理的羊毛纤维细度和长度变化不大，断裂强力增加，摩擦因数显著提高，增加了纺纱过程中纤维之间的抱合力，而且有亲水基团引入，这些都将改善羊毛纤维的防缩性、亲水性，提高上染速率和固色率，以及缩短染色平衡时间，但是手感会变得粗糙。1.2.5 纳米技术 纳米材料与纤维的结合只是简单的物理吸附，不耐水洗，不能够达到“永久”整理的目的，羊毛纤维经
8、氧化改性后，再用纳米ZnO 整理，3可使纳米微粒与纤维“永久”结合，从而提高单纤维强力，而且使细度变细，不仅可以修补损伤的羊毛纤维，降低定向摩擦效应，而且可防缩。42. 麻纤维的改性麻纤维是从各种麻类植物提取的纤维的统称。以苎麻纤维的改性为例。 2.1 碱法改性 苎麻纤维的碱法改性已在工业化生产中得到应用。大部分现行改性工艺都是在浓碱中溶胀生成碱纤维素，溶胀后的苎麻纤维在硫酸浴内分解消晶，碱纤维素与酸直接进行中和反应，纤维素内部产生溶胀作用，从而降低了结晶长度，提高了苎麻纤维的断裂伸长能力，也改善了苎麻纤维的勾强和干强。苎麻纤维经碱法改性处理后，卷曲度和勾强提高，初始模量降低，抱合力增强，改善
9、了纺纱性能。2.2 液氨改性液氨作为膨化剂对苎麻纤维的微观结构有明显的消晶作用和取向作用阁。实验证明，液氨不仅可以到达苎麻纤维的无定形区，还可以到达其晶面和晶区内，与纤维素大分子生成氨纤维素复合物，从而破坏纤维素大分子间的氢键网络，使纤维大分子取向度下降，并使晶格发生一定的溶胀作用，导致纤维的结晶度下降。2.3 磺化改性 苎麻纤维的磺化改性是纤维素的磺化反应，即碱纤维素与二硫化碳作用生成纤维素磺酸醋。磺化改性效果的影响因素有：二硫化碳的用量、反应温度、反应时间、磺酸化的副反应等。苎麻纤维的磺化改性存在的主要问题是工艺流程较长，而且二硫化碳是有毒物质，生产成本也较高。2.4 离子液体改性 选用1
10、一甲基一3一烷基咪哇一四氟硼酸类离子液体作苎麻整理剂，其中烷基分别为：乙基、正丁基、正己基、正辛基、正十二烷基和正十八烷基。通过整理，苎麻纤维的一些性能得到了改善，如具有良好的匀染性和透染性。2.5 无甲醛型改性与麻纤维经烷基改性技术相似圈，无甲醛改性交联技术采用乙二醛、二经基乙烯脉、聚缩醛、什二经基乙基矾、丙二醇、二缩水甘油醚、硝基烷烃等其中任一种不含甲醛的交联剂，在催化剂存在条件下，将碱纤维素浸渍其中，再挤干，高温焙烘交联变性后，碱纤维具有柔软性、卷曲性，改善了纤维的回弹性。变性后纤维还具有较好的吸湿性与抗静电性，制成的织物比化学纤维织物更舒适、透气、少站污，更合乎穿着卫生的要求。53.
11、活性炭纤维3.1 活性炭纤维的改性原理 活性炭纤维( ACF) 是20 世纪60- 70 年代，在碳纤维工业基础上发展起来的新一代多孔吸附材料，吸附能力较一般的活性炭高110 倍，且容易再生。目前常用的改性方法主要通过改变ACF 的孔隙结构和表面化学结构来提高ACF 的吸附性能和氧化性能。3.2 化学活化改性 化学活化改性主要是利用化学物质使ACF 进一步碳化和活化，从而创造出更加丰富的微孔。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类。经盐酸预处理30min 的ACF 碘吸附量比不经任何预处理的ACF 碘吸附量高出约10% 。用硫酸铜溶液处理后，ACF 的苯酚去除率比未改性
12、的高6，而经高锰酸钾和氢氧化钾溶液处理后对苯酚的吸附量下降。3.3 氧化改性 氧化改性主要是利用强氧化剂在适当的温度下对ACF 表面的官能团进行氧化处理，从而提高表面的含氧酸性基团的含量，增强表面的极性。用浓硫酸氧化处理后，ACF 表面含氧官能团发生变化，羧基随氧化处理时间的延长而降低； 酚羟基含量是随着氧化时间的增加而增加的，内酯基在氧化处理过程中，先是增大后减少，整体上对有机物的吸附量增加也相应增加。用空气氧化处理能使活性炭纤维进一步活化，比表面积和微孔容积增加；浓HNO3 或H2O2氧化使活性炭纤维比表面积减小，并产生一定数量的中孔。3.4 负载金属及金属化合物改性负载金属及金属化合物改
13、性是使金属离子在ACF 表面首先吸附，再利用ACF 的还原性，将金属离子还原成单质或低价态的离子，通过金属或金属离子对被吸附物较强的结合力，从而增加ACF 对被吸附物的吸附性能。研究发现，ACF 负载TiO2 光催化技术在苯酚废水降解中，苯酚去除率可达88.2%。以KMnO4和NH3 H2O 为原料合成纳米MnO2，负载于PAN 基活性炭纤维表面，ACF-MnO2 材料在室温下可以将甲苯氧化为CO2，并且对高浓度的甲苯气体具备很强的抗穿透能力。负载金属铈盐后，比表面积虽然降低10% 20%，但表面氧含量从原来的11% 提高至25%。7同时负载金属铁盐的ACF 在常温下有较好的吸附性能。3.5
14、电化学改性 电化学极化活性炭纤维时，通过控制活性炭纤维表面带有电荷，溶液中带有相反电荷的离子由于静电作用会富集于活性炭纤维和溶液界面的双电层中，当去极化或改变极化方向时，原来被电吸附的离子又可以在一定程度上重新释放出来，可以现场再生活性炭纤维。通过选择极化电位和极化方式，可以影响活性炭纤维的吸附能力和增加吸附容量，同时实现各种被吸附物的脱附，或以电化学降解的方法脱除被吸附的物质。3.6 其他的改性方法 除上述主要的改性方法，还有其他较先进的只处于研究阶段的ACF 改性技术，如固定化生物活性炭纤维、远程等离子体表面改性、1173K 高温改性等。84. 纤维改性新进展4.1 纳米粒子改性PBO 纤
15、维 聚对苯撑苯并双噁唑( PBO) 纤维，纳米粒子处理是一种新兴的对PBO 纤维进行处理的方法。这种方法主要采用将纳米粒子添加到PBO 高聚物中再进行液晶纺丝或者直接将处理后的纳米粒子涂覆在PBO 纤维表面。经纳米粒子处理后的PBO 纤维的表面性能得到了很大提高，尤其是其抗紫外性能的提高，为PBO纤维在其复合材料的应用领域的拓展做了很大的贡献。94.2 生物改性与物理、化学方法相比生物改性的条件温和对纤维素损伤小、能耗低、对环境友好。生物技术属于一种新的、能实现的技术，可改造纤维类产品的性能。10生物技术尤其是高效、专一的酶制剂在纤维改性方面有着广阔的应用前景。酶处理羊毛改性生产能耗低，废液易生物降解，符合环保要求，成为近年来羊毛改性处理研究的热点之一。11木质纤维素改性酶已经用于改善制浆造纸工艺。复合纤维素酶对机械浆和麦草浆滤水性能改善主要是改善浆的滤水性能、改善浆的强度的性能、降低打浆能耗，改善纸浆的返黄。另外，由于漆酶独特的反应机制， 它还应用于改性纤维活化木素产生黏合作用、或在高木素含量的制浆中在木素的活化点上接枝化合物，改善浆纤维的性能。12但酶处理的成本高、可控性差、以及预处理的污染、对羊毛的细胞间质的破坏和酶存留持续作用产生的损伤等，均是较难解决的问题。在工业化生产方面，酶应用于纸浆的纤维改性还需要更多技术的介入。5. 结语随着纺织工业的
