1、Lyocell纖維研發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的揭示Lyocell纖維研發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)的揭示（一）紡絲原液的制備Lyocell纖維是近20年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的采用全新的有機(jī)溶劑紡絲工藝制得的纖維素纖維，由于生產(chǎn)工藝無(wú)污染，產(chǎn)品具有獨(dú)特的光澤、良好的吸濕、優(yōu)美的懸垂、滌綸的強(qiáng)度、真絲的手感、天然透氣與抗靜電性等優(yōu)異性能，而被譽(yù)為二十一世紀(jì)的環(huán)保纖維。為解決纖維素纖維市場(chǎng)需求和落后生產(chǎn)工藝技術(shù)的矛盾，發(fā)達(dá)國(guó)家如英國(guó)Courtaulds公司和奧地利Lenzing公司非常重視新溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維的技術(shù)開發(fā)，并已取得了突破性進(jìn)展。其開發(fā)的新溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維技術(shù)是指將纖維素原料直接溶解在甲基氧化嗎琳NMMO(N-me

2、thylmorpholine-N-oxide)的溶劑中，得到具有可紡性的紡絲原液，然后將其紡制成纖維素短纖或長(zhǎng)絲，其生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是：(1)溶劑無(wú)毒安全，可回收循環(huán)使用，不會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境；(2)生產(chǎn)工藝無(wú)化學(xué)反應(yīng)，全部為物理過(guò)程；(3)工藝流程短，生產(chǎn)工序比傳統(tǒng)的粘膠至少短一半，生產(chǎn)成本和能耗較低；(4)采取干濕法紡絲，紡絲速度快，生產(chǎn)效率高；(5)纖維產(chǎn)品性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)粘膠纖維。在Lyocell纖維研發(fā)試驗(yàn)中, 研究人員揭示了以下幾種關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：一、紡絲原液的制備1. 漿粕選擇：Lyocell纖維生產(chǎn)工藝對(duì)原料漿粕品質(zhì)要求較高，其紡絲原液制備中, 漿粕的選擇是制備均勻穩(wěn)定的紡絲液，決定紡

3、絲工藝順利進(jìn)行和獲得性能優(yōu)良Lyocell纖維的關(guān)鍵所在。因該纖維生產(chǎn)原料纖維素漿粕有木漿、棉漿之分，研究人員經(jīng)對(duì)不同的漿粕溶解試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 木漿在溶劑NMMO中的溶解速度比棉漿快，不同聚合度、不同纖維素含量粘膠長(zhǎng)短絲的棉漿，其溶解速度也不一樣。因此，選擇一種合適的漿粕或幾種漿粕的混合物是求得制備優(yōu)良紡絲溶液，實(shí)現(xiàn)Lyocell纖維工業(yè)化生產(chǎn)的首要關(guān)鍵問(wèn)題。2. 溶劑含水量：因純的NMMO在大氣中極不穩(wěn)定，吸水性很強(qiáng)，只有含水60%的NMMO溶液在大氣中最為穩(wěn)定的, 故溶劑的含水量對(duì)溶液制備影響極大。作為纖維素的優(yōu)良溶劑，其含水量范圍又很窄，只有不超過(guò)2個(gè)結(jié)晶水含量的NMMO才能在適當(dāng)條件下溶解

4、纖維素。纖維素漿粕投入至NMMO溶劑中, NMMO的含水量很有講究，已工業(yè)化的國(guó)外企業(yè)公開的專利，如奧地利Lenzing公司以優(yōu)先權(quán)日1990.4.20 申請(qǐng)的同等專利EP0452610、JP5156084、CA2040844、BG60069、ES2029970T、IE911316、 GR91300144T、HU58775等公開了以NMMO含水為28%即溶劑還不能溶解纖維素時(shí)即投入漿粕浸泡，這樣可以讓纖維素浸泡充分，與溶劑混勻，再脫水溶解；英國(guó)Courtaulds公開專利GB2337990則以NMMO含水量13-18%的溶劑直接與漿粕混合溶解。研究還發(fā)現(xiàn)纖維素在溶解前脫水與溶解后脫水情況不同，

5、溶解前脫水較易，臨界溶解和溶解后脫水較難。3. 溶解溫度：NMMO除含水量影響纖維素的溶解性能外，其溫度不穩(wěn)定性也增加了溶解過(guò)程的復(fù)雜性。NMMO溶劑，常溫下為固態(tài)，呈弱堿性，熔點(diǎn)130，燃點(diǎn)210，120時(shí)易產(chǎn)生變色反應(yīng)，175時(shí)產(chǎn)生過(guò)熱反應(yīng)，并易氣化分解成甲醛、甲酸、N-甲基嗎啉、甲基嗎啉、二氧化碳等，210為其燃點(diǎn)。所以纖維素在溶劑中的溶解溫度不宜超過(guò)120，生產(chǎn)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間溫度超過(guò)120的話，纖維素極易降解，溶液易變質(zhì)，有氨氣味，幾乎無(wú)法紡絲。4. 纖維素狀態(tài)：研究發(fā)現(xiàn)漿粕品質(zhì)對(duì)所制得紡絲原液的穩(wěn)定性、可紡性有很大的影響，纖維素漿粕的尺寸大小、投料溫度、浸潤(rùn)時(shí)間的不同對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較

6、大差別，如不同尺寸以同樣的溶解條件來(lái)處理的話，外觀尺寸不對(duì)稱、呈絮狀、粒度小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松的漿粕溶解效果比尺寸大的、漿粕致密性高的要好得多，溶液中大于50m的粒子易引起過(guò)濾的困難。而纖維素漿粕尺寸與致密性相同，其投料時(shí)溫度不同及同溫度浸潤(rùn)時(shí)間不同時(shí)溶解效果也不同。在選擇較適當(dāng)?shù)腘MMO含水量條件下，更應(yīng)當(dāng)注意投料溫度，因?yàn)镹MMO含水量正好為良溶劑時(shí)，高溫投料極易引起凝膠塊的產(chǎn)生，即使延長(zhǎng)溶解時(shí)間也很難打開凝膠團(tuán)。5. 溶解設(shè)備：纖維素原料溶解過(guò)程可分為混合、浸潤(rùn)、膨潤(rùn)、溶脹、溶解五個(gè)環(huán)節(jié)，在整個(gè)溶解過(guò)程為非連續(xù)式的，溶解時(shí)間較長(zhǎng)，而所采用的儀器設(shè)備又各不相同，這就存在著設(shè)備有效傳熱面積不足，

7、攪拌不均等技術(shù)問(wèn)題。研究人員曾采用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行溶解，發(fā)現(xiàn)雙螺桿的喂入有一定難度，只有以某種固態(tài)纖維素與NMMO混合物的方式喂入時(shí)才能自動(dòng)進(jìn)料，且抽真空脫水也較難以實(shí)施，極易引起返料等問(wèn)題。所以喂入的混合料中NMMO的含水量必須要低于作為良溶劑的含水量，這樣再加上纖維素漿粕的含水量，正好可使纖維素原料在雙螺桿擠出機(jī)中得到較好的溶解效果。雙螺桿混合物均勻度對(duì)溶液的均勻性有很大的影響，因它們?cè)陔p螺桿內(nèi)停留時(shí)間較短，進(jìn)料前的混合作用不夠，故雙螺桿出來(lái)的溶液往往均勻性相對(duì)較差。試驗(yàn)表明：一種高效傳熱傳質(zhì)、高剪切速率、快速脫水、自清潔、攪拌軸附近無(wú)盲區(qū)、大截面積、較長(zhǎng)停留時(shí)間的溶解裝置，特別適合纖維素

8、在NMMO溶劑中的溶解。即綜合雙螺桿和薄膜蒸發(fā)器設(shè)備為最佳的溶解設(shè)備?？傊绊懤w維素漿粕在NMMO中溶解的因素很多，這也是Lyocell纖維溶解工藝復(fù)雜性之體現(xiàn)。研究人員經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)得出：無(wú)論采取何種手段、何種方式、何種設(shè)備，最關(guān)鍵的是纖維素、NMMO、水三元體系的組成及投料的溫度一定要恰到好處，這樣才能制備出均勻穩(wěn)定的優(yōu)良紡絲原液，使下一道紡絲工藝得以順利完成及最終獲得性能優(yōu)良Lyocell纖維的得到根本保證。21世紀(jì)的綠色環(huán)保纖維Lyocell纖維上世紀(jì)百年化纖史為我們成功展現(xiàn)了人類把化纖的生產(chǎn)與應(yīng)用發(fā)展到了一個(gè)似乎不可思議的高度, 誕生了無(wú)數(shù)種令世人震驚的化纖產(chǎn)品，豐富了人們對(duì)衣著、裝飾

9、和產(chǎn)業(yè)用紡織品的需求。隨著人們對(duì)經(jīng)濟(jì)、時(shí)尚和環(huán)保的關(guān)注，一種新型再生纖維素纖維Lyocell纖維己越來(lái)越引起人們的興趣。Lyocell纖維是國(guó)際人造纖維和合成纖維標(biāo)準(zhǔn)化局BISF為有機(jī)溶劑紡絲法制得的新纖維素纖維確定的屬名，它是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO規(guī)定的人造纖維素纖維6大新品（銅氨、粘膠、高強(qiáng)高濕模量、醋酯、三醋酯纖維及Lyocell）成員之一。該纖維在英、美等國(guó)家中的注冊(cè)商標(biāo)為Tencel，而在我國(guó)及臺(tái)灣地區(qū)則俗稱為天絲棉。因該纖維以天然纖維素為原料，其纖維結(jié)構(gòu)基本上與棉纖維相同，具有獨(dú)特的光澤、良好的吸濕、優(yōu)美的懸垂、滌綸的強(qiáng)度、真絲的手感、天然透氣與抗靜電性等優(yōu)良特性，成為服裝用紡織品和

10、衛(wèi)生用紡織品的主要原料而倍受人們的青睞。同時(shí)該纖維生產(chǎn)工藝過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，被譽(yù)稱為“21世紀(jì)的綠色環(huán)保纖維”。一、Lyocell纖維的發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì)70年代德國(guó)阿克蘇·諾貝爾AKZO Nobel公司就開始研究溶劑法紡絲制造纖維素纖維，1978年獲得了新纖維的制造專利。1992年該公司致力于Lyocell長(zhǎng)絲的研究，注冊(cè)商標(biāo)Newcell，并于1994年11月在德國(guó)簡(jiǎn)稱100 t/a 的長(zhǎng)絲中試工廠。奧地利蘭精Lenzing公司于1986年開始研究Lyocell纖維，并建立實(shí)驗(yàn)工廠進(jìn)行工藝研發(fā)。1997年在國(guó)內(nèi)建成第一條Lyocell纖維生產(chǎn)線，注冊(cè)商標(biāo)Lyocell，初期生產(chǎn)能力為

11、12000t/a，后擴(kuò)大到15000 t/a。1999年中期建成的第二條生產(chǎn)線，其生產(chǎn)能力達(dá)40000 t/a。以生產(chǎn)粘膠纖維而盛名的英國(guó)考陶爾茲Courtaulds公司1980年開發(fā)N-甲基啉-N-氧化物（簡(jiǎn)稱NMMO）新溶劑紡絲技術(shù)，1988年建成了1000 t/a的Lyocell纖維中試工廠，1992年在美國(guó)阿拉巴馬州的Mobile投資9000萬(wàn)美元，建成第一家1.8萬(wàn)t/a工業(yè)化生產(chǎn)廠，注冊(cè)商標(biāo)Tencel, 1996-1997年進(jìn)行了擴(kuò)大生產(chǎn)，將生產(chǎn)能力由96年2.5萬(wàn)t/a擴(kuò)至5萬(wàn)t/a。該公司2002年發(fā)展目標(biāo)為Tencel纖維總生產(chǎn)能力達(dá)15萬(wàn)噸，成為溶劑紡絲新纖維的主體生產(chǎn)企

12、業(yè)。此外，至1997年底，世界上已有33個(gè)國(guó)家和地區(qū)的660余家企業(yè)在生產(chǎn)或籌建Lyocell纖維工廠，目前具有生產(chǎn)和建設(shè)裝置的主要國(guó)家和地區(qū)除上述國(guó)家外，還有瑞士、埃及、阿根廷、澳大利業(yè)、中國(guó)、印度、尼泊爾、沙特阿拉伯、臺(tái)灣省和日本等。預(yù)計(jì)2005年內(nèi)全世界Lyocell纖維的年生產(chǎn)能力至少為30萬(wàn)t，屆時(shí)會(huì)更多生產(chǎn)商加盟到這一市場(chǎng)中來(lái)。二、Lyocell纖維的生產(chǎn)工藝Lyocell纖維生產(chǎn)工藝流程一種溶劑循環(huán)封閉式的干濕法紡絲技術(shù)路線，其工藝流程為：NMMO工藝是一種不經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而生產(chǎn)纖維素纖維的新工藝，它是利用NMMO中叔胺氧化物對(duì)纖維素的溶解特性，將纖維素漿粕溶解得到粘度適宜的紡絲液，

13、經(jīng)干噴濕紡法紡絲，后經(jīng)低溫水浴或H2O/NMMO體系凝固成形，經(jīng)拉伸、水洗、切斷、上油、干燥、溶劑回收等工序制成Lyocell纖維。其生產(chǎn)過(guò)程可分為三個(gè)階段：1.漿粕的溶解；2.紡絲和纖維的后處理；3.溶劑的回收和循環(huán)利用。其中德國(guó)AKZO Nobel公司于1996年后就Lyocell纖維的紡絲和纖維后處理申請(qǐng)了如WO9713896、WO9708370、WO9940251、WO(Appl)96-17118、WO(Appl)96-30566等多項(xiàng)發(fā)明專利。英國(guó)Courtaulds公司1995年后也申請(qǐng)了制造溶紡Lyocell纖維的如WO9535399、WO9514398、WO9530043、WO

14、9803707、GB2322642、GB2316690等一百多項(xiàng)發(fā)明專利，并在歐美主要國(guó)家和中國(guó)(含臺(tái)灣)、日本、韓國(guó)等亞洲國(guó)家等申請(qǐng)了相應(yīng)的專利保護(hù)。奧地利蘭精Lenzing公司1996年后相繼申請(qǐng)了制造Lyocell纖維方法的如WO9858103、US5543101、AT410806B、AT409144B、AU740994等多項(xiàng)發(fā)明專利。而國(guó)內(nèi)目前就Lyocell纖維制備方法的發(fā)明專利僅只有十幾項(xiàng)，其中還包括英國(guó)Courtaulds公司、瑞士西巴特殊化學(xué)品等公司在華申請(qǐng)的幾項(xiàng)專利，相對(duì)而言，我們國(guó)內(nèi)的Lyocell纖維自主開發(fā)的專利技術(shù)尤顯薄弱。三、Lyocell纖維的性能與用途Lyoce

15、ll纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)與粘膠纖維基本相同，除了具有天然纖維本身特性外，尚具有良好的吸濕性、舒適性、光澤性、染色性和生物降解性。Lyocell纖維還具有強(qiáng)伸特性，適宜與其它纖維混紡。在紡織方面，它適合各種紡紗方法；在整染方面，適用的染料多，上染率高；在服用方面，使用舒適吸濕、保水性好、濕強(qiáng)、濕模高、熱穩(wěn)定性好、經(jīng)久耐用，可通過(guò)原纖化技術(shù)使其手感豐滿。因它屬天然纖維，生產(chǎn)用溶劑無(wú)毒，生理學(xué)性能好，生產(chǎn)工藝無(wú)污染，產(chǎn)品可生物降解，因而有利于環(huán)境保護(hù)，有利于Lyocell纖維及其織物的可持續(xù)發(fā)展。Lyocell纖維與其它纖維的性能比較性能指標(biāo) 粘膠 高濕模量粘膠 棉 聚酯 Lyocell纖維線密度(dte

16、x) 1.7 1.7 / 1.7 1.7強(qiáng)度(cN/tex) 22-26 34-36 20-24 40-52 40-42斷裂伸長(zhǎng)率(%) 20-25 13-15 7-9 44-45 14-16濕態(tài)強(qiáng)度(cN/tex) 10-15 19-21 26-30 40-52 34-38濕態(tài)伸長(zhǎng)率(%) 25-30 13-15 12-14 44-45 16-18濕態(tài)模量(5%伸長(zhǎng)時(shí)) 50 110 100 / 270回潮率(%) 13 12.5 8 0.5 1.5保水率(%) 90 90 50 3 65Lyocell纖維在歐洲市場(chǎng)上流行，主要用于生產(chǎn)手感柔軟的女襯衫、外套等，意大利還可生產(chǎn)類似天鵝絨的甲克

17、衫及外套等。在巴黎服裝展示會(huì)上，德國(guó)、奧地利的制造商還展出了利用Lyocell纖維與羊毛混紡制成的各式男女服裝、休閑服裝、褲子等。另外，還可將奧地利Lenzing的Lyocell纖維與Lycra(萊卡)彈性纖維混紡后織成女式外衣和內(nèi)衣，還可利用Lyocell纖維開發(fā)產(chǎn)業(yè)用的非織造布，用于香煙過(guò)濾嘴、過(guò)濾材料等。四、我國(guó)Lyocell纖維研發(fā)現(xiàn)狀與開發(fā)前景近年來(lái)國(guó)內(nèi)許多企業(yè)特別是粘膠纖維廠十分關(guān)注Lyocell纖維的研發(fā)與生產(chǎn)，如保定化纖廠曾購(gòu)進(jìn)兩個(gè)集裝箱的棉型Lyocell短纖維，并聯(lián)合保定一棉、邯鄲四棉廠共同研發(fā)Lyocell纖維紡紗織布工藝。青島六棉廠開發(fā)出Lyocell紗線及紡織品，浙江嘉興絹紡廠研制出Lyocell牛仔布等。國(guó)內(nèi)曾有紡織集團(tuán)公司與奧地利蘭精Lenzing公司多次接洽，準(zhǔn)備引進(jìn)設(shè)備建立一個(gè)Lyocell纖維生產(chǎn)基地，但因種種原因未能如愿。據(jù)專家預(yù)測(cè)2005年全球Lyocell纖維年生產(chǎn)能力將達(dá)到30萬(wàn)噸，這預(yù)示著Lyocell纖維產(chǎn)品市場(chǎng)需求量大，開發(fā)前景十分廣闊，同樣也預(yù)示著國(guó)際間的競(jìng)爭(zhēng)也