新型纤维材料-环保纤维

1、1. Tencel纤维的制备纤维的制备1.1 制备工艺制备工艺 Tencel纤维是以针叶树为主的木质浆粕为原料进行再生纤维是以针叶树为主的木质浆粕为原料进行再生的新纤维素纤维，用的新纤维素纤维，用“溶剂纺丝法溶剂纺丝法”进行生产，采用的是进行生产，采用的是干湿法纺丝工艺。干湿法纺丝工艺。 生产工艺过程：生产工艺过程： 把木浆粕溶解于N 甲基吗啉N 氧化物(NMMO)溶剂中，经除杂直接仿丝。 （1）工艺流程短，从投人浆粕到纤维卷曲，切断整个工艺 流程约需3小时左右，而粘胶纤维或铜氨纤维的生产约需24小时，与此相比，Tencel纤维产量可提高6倍左右。 （2）更为重要的是在Tencel生产中所使用

2、的NMMO溶剂对人体完全无害，并可完全回收（99.5以上）、反复使用 （3）生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，不污染环境，属于绿色生产工艺。 1.2 工艺特征工艺特征（1）生产原料和过程无污染，NMMO是一种氨基氧化物，对人体、生物、环境无毒性。（2）溶解在完善的密闭和循环形同中进行，可回收。含NMMO的凝固浴经过纯化，蒸发除去过量的水，剩下的经过浓缩的NMMO 可再循环使用到工艺流程中去，回收率高达99.5%。（3）生产工艺简单，整个工艺流程不发生化学反应，降低了化学试剂的使用量，除了NMMO外，只有少量的抗氧剂，工艺步骤简单，生产时间只需几个小时。（4

3、）纤维性能优良，强度尤其是湿强大大优于粘胶纤维，柔软舒适，吸湿性，染色性和悬垂性好，兼备天然和合成纤维的优点。1.3 纤维规格纤维规格 Tencel纤维规格有0.11特克斯38毫米、0.11特克斯51毫米、0.17特克斯51毫米用于棉型纱；0.24特克斯70毫米用于精梳毛纺纱。2. Tencel 的结构与形态的结构与形态2.1 分子结构分子结构 Lyocell 纤维生产过程属于物理过程，纤维素浆粕结构基本无变化，故大分子的化学结构是由- d - 葡萄糖葡萄糖剩基剩基彼此以1 ，4 甙键甙键联接而成。 这样的结构使纤维大分子具有还原性还原性。 另外，由于纤维素浆粕结构基本无变化，其聚合度较聚合度

4、较高高，同一个大分子链可以同时通过几个结晶区和无定形区，纤维大分子中的羟基能把几个结晶区和无定形区连在一起，形成紧密的整体，从而使纤维强度提高纤维强度提高。4. Tencel纤维的性能纤维的性能（1）具有纤维素纤维的所有天然性能，包括吸湿性好，穿着舒适，光泽好，极好的染色性能和可生物降解性能，可在较短的时间内完全生物降解，不会造成环境的污染；（2）具有较高的干强和湿强；（3）可与其他纤维进行混纺，从而提高粘胶、棉等混纺纱线的强度，并改善纱线条干均匀度；（4）Tencel纤维织物的缩水率很低，由它制成的服装尺寸稳定性较好，具有洗可穿性；（5）纤维的截面呈圆形，表面光滑，其织物具有丝绸般的光泽；（

5、6）Tencel纤维织物的后处理方法比粘胶纤维更广，可以得到各种不同的风格和手感。但Tencel纤维也存在一定的缺点，即易原纤化、摩擦后起毛，呈现出桃皮绒感，目前正在进一步研究改进中。 2.2 聚集态结构聚集态结构 纤维素有四种主要的结晶变体， 即纤维素、纤维素、纤维素和纤维素。天然纤维素均为纤维素， 而经过碱处理、溶解和纤维素皂化等加工手段处理后的纤维素则转化为纤维素 纤维素浆粕(纤维素) 经NMMOH2O 溶解， 然后在水浴中固化成形， 重新生成的纤维素结晶变体为纤维素， 不能生成纤维素。 溶解后纤维素的结晶指数和结晶度都有不同程度的降低， 晶粒尺寸大幅度减小。 但纤维在成形过程中，要受到

6、沿纤维轴向的外力拉伸作用， 拉伸诱导结晶，使晶粒得到了较为充分的生长。 注：纺丝成形后的注：纺丝成形后的Lyocell 纤维结晶度并不低，纤维结晶度并不低， 结晶度和晶结晶度和晶粒尺寸比粘胶纤维的结晶度要大得多。推算出其结晶度为粒尺寸比粘胶纤维的结晶度要大得多。推算出其结晶度为50-63.19 % ，而普通粘胶纤维约为，而普通粘胶纤维约为30-40%。这说明。这说明Lyocell 纤维分子紧密规整，具有很高的分子间力，纤维纤维分子紧密规整，具有很高的分子间力，纤维强度也大。强度也大。 分子的取向度比普通粘胶高分子的取向度比普通粘胶高 Lyocell 纤维成形时， Lyocell 纤维的纺丝方法

7、属于干湿法。而普通粘胶纤维是在凝固浴中纺丝， 属于全湿法。 由于Lyocell 纤维的牵伸主要是在干态(空气或甲醇中) 条件下进行的， 所以分子的取向度比普通粘胶高。 Tencel纤维的密度 Tencel纤维的取向度 2.3 形态结构形态结构 Tencel纤维横截面为圆形，表面非常光洁，无裂纹，为全芯层结构，表皮很薄，其截面形状为圆形； 而国产粘胶纤维有明显的表面缺陷，如沟槽和裂缝(纹)，为皮芯结构，截面为腰果形。2.4 Tencel纤维的原纤化纤维的原纤化 原纤化是纤维素纤维的共同特点。Lyocell 纤维在这方面表现特别明显。纤维在湿热状态下，由于纤维膨胀和机械张力作用，单个原纤会沿纤维轴

8、向分裂，在纤维主干上形成绒毛。Tencel纤维和粘胶纤维的横截面和纵向表面形貌 3. Lyocell 纤维原纤化的纤维原纤化的原因原因纤维素纤维的结构是产生原纤化的主要原因。（1）Lyocell 纤维采用溶剂法生产。在生产过程中，大量的结晶化原纤维沿纤维轴向定向排列，其相邻的非晶态或无定形态的纤维素将这些结晶部分联接起来，形成整根纤维。（2）Lyocell纤维的高吸湿性，与普通粘胶纤维不同。纤维素吸湿膨胀，分子间结合力削弱。受机械外力作用，原纤沿纤维主体剥离成为直径小于14m 的巨原纤，产生原纤化现象。（3）Lyocell 纤维的高取向度使原纤沿纤维轴排列整齐，原纤间的交缠络合减少，有利于原纤

9、的剥离。（4）Lyocell 纤维纺丝属于溶剂纺干喷湿法工艺，使纤维极易形成皮芯层结构。皮层结构致密且薄，为纤维的原纤化提供了条件。二、聚乳酸纤维二、聚乳酸纤维 1. 乳酸的结构与性质乳酸的结构与性质 1780瑞典化学家首次发现了乳酸（瑞典化学家首次发现了乳酸（Lactic acid， LA），即），即2-羟基丙酸，其存在羟基丙酸，其存在L-乳酸乳酸（LLA）和）和D-乳酸（乳酸（DLA），）， LLA 和DLA的熔点均为53。 易溶于水，乙醇、乙醚、丙酮，不溶于氯仿、苯及二硫化碳等有机溶剂。 乳酸的生产有两种方法：发酵法和化学合成法。化学合成法：以乙醛和氢腈酸为原料，生产得到的是无旋光性的D

10、L-乳酸（DLLA。此法生产过程中，试剂的毒性大，对环境造成污染试剂的毒性大，对环境造成污染， 发酵法：一般采用玉米、小麦等淀粉或牛乳为原料，由微生物将其转化为LLA。发酵法所得的乳酸几乎全部是左旋的，具有光学活性。因为人体只具有分解LLA的酶，所以LLA 比DLA或DLLA在生物可降解材料的应用上有独到之处。2. 丙交酯的结构和性质丙交酯的结构和性质 丙交酯是有LA制得的环状二聚体。 由于LA有两种L-、D-两种旋光异构体，相应的，从旋光性上讲存在四种丙交酯：(1)两分子LLA形成的L，L-丙交酯（简称L-丙交酯）(2)两分子DLA形成锇D，D-丙交酯（简称D-丙交酯）(3)一分子LLA和一

11、分子DLA形成的D，L-丙交酯(内消旋丙交酯)(4)L-丙交酯和D-丙交酯形成的外消旋丙交酯。 四种丙交酯的性质3. PLA的化学结构的化学结构 由于乳酸存在两种立体异构体，因此聚乳酸（PLA）同样存在不同的立体构型，即聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）聚D，L-乳酸（PDLLA)4. PLA的合成的合成 1913年，法国人首先用缩聚法合成了PLA。 1966年Kulkarni首先提出可由LA合成丙交酯，再进一步生成PLA的制备方法。 20世纪90年代以来，经过改进聚合工艺和大量研究共聚改性技术，产生了包括扩链法和共聚法在内的新聚合法. 到目前为止，PLA的制备方法仍主要为LA直接

12、聚合法以及间接聚合法（丙交酯开环聚合法）两种。 4.1 直接聚合法直接聚合法 直接聚合法的基本路线是LA单体经过共沸蒸馏、脱水缩聚得到PLA高聚体，其基本原理是LA的脱水缩聚，反应过程中生成的水是一步步地除去的，整个反应是逐步缩合的过程，在反应后期由于产物的分子量变大，导致体系粘度增大，使得体系中的水难以除去，因此缩聚反应困难，PLA分子量不再增加。 LA直接聚合法主要包括在溶剂中进行的溶液聚合法和不使用溶剂的熔融聚合法。4.2 间接聚合法（丙交酯开环聚间接聚合法（丙交酯开环聚合法合法） 丙交酯开环聚合法的一般过程为LA单体现经过脱水缩聚形成PLA齐聚物，然后在催化剂、真空、加热的条件下，使齐

13、聚物裂解呈LA环状二聚体，即丙交酯，最后丙交酯在催化剂的作用下开环聚合生成PLA高聚物。 5. PLA的纺丝的纺丝 PLA纤维具有与聚酯相似的结晶性和透明性，具有高的结晶度、取向度。 其纺丝有干法和熔融法两种。5.1 干法纺丝干法纺丝 许多纺丝学者对PLA干法纺丝进行了研究，发现纺丝液的浓度、溶剂的组成、拉伸温度、拉伸速度、分子质量、分子质量分布、纺丝环境温度和纤维直径等均影响成品纤维性能。 采用分子量为375 000 PLA进行干法纺丝，所纺制的PLA纤维达到8.3cN/dtex。5.2 熔融纺丝熔融纺丝 采用分子量为330 000、熔点为1860C、结晶度约为75%的PLA，用二步法生产P

14、LLA纤维。即先熔融挤出，以不同卷绕速度制成初生纤维。然后进行后拉伸。所纺制的PLA纤维强力只达到6.9cN/dtex 。 从纺制的纤维的机械性能看，干法纺丝优于熔融纺丝。其原因有两个方面： （1）干法纺丝的纺丝液中大分子链的缠结比熔融纺丝的熔体中少得多。在纺丝过程中，若能将这种缠结少的网络结构有效地转移到初生纤维中，则初生纤维表现出很高的拉伸性能。 （2）同熔融纺丝相比，干法纺丝通常在较低的温度下进行，热降解少。虽然熔法纺丝所得的纤维机械性能略低，但其不需要使用溶剂及溶剂回收处理装置，成本低，环境污染少，因此聚乳酸熔纺领域的研究十分活跃。6. 结晶性能结晶性能 聚乳酸是一种半结晶聚合物，链的

15、构象在非晶区呈无规卷曲，在晶区呈现出螺旋状结构。 PLLA的螺旋状结构包括形态和形态两种，螺旋的形态取决于聚合物的制备和处理过程。 在高温高倍下进行热拉伸，形态可以转化为形态，但即使熔融实验也未发现形态转化为形态。7. PLA纤维的性能纤维的性能7.1 基本性能基本性能7.2 力学性能力学性能 7.2.1 拉伸性能拉伸性能 （1）聚乳酸纤维的强度略低于涤纶和锦纶纤维，但是其断裂伸长率较大。因为聚乳酸纤维的细度不匀率较大，因此其断裂伸长率较大。 （2）PLA纤维的模量为涤纶纤维的1/2，比涤纶柔软，密度介于涤纶纤维和锦纶纤维之间。 7.2.2 回弹性能回弹性能 PLA纤维弹性回复性优良，尤其在大变形下（10%）的弹性回复率除了比锦纶纤维略低外，比棉、涤纶、粘胶、羊毛、腈纶都要好。7.3 吸湿性能吸湿性能 因为不含有亲水基团，聚乳酸纤维的回潮率较低，略高于涤纶，比锦纶要小得多。也低于常规的天然纤维。 7.4 导电性能导电性能 和其他常规合成纤维一样，聚乳酸纤维的质量比电阻在107，比其他两种常见的合成纤维如涤纶、锦纶要小，但比天然纤维要大得多，因而会影响到其可纺性。7.5 热学性能热学性能聚乳酸纤维的熔点较低，而聚酯纤维的熔点要比聚乳酸纤维高1.5倍，因而聚乳酸纤维在燃烧时熔融速度极快，溶液能连续滴下，残渣凝固时间较长，包括火焰颜色、气味等这些特点和聚酯纤维等合成