纤维素纤维的亲水处理方法和亲水性纤维素纤维制造方法技术

本发明专利技术提供一种用于纤维素纤维的亲水处理的方法，其能够防止着色或纤维强度降低。亲水处理方法包括在含有N-氧基化合物和用于所述N-氧基化合物的再氧化剂的第一反应溶液中使纤维素纤维氧化的第一氧化步骤；和在含有用于氧化醛基的氧化剂的第二反应溶液中使在所述第一氧化步骤中得到的氧化纤维素纤维氧化的第二氧化步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于纤维素纤维的亲水处理的方法和一种用于制造亲水性纤维素纤维的方法。
技术介绍
在此之前，高的吸湿和散湿特性对于例如内衣的棉质衣服产品(纤维素纤维产品)已经是必不可少的功能，且被认为是区分各种产品的因素。在各种用于纤维素纤维的亲水处理的方法中，一种典型的方法是将纤维素中的羟基氧化为羧基。例如，专利文献1和2公开一种使用次氯酸钠作为主要氧化剂将β -葡萄糖的伯羟基氧化为羧基的方法。不同于使用碱和一氯醋酸的部分羧甲基化、或将队04加到氯仿中的羧化，该方法不使用有毒或有害的物质，因此使得能够安全且有效地引入羧基。引用清单日本未审查专利公开第10-251302号日本未审查专利公开第2001-49591号
技术实现思路
技术问题在上述的迄今已知的处理方法中，将起到主要氧化剂作用的次氯酸钠(NaClO) 水溶液加入含有催化剂量的NaBr和TEMPO的纤维素纤维水分散液中，从而促进氧化反应 (TEMPO催化的氧化反应)。在该处理方法中，PH值由于反应过程中羧基的产生而降低；因此，将稀氢氧化钠水溶液(通常为约0. 5M的NaOH)不断地加到反应体系中以使体系的pH 值保持在8 11的范围内。图5和6示出，使用起到主要氧化剂作用的次氯酸钠和催化剂量的溴化钠(NaBr) 和TEMPO将纤维素的伯羟基经醛氧化为羧基。如图7(a)所示，天然纤维素由结晶微纤维单元(由30 100纤维素分子组成，结晶度为65 95% )组成。上述方法选择性地仅将天然纤维素的微纤维表面上的C6伯羟基氧化为羧基或醛基，同时保持纤维素微纤维的高结晶结构，从而使纤维素纤维亲水。然而，由本专利技术者进行的进一步研究显示出如下所述的迄今已知的处理方法和通过该方法制造的纤维素纤维的问题。(1)首先，发现通过迄今已知的处理方法制造的亲水性纤维素纤维具有显著差的纤维强度。鉴于该问题，本专利技术的目的是提供用于纤维素纤维的亲水处理的方法和用于制造能够保持纤维强度的亲水性纤维素纤维的方法。(2)还发现，通过迄今已知的处理方法制造的亲水性纤维素纤维经历由热引起的颜色改变。这在将纤维用于纯白衣物时可能使质量变差。鉴于该问题，本专利技术的另一个目的是提供亲水处理方法以及能够制造出不经历由3热引起的颜色改变的亲水性纤维素纤维的制造亲水性纤维素纤维的方法。(3)另一个问题是，尽管通过第一和第二氧化步骤以及脱卤步骤连同纤维素纤维 C6位置的羧化在纤维素纤维表面引入更多羧基，纤维的C2和C3位置也被部分氧化，从而产生酮。鉴于该问题，本专利技术的又一目的是提供亲水处理方法和制造亲水性纤维素纤维的方法，其还包括，在上述步骤后，使用还原剂来进行以使产生的酮还原的还原工艺。技术方案为解决上述问题，根据本专利技术的用于纤维素纤维的亲水处理的方法和用于制造亲水性纤维素纤维的方法包括，在含有N-氧基化合物和用于该N-氧基化合物的再氧化剂的第一反应溶液中使纤维素纤维氧化的第一氧化步骤，和在含有用于氧化醛基的氧化剂的第二反应溶液中使在第一氧化步骤中得到的氧化纤维素纤维氧化的第二氧化步骤。该方法在第一氧化步骤中使纤维素C6位置的羟基氧化从而将醛基和羧基引入到纤维素中，之后使在第一氧化步骤中产生的醛基在第二氧化步骤中氧化为羧基。该方法使得在第一氧化步骤中纤维素纤维的特定特征所需的迅速氧化成为可能，并且使得在第二氧化步骤中醛基能够被羧基取代，所述醛基可能引起降解或颜色改变。通过进行这些步骤，本专利技术完成了用于纤维素纤维的亲水处理的方法和用于制造亲水性纤维素纤维的方法，其可以解决上述问题(1)和O)。在迄今已知的处理方法中，TEMPO催化的氧化在pH值为8 11的弱碱条件中进行，直至得到所期望的亲水性。因而，如图8的中心所示，醛(CHO)在C6位置作为中间体产生。该醛在PH值为8 11的条件中很容易经历消除反应；因而，推测纤维素的分子链如图8右手侧所示而断裂，从而减少得到的纤维素纤维的强度。此外，在迄今已知的处理方法中，在纤维素微纤维表面上产生的醛基即使在洗涤纤维素纤维后仍留存，尽管其量少于羧基，即，0. 5mmol/g或更少(通常为0. 3mmol/g或更少)。认为残留的醛基因与具有醛基的还原糖的焦糖化相同的反应而引起颜色改变。相反的是，尽管第一氧化步骤产生醛，本专利技术的方法在第二氧化步骤中快速氧化醛，从而制造出大体上无醛基的氧化纤维素。因此，本专利技术防止因醛基的反应引起的纤维素分子链的断裂，从而制造强度优异的亲水性纤维素纤维。此外，因为通过本专利技术的方法制造的亲水性纤维素纤维是无醛的，即使在加热工序或通过加热的干燥工序后也不会经历颜色改变。因此，本专利技术制造白度高的亲水性纤维素纤维。优选实施以上方法使得第一反应溶液的pH值不低于8且不高于12，并且第二反应溶液的PH值不低于3且不高于7。根据该方法，第一氧化步骤有效地促进纤维素C6位置的羟基的反应，且第二氧化步骤有效地促进醛基至羧基的氧化反应，从而在使得纤维素纤维亲水的同时保持其强度并防止由加热引起的颜色改变。具体来说，通过将用于第二氧化步骤中的第二反应溶液的条件从酸性调节为中性，可以防止由弱碱到强碱条件引起的β-消除反应，从而防止在第二氧化步骤中由在第一氧化步骤中引入的醛基引起的纤维强度的降低。优选实施以上方法使得卤素氧化剂用作再氧化剂或氧化醛基用氧化剂，并且方法还包括在第二氧化步骤中得到的氧化纤维素纤维的脱卤步骤。该方法在亲水处理之后防止氯在纤维素纤维中的残留，从而防止由残余氯引起的纤维素纤维的白度降低或脆化。优选实施以上方法使得将次卤酸或其盐用作再氧化剂，并将亚卤酸或其盐用作氧化醛基用氧化剂。这些氧化剂的使用使得在第一氧化步骤中纤维素C6位置的伯羟基的高效氧化反应成为可能，并且还使得在第二氧化步骤中C6位置的醛基至羧基的有效氧化反应成为可能。还可以使用过氧化氢和氧化酶的混合物、或过酸作为氧化醛基用氧化剂。优选实施以上方法使得向第二反应溶液中加入缓冲剂。在该方法中，不需要加入酸或碱来保持pH ；从而，该方法不需要pH计。该优点使得反应容器能够在第二氧化步骤中密封。这进一步使得可以向反应体系施加热或压力。此外，密封的反应容器防止从反应溶液中产生的气体泄漏到反应体系外，从而增加亲水处理方法的安全水平。此外，这还防止通过分解氧化剂产生的气体扩散到大气中。这有助于降低氧化剂的量。优选实施以上方法使得向第一反应溶液中加入渗透剂。该方法使得在第一氧化步骤中氧化能够进行到纤维素纤维的内部，从而提高亲水处理的程度。可实施第一氧化步骤使得，通过将纤维素纤维浸在含有N-氧基化合物的溶液的处理浴中并向处理浴中加入所需量的再氧化剂来进行氧化。该方法使得能够将待加入反应体系中的再氧化剂的量精确调节至大体上在第一氧化步骤中有助于反应的量。这有助于降低再氧化剂的量，从而降低亲水处理的成本。优选实施以上方法使得在加入再氧化剂的同时使处理浴的pH值保持恒定。通过基于pH值由此向处理浴中加入再氧化剂，变得可以以纤维素纤维氧化反应进程所需的精确量供应再氧化剂，从而更加有效地使用再氧化剂。以上方法还优选包括还原步骤，其用于在含有还原剂的反应溶液中使在第二氧化步骤中得到的氧化纤维素纤维还原。该工序有助于使在纤维素纤维的部分C2位置或C3位置产生的酮还原。优选实施以上方法使得用于还原步骤中的还原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：矶贝明，斋藤继之，田中千晶，由井美也，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，郡是株式会社，
类型：发明
国别省市：