再生纤维素纤维撷英

　　戴受柏（青岛市纺织工程学会）整理
　　再生纤维素纤维是由纤维素溶液或纤维素衍生物再生的一类纤维素的统称。
　　一、第一代再生纤维素纤维
　　再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段，形成了三代产品。第一代是粘
　　胶纤维，1891年，克罗斯(Cross)、贝文(Bevan)和比德尔(Beadle)等首先制成纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为"粘胶"。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维被命名为粘胶纤维。到1905年，米勒尔(Muller)等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。
　　普通粘胶短纤维虽具有优良的服用性能和广泛的适用范围，但也存在一些严重缺
　　点，主要是在湿态时剧烈溶胀，使纤维的断裂强度显著下降，在较小的负荷下就容易伸长(即湿模量很低)。因此，织物洗涤时受到揉搓力容易变形，干燥后强烈收缩，尺寸很不稳定。又由于普通粘胶短纤维不耐碱，经碱溶液处理后，强度和湿模量明显下降，断裂伸长上升，纤维素剧烈溶胀并有部分溶解。因此，普通粘胶短纤维与棉的混纺织物不能经受改善织物外观的丝光处理。普通粘胶短纤维的另一缺点是，织物进行染色加工时必须采取松式，因为湿模量较低，如在张力下进行染色加工，织物在使用时剧烈收缩，因此，染色加工不便连续进行。
　　铜氨纤维是一种再生纤维素纤维，它是将棉短绒等天然纤维素原料溶解在氢氧化
　　铜或碱性铜盐的浓氨溶液内，配成纺丝液，在凝固浴中铜氨纤维素分子化学物分解再生出纤维素，生成的水合纤维素经后加工即得到铜氨纤维。铜氨纤维的截面呈圆形，无皮芯结构，纤维可承受高度拉伸，制得的单丝较细，所以面料手感柔软，光泽柔和，有真丝感。铜氨纤维的吸湿性与黏胶纤维接近，其公定回潮率为11%，在一般大气条件下回潮率可达到12%--13%，在相同的染色条件下，铜氨纤维的染色亲和力较黏胶纤维大，上色较深。铜氨纤维的干强与黏胶纤维接近，但湿强高于黏胶纤维，耐磨性也优于粘胶纤维。由于纤维细软，光泽适宜，常用做高档丝织或针织物。其服用性能较优良，吸湿性好，极具悬垂感，服用性能近似于丝绸。
　　醋酯纤维分为二型醋酯纤维和三醋酯纤维两类。通常醋酯纤维即指二型醋酯纤维。它是人造纤维的一种，一般用精制棉子绒为原料制成三醋酸纤维素脂，溶解在二氯甲烷中成仿丝溶液而用干纺法成形，耐光性较好，染色性能较差，一般制成短纤维，可用作人造毛。也可制成强力醋酸纤维。醋酯纤维由瑞士人H.德雷富斯和C.德雷富斯兄弟开发。他们将生产清漆用醋酸纤维素溶于丙酮后经喷丝头压出，在热空气流中溶剂挥发，细流形成纤维。在20世纪20年代投入工业生产。
　　二型醋酯纤维以三醋酸纤维素部分皂化所得的二醋酸纤维素(酯化度为230～
　　250，溶于丙酮)为原料，经纺丝加工制得。二型醋酯纤维的吸湿性能良好，回潮率为6%，能用分散染料染色，并具良好的穿着性能。长丝光泽优雅，手感柔软，有良好的悬垂性，酷似真丝，适于制作内衣、浴衣、童装、妇女服装和室内装饰织物等，还可做香烟滤嘴。短纤维用于与棉、羊毛或合成纤维混纺，但在湿态下强度降低40%～50%，纤维在140～150℃时开始变形，176℃发生粘结。其中空纤维(见化学纤维)具有透析功能，可用于医疗和化工净化、分离等。二型醋酯纤维长丝常用干法纺丝制得。将二醋酸纤维素溶解在含少量水的丙酮溶剂中，配成浓度为22%～30%的纺丝液，经过滤和脱泡后送去纺丝。纺丝液细流与热空气流接触，溶剂挥发，形成丝条，经拉伸制得纤维。短纤维以湿法纺丝制得。纺后需经水洗和净化处理。
　　三醋酯纤维以纤维素完全乙酰化所得的三醋酸纤维素（酯化度为270～300，不溶于丙酮）为原料，经纺丝制得。其性能与二型醋酯纤维相似，但湿态下强度降低达30%，耐热性较优，经热处理后能在240～250℃下不变形，回潮率仅为3.2%，但耐磨性较差。三醋酯纤维长丝一般也用干法纺丝制得，溶剂由二氯甲烷和少量乙醇组成，纺丝液浓度20%～22%，也可采用均相乙酰化所得三醋酸纤维素溶液为纺丝液，纺丝温度稍低。短纤维也以湿法纺丝制得。
　　醋酸纤维诞生于20世纪初，于20世纪20年代初由英国试制成功并实现工业化生产，目前在纤维素纤维中是仅次于粘胶纤维的第二大品种。目前全球醋酸纤维总产量约为75~80万吨，占世界化纤总产量的3%，占纤维素纤维产量的35%左右，其中烟用丝束约55~57万吨，纺织用醋酸纤维约21~25万吨。全球有醋酸纤维生产厂家20余家，主要生产厂家有美国的Celanese公司，占45%，EastmanKoclak公司，占9.3%，S.Amereic公司，占5.5%，意大利的Novaceta公司，占15.6%，日本的三菱醋酸纤维公司，占6.0%，帝人公司，占5.2%以及英国的考陶尔兹公司等，约占世界总产量的90%左右。
　　醋酸纤维的密度比粘胶纤维的要小，和涤纶的较为接近；强度是三种纤维中最低的，而且湿态下的强度损失较大，剩余强度约为干强的70%，和粘胶的湿态强度差不多。因此，在醋酸纤维的拉伸和湿加工时一定要采取温和的方式。但是醋酸纤维的断裂伸长和粘胶相比要高，湿态下伸长更大。因此，醋酸纤维的弹性相对较好，类似于蚕丝，羊毛。沸水收缩率较低，但是高温处理会对纤维的强力和光泽等性能造成影响，因此温度不宜超过85℃。回潮率要低于粘胶纤维，但是远远高于聚酯纤维，介于粘胶和聚酯之间。也就是说醋酸纤维既具有一定的吸水性，又具有吸水后快速脱去的性能。醋酸纤维的软化温度和熔点与聚酯相比较为接近，具有类似合成纤维的热性能；松弛条件下的干热处理不会对纤维的性能造成影响。
　　醋酸纤维的耐酸稳定性较好，常见的硫酸、盐酸、硝酸在一定浓度的范围内对纤维的强力、光泽和伸长等都不会造成影响；但是可以溶解于浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸。醋酸纤维对碱剂非常敏感，尤其是二醋酸纤维，遇到强碱后，容易发生脱乙酰化，空白文化衫造成重量损失，强力和模量也随之下降。因此，处理醋酸纤维的溶液，其pH值不宜超过7.0。在标准洗涤条件下，具有很强的抗氯漂白性能，还可用四氯乙烯进行干洗。
　　醋酸纤维虽然来源于纤维素，但是在酯化过程中，纤维素葡萄糖环上的极性羟基很大一部分被乙酰基取代成酯，因此，纤维素纤维染色常用的染料对醋酸纤维几乎就没有亲和力，难以上染。从理论上来说，醋酸纤维通过部分皂化还原出原来的羟基后，则也是可以用直接、活性等染料进行染色。但是，这是不可行的。此外，因为纤维素醋酸酯上的羰基氧原子及残留的羟基带有一定量的负电荷，所以也有人实验用阳离子染料对二醋酸纤维染色，但结果表明，只能染得浅色。醋酯纤维的染色性能与聚酯或尼龙较相似，只有精细分散的非水溶性染料才可以在一定温度的条件下进入醋酸纤维内部，对纤维上染。最适合醋酯纤维用的染料是低分子量且染色上染速率相近的分散染料。而实际上，第一支分散染料的诞生也是由于醋酸纤维染色的需要。用分散染料染出的醋酸纤维或织物色泽鲜艳亮丽，匀染效果好，染料吸尽率高，色牢度也高，而且色谱齐全。
　　人造纤维的主要品种有:①粘胶纤维1848年J.默塞发现棉纤维素被浓碱液浸渍后，化学反应灵敏性增加。此后英国人C.克罗斯和E.贝文用二硫化碳与碱纤维作用获得溶解性纤维素黄酸酯，从而制得粘胶纤维。后来出现了离心罐式绕丝器，使粘胶维有了工业化生产的条件。②硝酸酯纤维，又称硝酸人造丝。1855年，英国人将纤维素硝化后溶解成胶液并挤压成丝。1884年，脱硝方法研究成功，硝酸法制造人造丝正式投产。③醋酯纤维，将棉短绒在以冰醋酸为主的试剂中醋化形成纤维素醋酸酯,溶解在三氯甲烷的浆液中经过纺丝获得三醋酯纤维。如将纤维素醋酸酯局部皂化，则获得溶于丙酮的纤维素醋酸酯，纺丝后所得纤维称二醋酯纤维。④铜铵纤维，采用氢氧化四氨铜溶液作溶剂，将棉短绒溶解成浆液纺丝制得的人造丝。丝质精细优美，但成本较高。⑤人造蛋白质纤维，英国人最早研究从动物胶中提取蛋白制造人造蛋白纤维。1935年意大利有人试验从牛乳中提取乳酪素，制成人造羊毛。此后，一些国家相继以大豆蛋白、花生蛋白制取人造纤维获得成功。由于这类纤维的实用性能和制造成本存在问题，产量极少。
　　上述纤维均为第一代再生纤维素纤维。
　　二、第二代再生纤维素纤维
　　为了克服上述缺点，20世纪50年代开始实现工业化生产的高湿模量粘胶纤维，除具有高强力、低伸长和低膨化度外，其主要特点是具有较高的湿模量，因此有高湿模量粘胶纤维之称。粘胶纤维可分为普通型、强力型和高性能型。强力型粘胶纤维中,干态强度超过30.0cN/dtex的长丝称强力丝；超过38.0cN/dtex的称超强力丝；超过44.1cN/dtex的称二超强力丝;超过48.5cN/dtex的称三超强力丝；超过53.0cN／dtex的称四超强力丝。高性能粘胶纤维中，在湿态下弹性模量较高的纤维，称波里诺西克纤维，也称高湿模量纤维，中国称富强纤维，简称富纤。湿模量介于普通型纤维和波里诺西克纤维之间，但具有较高勾结强度、脆性较小的纤维，称改良型高湿模量纤维。由于高湿模量粘胶纤维具有优良的物理机械性能，因此有人称它为第二代再生纤维素纤维。主要有两个品种：
　　(1)波里诺西克(Polynosie)纤维，亦称为经典高湿模量纤维，包括日本研发的虎
　　木棉。特点是湿态断裂强度和湿模量特别高，但这种纤维生产工艺复杂，成本高，而且断裂伸长较小，勾结强度和耐磨性能较差。1950年开始工业化生产，后来美国和西欧也有生产，美国的商品名为赞特雷尔（Zantrel），西欧的商品名为Z-54。目前世界上只有日本的东洋纺和富士纺两家公司在生产波里诺西克，东洋纺的商品名为Tufcel，富士纺的商品名为Junlon。我国的商品名称为富强纤维。
　　(2)变化型高湿模量粘胶纤维，简称为高湿模量纤维(或称为HWM纤维)。这类纤维的干强力和湿强力略低于波里诺西克纤维。但断裂伸长较高，勾结强度特别优良，湿模略低于波里诺西克纤维，但与棉大致相同。已基本克服上述普通粘胶短纤维的几项严重缺陷，而且克服了波里诺西克纤维勾强较差、脆性较大的缺点。
　　Modal纤维是奥地利兰精(Lenzing)公司以中欧森林中的山毛榉木浆粕为原料制成，采用高湿模量粘胶纤维的制造工艺，从其性能看它属于变化型高湿模量纤维。
　　具有以下特点：
　　(1)采用纯度较高，分子量较大的浆粕，以提高产品的强度；
　　(2)为减少纤维素分子在加工中的降聚，富强纤维应该在常温下进行浸渍和粉碎，粉碎后的碱纤维素一般不经过老成工序，以避免纤维素降解。
　　(3)纺丝凝固浴组成也与粘胶纤维生产不同，采用在低酸、低盐纺丝浴。
　　(4)凝固浴温度和纺丝速度都比粘胶纤维低。
　　(5)在进行碱纤维素的磺酸化反应时，使用较多的二硫化碳，其用量为纤维素的45%。
　　（6）富强纤维的拉伸度比普通粘胶纤维高，而且不用普通传统的一级拉伸方式，而是采用多级拉伸（三级或五级），这样拉伸比较缓慢，纤维内部结构比较稳定，内应力较小。
　　因此：
　　(1)强度大，也就是说富强纤维织物比粘胶纤维织物结实耐穿。
　　(2)缩水率小，富强纤维的缩水率比粘胶纤维小1倍。
　　(3)弹性好，用富强纤维制作的衣服比较板整，耐折皱性比粘胶纤维好。
　　(4)耐碱性好，由于富强纤维的耐碱性比粘胶纤维好，因此富强纤维织物在洗涤中对肥皂等洗涤剂的选择就不像粘胶纤维那样严格。
　　三、第三代再生纤维素纤维
　　第三代再生纤维素纤维是以20世纪90年代推出的短纤Tencel(天丝)、长丝Newcell为代表。国际人造纤维标准化局（BISF）将Lyocell纤维作了定义：一种用有机溶剂纺制而成的新的纤维素纤维的通称，包括长丝、短纤维、薄膜等。溶剂纺丝不同于传统的纤维素酯化，在纤维素溶解与纺丝时不生成纤维素衍生物。Lyocell纤维已经通过国际化标准组织（ISO）备案，被列为与Gupro、Model、Viscose、Acetate、Triacetate并列的六大纤维素纤维成员之一。NMMO工艺的基础是基于氧化胺类化合物在特定条件下可以溶解纤维素,纤维素可从该溶液中再生出来。1969年公开的专利N-甲基-吗啉-N氧化物（NMMO）已被证明是合适的溶剂，从上个世纪七十年代开始，荷兰AkzoNobel公司开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维，以NMMO为纤维素的溶剂，1992年又研发了Lyocell长丝产品，注册商标“Newcell”。
　　德国Thuringian纺织和塑料研究所（简称TITK）发展了溶剂纺丝法的生产工艺,1998年与德国Zimmer工程公司合作建立了中试试验、示范工厂，规模为300～800吨/年。
　　英国Courtaulds公司1980年起开发NMMO新溶剂纺丝技术，1988年小批量的生产Tencel纤维，1992年开始在美国建成第一家万吨级工业化生产厂，产品商品名为“Tencel”(我国音译为“天丝”)。曾经一度成为Lyocell纤维的世界主体生产企业。
　　奥地利Lenzing公司于1986年开始研究Lyocell纤维的生产工艺技术，1997年在国内建成第一条纤维生产线，商品名为“LenzingLyocell”。目前，Lenzing并购了Courtaulds的Lyocell纤维项目并继续使用“Tencel”品牌，成为世界规模最大的、完全占有“天丝”市场的生产企业。
　　四、三代再生纤维素纤维性能比较
 

　　五、再生纤维素纤维的延伸产品
　　为了提高再生纤维素纤维性能，尤其提高再生纤维素纤维的功能性方面近期出现不少新的产品，典型的有：
　　Viloft纤维：“VILOFT”纤维是由木质素制成的再生纤维素纤维，纤维具有独特的扁平纤维截面，具有肌肤般的柔软舒适；织物中有大量的空间气囊，能抵御寒冷的强烈袭击，具有一定的保暖性；优良的芯吸、湿气调节功能，具有良好的吸湿透气性；原材料来自天然的木质素，给人以回归自然的感觉。
 

　　优良的纤维特性：
　　独特的扁平纤维截面，具有肌肤般的柔软舒适；构造大量的空间气囊，能抵御寒气的强烈袭击；优良的芯吸、湿气调节功能，让您的肌肤尽情呼吸；来自纯天然的木质素，给人以回归自然的感觉；舒适美观的保暖内衣，尽显美好身段；穿着轻盈、洗涤打理方便，轻松自在。
　　圣麻：以麻材为原料，经过一系列的物理化学处理而制成，有许多优异的性能，并且具有其它再生纤维素纤维没有的抗菌、防霉、保健的功能。
　　圣麻纤维截面呈梅花形和星形，有沟痕，边沿具有不规则的锯齿形，沿纤维纵向有很多条纹。
　　特性
 

　　1．较好的吸湿性和导湿性
　　圣麻纤维素大分子间的氢键少，加之其特有的形态，因此该纤维具有良好的吸湿
　　性、渗透性、放湿性及透气性能,给人一种吸湿排汗、凉爽的感觉，因此适合加工夏季针织面料和高档衬衫等产品。
　　2．较好的染色性和染色均匀性
　　圣麻纤维可以在水中润胀，导致活性染料这种水溶性极好而分子又极小的染料能
　　迅速吸附于圣麻纤维，并能迅速在纤维中扩散，初染率高，半染时间短。由于活性染料在纤维中较高的扩散速率，又赋予其良好的渗透性和匀染性。因此，圣麻纤维的染色性能优良，其平衡上染百分率较高，半染时间短，色泽鲜艳，匀染性好。固色率高，牢度优良，染色鲜艳亮丽，不易褪色，具有独特的风格特征。
　　3．天然的抑菌防霉、灭螨驱螨性
　　麻材有多种抗菌药物组成具有天然的抗菌物质．具有广谱性，在生产过程中最大限度地保留了这种物质。因此，圣麻纤维具有天然的抗菌防霉、灭螨驱螨性，服用时不会对皮肤造成过敏反应，同时原料在种植时不需施加农药和杀虫剂，纤维在生产过程中全部实施绿色生产，加工时不但把黄麻和红麻中纤维素提取出来，而且还保留了黄麻和红麻中的天然抗菌物质，具有保健功能，并具有生物可降解性。
 

　　竹纤维：是以优质的天然竹子为原料，经特殊的工艺处理，把竹子中的纤维素提取出来，再经制胶、纺丝等工序而制造出的再生纤维素纤维。再如海藻粘胶纤维、甲壳质粘胶、竹炭纤维、丝维尔纤维、珍珠纤维、玉石纤维、负离子纤维等。
 

　　Newdal、Richcel纤维和FORMOTEX纤维等均属第二代再生纤维素纤维。
　　所有再生纤维素纤维除了醋酸纤维外，均可以用活性染料染色，而且具有较好的得色率和色牢度，醋酸纤维用分散染料可以染出色泽鲜艳亮丽的颜色，匀染效果好，染料吸尽率高，色牢度也高，而且色谱齐全。
　　六、再生纤维素纤维的发展趋势
　　1、绿色趋势：溶剂法因其独特的环保理念将成为再生纤维素纤维的技术主流方向，产量正稳步增长，瓶颈仍然是回收的可靠性和高昂的回收成本；引入纤维素氨基甲酸酯技术可使粘胶生产技术进行安全的逐步转换；一种可在室温下溶解纤维素的新溶剂体系，可形成取代粘胶法生产再生纤维素膜．粘胶丝和无纺布的传统工艺的新工艺线路；通过高温水蒸汽对纤维素渗透膨胀．然后通过闪蒸效应，水蒸汽冲击引起纤维素形态结构的变化而生成水合纤维素，破坏了氢键的作用，使其在碱溶液中能溶解，制备碱溶性纤维素。
　　2、复合工艺：注重舒适、安全、保健性能．差别化、功能性纤维素纤维的发展潜力巨大。如释放出活性电石离子的再生纤维素纤维，这种纤维放出的离子能激励人体细胞的活性及促进机体健康。高度发磷光纤维和具有抗菌性能的再生纤维素纤维，纳米银离子持久抗菌的再生纤维素纤维，用抗菌乙烯单体接枝的耐洗性抗菌再生纤维素纤维、含碳SeacelI再生纤维素纤维，用于耐磨防缩织物的再生纤维素纤维等，方向是高湿强、高勾结强度、无氯、高吸收性、纺前染色、抗菌、阻燃、微细纤维等。
　　3、多元化原料：从传统的木材扩展到竹藤、秸秆、草本植物和藻类植物；从天然纤维材料扩展到蛋白质材料以及生物矿物材料；从可再生材料的利用扩展到可再生能源的利用；从宏观材料的简单初级利用到微观化学成分的提纯、分离的再加工利用：从低价值利用到高附加值的利用。向着非食物性木质纤维素等植物残体(Residues)和农林废弃有机物质为主要原料来源的方向发展，以减少对农田的压力和降低原料成本。生物质纤维材料研究与相关学科不断交叉、渗透，新的学科增长点不断出现，从传统的生物学科及其相关的物理、化学学科渗透到材料学科、能源学科、复合材料学等领域。
　　4、短纤维产品主导市场的发展：