Lyocell纖維制造工藝分析及比較

1、Lyocell纖維制造工藝分析及比較Lyocdl纖維是一種新型的纖錐素纖維它是通過(guò)將纖維素直接瀋解在有機(jī)溶劑N甲基嗎啤氧化物(NMMO)和水的混合溶劑中進(jìn)行干濕法紡絲制得的。其制造工藝簡(jiǎn)單簾劑無(wú)毒.可以回收、無(wú)環(huán)境污染人而且原料是取之不盡*用之不竭的天然纖維素，纖維的性能乂優(yōu)于普通粘膠纖錐.因此被稱対繪色纖維S近年來(lái)，Lyocell纖維成為國(guó)際匕研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn).井以較快的速度發(fā)展，被普為橋二十一世紀(jì)纖維ShtaGK*-4.htaGK*-4.堆的生產(chǎn)工藝ffiM兩種纖維素纖維生產(chǎn)工藝的比較圖1)比較了LytKll工藝與傳統(tǒng)的粘膠生產(chǎn)工藝"如圖所示，Lyocell纖維的制造工藝是一種與

2、生產(chǎn)粘膠纖維本質(zhì)不同的全新技術(shù)路線。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，比傳統(tǒng)的粘膠工藝少了緘化、老化.黃化和菸成等許多道工序、流程大大縮短.1.12Lyocell工藝的涪解機(jī)理及溶解方法溶解機(jī)理如前所述，Lyocell纖維生產(chǎn)中，是以NMMO和水的混合體系為溶劑的,其解纖維素的可能機(jī)理如下圖所示.0H圖l2NMMOiS解纖維素的可能機(jī)理由圖12可知，NMMO是一種環(huán)狀的叔胺氧化物，其六元環(huán)上的N原子提供一對(duì)電子與具有空軌道的0原子形成配位鍵，結(jié)果使0原子上的電子云密度增加，N原子周圍的電子云密度降低，從而增強(qiáng)了N-O基團(tuán)進(jìn)攻纖維素上的強(qiáng)基的能力，使纖維素與NMMO溶劑間形成了新的氫鍵，而纖維素大分子之

3、間原有的氧鍵則被切斷，從而使纖維素宜接溶解在NMMO體系中.溶解方法NMMO和水在常溫下根據(jù)不同的組成關(guān)系可形成不同的水合物，由于含水率不同，其熔點(diǎn)相應(yīng)發(fā)生改變，溶劑溶解纖維素的能力也有所不同。無(wú)水NMMO對(duì)纖維素的溶解性最好，但因其熔點(diǎn)過(guò)高（172*0或更高），溶劑和纖維素都易發(fā)生降解，會(huì)對(duì)最后產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響。隨NMMO中含水最的增加,NMMO的熔點(diǎn)逐漸降低。當(dāng)NMMO中水的含量超過(guò)17%以后，會(huì)對(duì)纖維素失去溶解能力.目前，纖維素在NMM0中的溶解大致有兩種方法：（A）直接溶解法：通過(guò)減壓蒸館的方法將溶劑的含水率降至15%以下，然后在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下將該溶劑與纖維素混合溶解形成適當(dāng)濃

4、度的溶液。（B）間接溶解法：未經(jīng)蒸濃的溶劑首先與纖維素混合，使纖維素在洛劑中發(fā)生充分溶脹但不溶解。然后，在升高溫度的同時(shí)，將溶脹均勻的漿液經(jīng)減壓蒸謂脫水后可制御適于紡絲的溶液。纖維的特點(diǎn)及用途Lyocell纖維具有高干濕強(qiáng)度、高模豪、低伸長(zhǎng)率以及高吸濕性尊特點(diǎn)此外，Lyocell纖維還具有棉的舒適性、聚酯纖維的強(qiáng)度、粘膠纖維的懸垂性以及真絲的手懺；其既可以單獨(dú)紡紗，也町以與其它纖維（如滌綸等混紡，表現(xiàn)出良好的服用性能.此外，Lyocell纖維的應(yīng)用不局限于紡制品領(lǐng)域，在待殊織物方面可以利用高原纖化的Lyocell纖維制造水刺織物；在特種紙方面，利用高原纖化Lyocell纖維可制成各種特種紙張。

5、Lyoceli纖維還可替代粘膠纖維作為碳纖維原絲，是非常有價(jià)值的一種新型纖維.12功能Lyoceli纖維的研究現(xiàn)狀隨著Lyoceli纖維的不斷發(fā)展，近年來(lái)有關(guān)功能性的Lyoceli纖維的研究也非?；钴S.Lyoceli的功能化方法可以簡(jiǎn)單分為物理法和化學(xué)法.化學(xué)法是利用纖維素上的輕基可經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變成救基，醛基和酮基等結(jié)構(gòu)，通過(guò)這些結(jié)構(gòu)的變化,可以進(jìn)一步接上功能性基團(tuán)，從而賦予纖維素材料以新的功能.而物理法則是通過(guò)在纖維素NMMO溶液中加入具有某些功能的物質(zhì)，從而制成功能化的合Lyoceli纖維.Niekraszewicz等國(guó)采用Lyoceli工藝，以聚環(huán)氧乙烷(PEO)作為親水性添加劑、以聚乙烯(

6、PE)作為疏水性添加劑，制備了改性Lyoceli纖維。研究結(jié)果表明，改性Lyoceli纖維的孔隙率、吸濕率、保水率及力學(xué)性能等均取決于紡絲液中添加劑的含量.與未改性的Lyoceli纖維相比，PE的添加使改性Lyoceli纖維具有更多的疏水性此外，由于在水洗過(guò)程中從纖維中去除了親水性的PEO,使律PEO改性的Lyoceli纖維具有較多的孔洞.表1-1不同含PE和PEO改性的Lyoceli纖維的孔隙率和吸漫性SjJHpkcudrofMtwMurviNbVpfliWtItianturvatRi-irnbAn.%Tuui«umu|jav<vuiunw.mm*TtMiJbpxitxz、B

7、IM1*19oac(H勺zBIMureoIZMM1叫y8-1kt.ra>127：>4142UgproIWIzUMFwgw5HM12V4Sr.reCiM11H1SZ”,rr117：gBUS1心4S5til*劉PE10.71yihi103耳3Czarnecki等人采用了無(wú)機(jī)梏銀磷酸鹽和有機(jī)三氯生兩種抗菌劑作為添加劑制備了具有抗曲性能的Lyoceli纖維。此外，他們還在Lyoceli紡絲液中添加了膠狀的納米二氧化硅以提高纖維的抗菌活性.從流變和熱性能測(cè)試結(jié)果來(lái)看,納米二氧化硅的添加對(duì)纖維素紡絲液的結(jié)構(gòu)有重要影響，這主婆是由于納米二氧化硅與NMMO分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而引起的.為了提高Lyo

8、celi纖維的吸收性能，Lim等將粒徑小于lOOum的一種水解淀粉接枝的聚丙烯睛(HSPAN)高效吸收劑加入到Lyccell紡絲液中，并通過(guò)干濕法制備了改性Lyoceli纖維。該纖維的吸水能力和吸水速率大幅提高，其中含有2wt%和5wt%HSPAN的Lyoceli纖維的最大吸水能力分別高達(dá)4.55g/g和&21g/g,而未改性的Lyoceli纖維則僅為l.94g/gSEM和偏光顯微鏡結(jié)果證實(shí)了無(wú)論是在濕態(tài)還迪干態(tài)情況下，Lyoceli纖維中都含有HSPAN但是，隨著HSPAN含最的提高，Lyocell纖維的力學(xué)性能降低.因此，應(yīng)綜合考虔纖維的吸收能力和力學(xué)性能來(lái)選擇最佳的HSPAN含量

9、.10TwnwEm"）圖1-3Lyocell纖維及含有HSPAN的Lyoccll纖維的吸水行為回Vorbach等嚇采用Lyoccll工藝，在紡絲液中混入高含量的傲細(xì)分散的炭黑導(dǎo)電物質(zhì)，制備了導(dǎo)電Lyocell纖維。此外，他們還探討了在Lyocell紡絲液中添加疑甲基甲売質(zhì)（CMCH）和聚乙烯亞胺（PEI）、淀粉及雜多糖等，分別改進(jìn)了Lyocell纖維的抗菌、染色及親水毎性能.東華大學(xué)的王兆明等9通過(guò)將無(wú)機(jī)納米抗菌劑添加至Lyxell紡線液體系中進(jìn)行共混紡絲，制得了抗tSLyocell纖維。研究發(fā)現(xiàn)抗菌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在適量的范圍內(nèi)時(shí)，所制得的抗菌Lyocell纖維的強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)符合常規(guī)L

10、yocell纖維的質(zhì)量要求.抗菌Lyocell纖維的抗菌效果隨纖維中抗菌劑質(zhì)童分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)，所制抗菌Lyocell纖維均有良好的抗菌耐洗牢度。Smiechowicz等人冋以NMMO水溶液作溶劑，將AgNOj水溶液經(jīng)過(guò)不同的處理方法（有光照或無(wú)光照），加入到有Lyoccll紡絲液的IKAV1SK混合器中，然后用動(dòng)態(tài)光散射儀比較了生成的Ag粒子的粒徑和團(tuán)聚顆粒的尺寸，并制備了納米銀粒子改性Lyocell纖維，任幾乎沒(méi)有影響Lyocell纖維的力學(xué)強(qiáng)度和親水性的情況下賦予了Lyocell纖維新的功能。圖IMTiO?在纖維表面的分散電鏡照片""Veronovski等人?。┯肨iO?、SiOj和GLYMO制得了功能化的Lyocell纖維,他們選擇了3縮水甘油瞇基丙基三甲氧基硅烷作為偶聯(lián)劑,這種偶聯(lián)劑在相容性很差的Ti02納米粒子與纖維素之間，提供了一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài).研究給果表明他們成功地將TiCh納米粒子涂覆在Lyocell纖維的表面，并且通過(guò)改善TiO2分散劑種類使其均勻地分散在纖維的表面.圖14為分散改善前后的圖片對(duì)比.綜上所述，近年來(lái)有關(guān)功能Lyocell纖維的研尢十分活躍。隨«Lyo