改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的方法與流程

在本發(fā)明中，表述“編織”通常用于區(qū)分經(jīng)線和緯線，并用于區(qū)分針織服裝的織物。

在本說明書中，例如：

-動(dòng)物纖維意在涵蓋絨或毛纖維(如羊毛、羊駝毛、駱馬毛和羊絨等)；

-動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲意在涵蓋通過由全繭制絲而獲得的長(zhǎng)絲(如絲)；

-動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲意在涵蓋通過由次繭拆解獲得的長(zhǎng)絲(如廢絲)；

-植物纖維意在涵蓋從植物、灌木、花、根和葉獲得的所有纖維(如棉、亞麻、麻、黃麻、椰殼纖維、苧麻和竹纖維等)；

-表述“聚合物合成纖維”用來指代例如聚酰胺、聚酯、丙烯酸類和聚丙烯纖維等；

-人造天然纖維意在涵蓋例如人造絲粘膠、莫代爾、乙酸纖維、銅氨絲、天絲等；和

-表述“長(zhǎng)纖維”用來指代長(zhǎng)度為至少0.01m(即1cm)的纖維，此種纖維適合用于各種后續(xù)處理，如紡紗。

為了獲得墊料、紗線和無紡布，已知使用各種類型的纖維(單獨(dú)使用或相互混合使用)來獲得具有所需化學(xué)/物理性質(zhì)的產(chǎn)品。

因此，例如，在墊料的情況下(無論是沙發(fā)用還是護(hù)套用)，用來獲得墊料的纖維的特性是輕質(zhì)且有抗力的，從而在受載荷壓縮后可返回其初始狀態(tài)，并且非常希望的是可具有抗菌性、消毒性。

類似的考慮也適用于利用天然纖維制得的紗線或織布上，另外，在此種情況下，纖維的特性除了輕質(zhì)外還是柔軟的。

鑒于以上內(nèi)容，清楚的是當(dāng)前對(duì)能夠改進(jìn)諸如木棉纖維或普通動(dòng)物毛發(fā)纖維(毛)等天然纖維的化學(xué)/物理性質(zhì)存在強(qiáng)烈的需求，所述天然纖維單獨(dú)使用或與動(dòng)物天然纖維、植物纖維、聚合物合成纖維、人造天然聚合物纖維、動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲和/或動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲混合使用，以獲得墊料、紗線、織布或無紡布。

本發(fā)明的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)并提供一種用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的方法，所述纖維單獨(dú)使用或與動(dòng)物天然纖維、植物纖維、聚合物合成纖維、人造天然聚合物纖維、動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲和/或動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲混合使用，以獲得墊料、紗線、織布或無紡布，由此所述方法能夠滿足上述需求。

該技術(shù)問題通過權(quán)利要求1所述的用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的方法而解決。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明還提供了權(quán)利要求19所述的中空結(jié)構(gòu)天然纖維的應(yīng)用，以及權(quán)利要求20所述的木棉纖維的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明，中空結(jié)構(gòu)天然纖維至少部分地內(nèi)部涂覆有和/或至少部分地填充有適于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的物質(zhì)，從而改進(jìn)所述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)。

通過下文以非限制性實(shí)例的方式并參照附圖提供的關(guān)于部分優(yōu)選實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的方法的其他特征和優(yōu)勢(shì)變得顯而易見，附圖中：

圖1和2各自顯示了在用本發(fā)明的方法處理前使用掃描電子顯微鏡(SEM)分析的木棉纖維圖像；

圖3和4各自顯示了在用本發(fā)明的方法處理后使用掃描電子顯微鏡(SEM)分析的木棉纖維圖像；和

圖5顯示了在使用本發(fā)明的方法的處理步驟中用100倍放大的光學(xué)顯微鏡分析的木棉纖維圖像。

用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的方法包括以下步驟：

-制備動(dòng)物或植物源的中空結(jié)構(gòu)天然纖維，所述纖維單獨(dú)使用或與動(dòng)物天然纖維、植物纖維、聚合物合成纖維、人造天然聚合物纖維、動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲和/或動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲混合使用，其中，所述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的內(nèi)部空腔與外部液體連通；和

-制備適于改進(jìn)上述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的物質(zhì)。

有利的是，本發(fā)明的方法的特征在于，其包括用一種或多種上述物質(zhì)至少部分地內(nèi)部涂覆和/或至少部分地填充上述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的步驟，以獲得中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的改進(jìn)。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，在用本發(fā)明的方法處理后，上述中空結(jié)構(gòu)天然纖維包含木棉纖維、或由木棉纖維構(gòu)成，所述木棉纖維單獨(dú)地或與動(dòng)物天然纖維、植物纖維、聚合物合成纖維、人造天然聚合物纖維、動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲和/或動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲混合施用以獲得墊料、紗線、織布或無紡布。

由圖1和2看出，木棉纖維具有中空管狀結(jié)構(gòu)，其相對(duì)的兩端是開放的。因此，如下文所述，木棉纖維適于至少部分地內(nèi)部涂覆和/或填充。

作為空腔與外部液體連通的中空結(jié)構(gòu)天然纖維，還可以使用其他纖維(可能與木棉混合或與其他纖維混合)作為木棉的替代物。例如，可以使用常見的動(dòng)物毛發(fā)，即具有較大直徑纖維的動(dòng)物毛發(fā)，其至少部分是中空的，并具有與外部液體連通的空腔。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的方法包括制備包含上述物質(zhì)的溶液或浴的步驟，從而通過將中空結(jié)構(gòu)天然纖維浸入所制得溶液中來進(jìn)行上述的至少部分地內(nèi)部涂覆和/或至少部分地內(nèi)部填充上述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的步驟。

關(guān)于上述溶液或浴，應(yīng)當(dāng)注意，優(yōu)選pH值為4～7，更優(yōu)選pH值為4.5～7。

另外，應(yīng)當(dāng)注意，上述用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的物質(zhì)在溶液中以0.5％～15％(w/v)的濃度、優(yōu)選以1％～7％(w/v)的濃度存在。

上述用于至少部分地內(nèi)部涂覆和/或至少部分地內(nèi)部填充上述中空結(jié)構(gòu)天然纖維的物質(zhì)可以選自包含以下物質(zhì)的組：殼聚糖和/或其衍生物、抗菌劑、有效的抗蜱螨劑、消毒劑、增香劑、用于增大纖維回彈性的物質(zhì)和/或用于增大纖維抗斷裂性的物質(zhì)。

殼聚糖是來源于幾丁質(zhì)(甲殼動(dòng)物的外骨骼包含的蛋白)的天然聚合物，并由天然可再生的材料制成，條件是其能夠從食品工業(yè)副產(chǎn)物中獲得。

在各種實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，觀察到殼聚糖、殼聚糖寡聚物或其他殼聚糖衍生物(均具有中等或優(yōu)選較低的分子量)可有利地作為用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的物質(zhì)。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，上述于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的物質(zhì)包含分子量小于200,000Da、更優(yōu)選分子量小于100,000Da且還更優(yōu)選分子量為1,000～50,000Da的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物；或由分子量小于200,000Da、更優(yōu)選分子量小于100,000Da且還更優(yōu)選分子量為1,000～50,000Da的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物構(gòu)成。

例如，在上述物質(zhì)為殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或其他殼聚糖衍生物的情況下，在使用分子量均為2,000Da以下的量級(jí)的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或任何其他殼聚糖衍生物處理的纖維在所處理的纖維的回彈性和耐性增大方面以及在高抗菌特性、消毒特性和對(duì)抗蜱螨的有效性方面獲得了最佳的結(jié)果。

所用的液體溶液中殼聚糖的濃度為1％(w/v)的量級(jí)以上，條件是殼聚糖的濃度為至多15％(w/v)或至多20％(w/v)時(shí)可得到良好的結(jié)果。

在使用殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或低粘度殼聚糖衍生物(例如分子量均為1,000～5,000Da、優(yōu)選分子量為1,000～2,000Da量級(jí)的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物)時(shí)，所得結(jié)果非常良好。

除此以外，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)纖維為長(zhǎng)纖維、即長(zhǎng)度至少為0.01m(即1cm)量級(jí)的纖維時(shí)，填充和隨后涂覆天然纖維的中空結(jié)構(gòu)是特別成問題的。

這依賴于以下事實(shí)：將中空結(jié)構(gòu)天然纖維的內(nèi)部空腔視為實(shí)際上的毛細(xì)管，其橫截面尺寸無限小于軸向長(zhǎng)度。此種構(gòu)造阻礙了用包含上述物質(zhì)的溶液或浴在纖維的整個(gè)軸向長(zhǎng)度上填充天然纖維的內(nèi)部空腔。因此，在長(zhǎng)纖維的情況下，僅有中空結(jié)構(gòu)天然纖維的較短末端區(qū)域得到填充，并在該方法結(jié)束時(shí)進(jìn)行涂覆。

關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)注意，通常用于獲得墊料或紗線的纖維應(yīng)當(dāng)為以上限定的意義上的長(zhǎng)纖維，因?yàn)檫^短的纖維不適于紡紗，并且其甚至不適于獲得墊料等。

例如，切割為碎片(其軸向長(zhǎng)度小于0.005m、即5mm)的天然纖維不適于所述目的。

為了克服上述缺陷，根據(jù)本發(fā)明的方法的另一方面，提供了一種步驟，在該步驟中，將中空結(jié)構(gòu)天然纖維進(jìn)入前述液體溶液或浴中的同時(shí)，對(duì)中空結(jié)構(gòu)天然纖維使用超聲波處理。基本上，采用超聲波獲得對(duì)其中浸沒有中空結(jié)構(gòu)纖維的溶液的攪拌，還獲得在各種成分在溶液或浴中更好的分散。

前述通過超聲波的處理步驟可以例如通過將超聲波發(fā)射探針浸入前述溶液或浴中進(jìn)行。

應(yīng)當(dāng)注意，超聲波因其頻率(如20KHz的量級(jí))在液體溶液中誘發(fā)一定的振動(dòng)，其產(chǎn)生了伴有在液體溶液中形成氣泡的部分內(nèi)爆的微氣穴效應(yīng)，由此使得液體溶液或其中包含的一種或多種物質(zhì)更有效地滲透至所處理的天然纖維的空腔內(nèi)部，而不對(duì)由此處理的天然纖維的中空結(jié)構(gòu)造成任何破壞。

通過實(shí)驗(yàn)注意到，前述在溶液或浴中的超聲處理甚至對(duì)長(zhǎng)纖維也得到了最佳的填充，該長(zhǎng)纖維例如為軸向長(zhǎng)度甚至大于1cm、例如為3～5cm的量級(jí)的中空結(jié)構(gòu)天然纖維(特別是木棉)，此種處理能夠有利地在其整個(gè)延展上涂覆中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

其中浸沒有化學(xué)和/或物理性質(zhì)要改進(jìn)的中空結(jié)構(gòu)纖維的溶液或浴可以是基于水的類型、或基于其他溶劑(極性和非極性型)。

化學(xué)和/或物理性質(zhì)要改進(jìn)的中空結(jié)構(gòu)纖維的超聲處理時(shí)間可以為10～70分鐘的量級(jí)。

用于處理化學(xué)和/或物理性質(zhì)要改進(jìn)的中空結(jié)構(gòu)纖維的超聲波的功率可以為100～750瓦的量級(jí)。

根據(jù)優(yōu)選且有利的實(shí)施方式，在前述的將化學(xué)和/或物理性質(zhì)要改進(jìn)的中空結(jié)構(gòu)天然纖維浸入包含前述物質(zhì)的溶液的步驟之前，進(jìn)行對(duì)中空結(jié)構(gòu)天然纖維進(jìn)行抽真空處理的步驟?；旧希趯⑵溥M(jìn)入前述液體溶液之前，使中空結(jié)構(gòu)天然纖維暴露于低于大氣壓力的外部壓力，例如壓力為20％～90％的大氣壓力，優(yōu)選壓力為30％～80％的大氣壓力。

在實(shí)驗(yàn)中，將所要處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維進(jìn)行極高的減壓(相對(duì)于大氣壓力)時(shí)獲得了最佳的結(jié)果。

應(yīng)當(dāng)注意，在這種情況中，前述的將中空結(jié)構(gòu)纖維浸入液體溶液的步驟在從使要浸沒的纖維處于低于大氣壓力的外部壓力的初始條件開始獲得。作為實(shí)例，這可以通過準(zhǔn)備密閉容器獲得，該密閉容器設(shè)置有：

-經(jīng)第一閉合/截?cái)嚅y裝置與真空泵或其他等效裝置相連的入口，和

-經(jīng)第二閉合/截?cái)嚅y裝置與容納溶液的罐相連的入口，該溶液用于浸沒要處理的中空結(jié)構(gòu)纖維。

將要處理的中空結(jié)構(gòu)纖維置于前述密閉容器中。隨后，打開第一閥裝置，并啟動(dòng)真空泵以在容器內(nèi)部獲得低于大氣壓力的所需壓力值。然后，閉合第一閥裝置并打開第二閥裝置，使包含前述用于改善中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物質(zhì)性質(zhì)的物質(zhì)的液體溶液進(jìn)入容器中。由此，容器中容納的中空結(jié)構(gòu)天然纖維將浸入液體溶液中，同時(shí)其處于壓力低于大氣壓力的環(huán)境中。這使得液體溶液更多地滲透入天然纖維的空腔中，特別是當(dāng)使容器中的壓力接觸大氣壓力值時(shí)尤其如此。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括在從液體溶液中移出中空結(jié)構(gòu)天然纖維后，例如在烘箱中對(duì)中空結(jié)構(gòu)天然纖維進(jìn)行干燥的步驟。

可通過流通熱空氣或通過不同的干燥方法進(jìn)行的前述干燥過程可以延長(zhǎng)，以完全干燥中空結(jié)構(gòu)天然纖維，確保干燥后溶液中包含的物質(zhì)附著至中空結(jié)構(gòu)天然纖維的壁上。因此，甚至是天然纖維的空腔內(nèi)壁也被溶液中添加的上述物質(zhì)至少部分地涂覆/覆蓋、優(yōu)選完全涂覆/覆蓋，如圖3和4中可觀察到的那樣。

纖維的干燥可以在60℃～105℃的溫度下方便進(jìn)行。

圖5顯示了在包含所述物質(zhì)的溶液中浸沒的一些中空結(jié)構(gòu)天然纖維，描繪了先前獲得的使用液體溶液對(duì)管狀空腔的部分填充。

在溶液中添加的用于改進(jìn)中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物理性質(zhì)的前述物質(zhì)是殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物的情況下，可以提供下述步驟：對(duì)施加于中空結(jié)構(gòu)天然纖維的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)和/或經(jīng)紫外線交聯(lián)。

這樣能夠獲得殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物與經(jīng)處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維的永久附著，而即使在隨后的數(shù)個(gè)洗滌循環(huán)或進(jìn)一步的固定步驟(如干燥)后，也確保由于殼聚糖的存在而具有的有益效果隨時(shí)間的耐久性。

另外，殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物的交聯(lián)能夠賦予經(jīng)處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維更大的機(jī)械物理耐性和長(zhǎng)久的有效對(duì)抗蜱螨的消毒效應(yīng)。

有利的是，殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物的前述交聯(lián)可以例如通過例如暴露于紫外線而物理獲得，或者通過向浸沒有要處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維的溶液中添加檸檬酸和/或丙烯酸單體(例如HEMA)而化學(xué)獲得。

應(yīng)當(dāng)注意，雖然殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物通過暴露于紫外線的交聯(lián)僅對(duì)經(jīng)處理的天然纖維外部存在的殼聚糖有效，而通過向浸沒有中空結(jié)構(gòu)天然纖維的溶液中添加合適的物質(zhì)進(jìn)行的化學(xué)交聯(lián)甚至對(duì)附著于天然纖維空腔中的殼聚糖、殼聚糖寡聚物和/或殼聚糖衍生物也有效。

清楚的是，天然纖維的內(nèi)部空腔壁的至少部分涂覆實(shí)質(zhì)上能夠使經(jīng)處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維的吸附表面加倍。這對(duì)于獲得過濾元件包含經(jīng)處理的中空結(jié)構(gòu)天然纖維的過濾器是特別有用的。

根據(jù)另一方面，要滲透進(jìn)入天然纖維空腔的物質(zhì)可以由環(huán)糊精、納米膠囊和/或微膠囊擔(dān)載/負(fù)載。

鑒于以上內(nèi)容，清楚的是本發(fā)明的上述方法能夠滿足本說明書開始部分中描述的需求主題，因而能夠用能改善中空結(jié)構(gòu)天然纖維的化學(xué)和/或物質(zhì)性質(zhì)的一種或多種物質(zhì)至少部分地內(nèi)部涂覆和/或至少部分地填充處理的前述中空結(jié)構(gòu)天然纖維。

以上描述的技術(shù)內(nèi)容易于進(jìn)行多種修改和變型，其均落入所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)。

另外，使用木棉作為中空結(jié)構(gòu)天然纖維是極為有利的，這不僅在于木棉纖維具有適于內(nèi)部涂覆或填充的末端開放的中空管狀構(gòu)造，還在于木棉纖維是極為輕質(zhì)且柔軟的。

如上所述，中空結(jié)構(gòu)天然纖維、特別是木棉適合用于單獨(dú)地或與動(dòng)物天然纖維、植物纖維、聚合物合成纖維、人造天然聚合物纖維、動(dòng)物源的連續(xù)長(zhǎng)絲和/或動(dòng)物源的非連續(xù)長(zhǎng)絲混合獲得墊料、紗線、織布或無紡布。

前述中空結(jié)構(gòu)天然纖維與其他類型的纖維混合使用能夠獲得具有最優(yōu)特性的纖維混合物。