Lyocell纤维制造工艺分析及比较

Lyocell纤维制造工艺分析及比较Lygll纤舞是一种新型的纤雄素纤您它是通过将纤■素直接溶解在有机溶剂N-甲星吗的N•氧化物（NMMO）和水的混合溶剂中进行干湿法睥制得的,其制造工艺筒革，溶剂无毒，可以回收、无环境治染【叱而H原料是取之不足「用之不蝎的天然纤维素，纤维的性能乂优于普通粘胶纤维，因此被称为“绿色纤批，近年来「L辨Mil纤摩成为国际上研说和开发的热点，并以较快的速度发展，被誉为“二十一世纪纤维七桃放耕杵狗生产工艺收桃放耕杵狗生产工艺收S1-1两抖1纤麻素料麻生产工艺的比较图1-1比较了Lyadl工艺与传统的粘胶生产工艺，如图所示，Lyocell纤维的制造工艺是一抻与生产牯膻约型本质不同的全新技术路线。整个生产过程没有化学反应*比传统的牯胶工艺少了碱化、老化'黄化和熟成等许多道工序，流程大大缩短。1.1.2Lyocell工艺的溶解机理及溶解方法1.1.2.1溶解机理如前所述，Lyocell纤维生产中，是以NMMO和水的混合体系为溶剂的,其溶解纤维素的可能机理如下图所示。图1-2NMMO溶解纤维素的可能机理由图1-2可知，NMMO是一种环状的叔胺氧化物，其六元环上的N原子提供一对电子与具有空轨道的0原子形成配位键，结果使。原子上的电子云密度增加，N隙子周围的电子云密度降低，从而增强了N--。基团进攻纤型素上的玲基的能力，使纤维素与NMMO溶剂间形成了新的组键，而纤维素大分子之间原有的狙键则被切断，从而使纤维素宜接溶解在NMMO体系中⑵。1.1.2.2溶解方法NMMO和水在常温下根据不同的组成关系可形成不同的水合物，由于含水率不同，其爆点相应发生改变，溶剂溶解纤维素的能力也有所不同。无水NMMO对纤维素的溶解性最好，但因其熔点过高(】72*C或更高)，溶剂和纤雄素都易发生降解，会对最后产品的性能产生不利影响。随NMM。中含水量的增加,NMMO的雄点逐渐降低。当NMMO中水的含量超过17%以后，会对纤维素失去溶解能力。目前，纤维素在NMM0中的溶解大致有两种方法：直接溶解法：通过减压蒸偷的方法将溶剂的含水率降至15%以下，然后在适当的工艺条件下将该溶剂与纤维素混合溶解形成适当浓度的溶液。间接溶解法：未经蒸浓的溶剂首先与纤维素混合，使纤维素在溶剂中发生充分溶胀但不溶解。然后，在升高温度的同时，将溶胀均匀的浆液经减压蒸馆脱水后可制得适于纺丝的溶液01.1.3Lyocell约维的特点及用途Lyocell纤维具有高干湿强度、高模量、低伸长率以及高吸湿性等特点.此外，Lyocell纤维还具有棉的舒适性、聚酯纤维的强度、粘胶纤维的悬垂性以及真丝的手感；其既可以单独纺纱，也可以与其它纤维《如涤纶等〉混纺，表现出良好的服用性能。此外，Lyocell^维的应用不局限于纺制品领域，在特殊织物方面可以利用高原纤化的Lyocdl纤维制造水刺织物；在特种纸方面，利用高原纤化Lyocdl

纤维可制成各种特种纸张⑶。Lyocell纤维还可替代粘胶纤维作为碳纤维原丝，是非常有价值的一种新型纤维.1.2.功能Lyocell纤维的研究现状随着Lyocell纤维的不断发展，近年来有关功能性的Lyocell纤维的研究也非常活跃。Lyocell的功能化方法可以简单分为物理法和化学法。化学法是利用纤维素上的羟基可经氧化转变成狡基，醛基和制基等结构，通过这些结构的变化,可以进■步接上功能性基团，从而赋;予纤维素材料以新的功能。而物理法则是通过在纤维素NMMO溶液中加入具有某些功能的物质，从而制成功能化的复合Lyocell纤维。Niektaszewicz等眺采用Lyocell工艺，以聚环氧乙烷(PEO＞作为亲水性添加剂、以聚乙烯(PE)作为疏水性添加剂，制备了改性Lygdl纤维。研究结果表明，改性Lyg司纤维的孔隙率，吸湿率、保水率及力学性能等均取决于纺丝液中漆加剂的含量。与未改性的Lyocell纤维相比，PE的添加使改性Lyocell纤维具有更多的疏水性。此外，由于在水洗过程中从纤维中去除了亲水性的PEO,使得PEO改性的Lyocell纤维具有较多的孔洞.表M不同含量PE和PEO改性的Lyocell纤维的孔隙率和吸湿性田CtKMtffu U«M*turv Mfx.turv TvUl十5布Sunp虾 of itRvivmirn,TumIiumukavr*rfa*rorw.pmvifv.wiferuidifrr RH.**» RH、七vulunw.mm'/gm"/|t \0144 —1?Ah土闵0144 —1?Ah土闵A.・g12m.B-1S4fPEO\2r*gPEQJ2.72诉1、15%・PEOBillB-IS7>r.(U)13VnPEIE8-1^?9%Kn.MB・l~KK.PFH千8IbSmnhlW6心河・..PE10.71y4486f妃ICMWR47皿

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:tnN*nlAsn%Czarnecki等闫人采用了无机错银俩酸盐和有机三氯生两种抗菌剂作为添加剂制备了具有抗菌性能的Lyo沃11纤维。此外，他们还在Lyocell纺丝液中添加了胶状的纳米二氧化硅以提高纤维的抗菌活性。从流变和热性能测试结果来看,纳米二氧化硅的添加对纤维素纺建液的结构有重要影响，这主要是由于纳米二弱化硅与NMMO分子发生了化学反应而引起的。为了提高Lyocell纤维的吸收性能，Lim等⑹将粒径小于lOOum的一种水解淀粉接枝的聚丙烯腊＜HSPAN＞高效吸收剂加入到Lyocell纺丝液中，并通过干湿法制备了改性Lyocell纤维。该纤维的吸水能力和吸水速率大幅提高，其中含有2M%和5wt%HSPAN的Lyocell纤维的最大吸水能力分别高达4.55g/g和8.21g/g,而未改性的Lyocell纤维则仪为l.94g/g°SEM和偏光显微镜结果证实了无论是在湿态还是干态情况下，Lyocell纤维中都含有HSPAN,但是，随着HSPAN含量的提高，Lyocell纤维的力学性能降低。因此，应综合考虑纤维的吸收能力和力学性能来选择最佳的HSPAN含量。图1-3Lyocell纤维及含有HSPAN的Lyoccll纤维的吸水行为啊Vorbach等叩采用Lyocdl工艺，在纺丝液中混入高含量的微细分散的炭黑导电物质，制备了导龟Lyocdi纤维。此外，他们还探讨了在Lyocell纺丝液中添加羟甲基甲壳质（CMCH）和聚乙烯亚胺（PED、淀粉及杂多糖等，分别改进7Lyocell纤疑的抗菌、染色及亲水等性能。东华大学的王兆明等网通过将无机纳米抗菌剂添加至Lyocell纺幺£液体系中进行共混纺丝，制得了抗萌Lyocell纤维，研丸发现抗图剂质量分数在适屋的范围内时，所制得的抗菌Lyocell纤维的强度等力学指标符合常规Lyocell纤维的质髭要求。抗菌Lyocell纤维的抗菌效果随纤维中抗菌剂质量分数的增加而增强，所制抗菌Lyocdl纤维埼有良好的抗萌耐洗牢度。Smiechowicz等人®以NMMO水溶液作溶剂，将AgNO3水溶液经过不同的处理方法（有光照或无光照），加入到有Lyocdl纺丝液的1KAV1SK混合器中，然后用动态光散射仪比较了生成的Ag粒子的粒径和团聚颗粒的尺寸，并制备了纳米银粒子改性Lyocell纤维，在几乎没有影响Lyocell纤维的力学强度和亲水性的情况下赋予了Lyocell纤维新的功能。图1-4TiO?在纤雄表面的分散电镜照片"UVeronovski等人皿用TiO?、Si6和GEVMO制得了功能化的LyocelJ纤维,他们选择了3-缩水甘油醒基丙基三甲制基硅烷作为偶联剂,这种偶联剂在相容性很差的TiO?纳米粒子与纤推素之间，提供了一个稳定的结合状态a研究结果表明他们成功地将Ti02纳米粒子涂覆在Lyocell纤雄的表面，并且通过改善TiO2分散剂种类使其均勾地分散在纤维的表面。图为分散改善前后的图片对比。综上所述，近年来有关功能Lyocell纤维的研究十分