再生纖維素纖維的開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊明霞,陳莉娜,劉雪平

(河南工程學(xué)院紡織學(xué)院，河南鄭州 450007)

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再生纖維素纖維的開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊明霞,陳莉娜,劉雪平

(河南工程學(xué)院紡織學(xué)院，河南鄭州 450007)

介紹了再生纖維素纖維的三個發(fā)展階段，以及粘膠纖維、Lyocell纖維、麻漿纖維及竹漿纖維等幾種再生纖維素纖維的開發(fā)現(xiàn)狀，并從纖維性能、環(huán)保性、國家產(chǎn)業(yè)政策和原料來源等因素出發(fā), 指出了再生纖維素纖維的發(fā)展趨勢。

粘膠纖維Lyocell纖維麻漿纖維竹漿纖維

纖維是紡織生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料，隨著世界人口的日益增長和人均纖維消耗量的不斷增加，紡織纖維的需求量將越來越大。然而，棉、麻、毛、絲等傳統(tǒng)天然纖維雖是可再生資源，但是它們的種植生產(chǎn)依賴土地，存在和人類爭口糧的問題。我國人口多、耕地少，因此傳統(tǒng)天然纖維的種植和生產(chǎn)很大程度上受到制約。改革開放30年來，我國科技的進步雖使棉花的單產(chǎn)提高了許多，但其生產(chǎn)總量仍不能滿足紡織業(yè)生產(chǎn)的需要。目前，棉總量的1/4左右為進口棉量，毛、麻等天然纖維也需要大量地進口。紡織行業(yè)需大力拓展新型纖維以確保紡織工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

各種新型再生纖維素纖維原料資源豐富，服用性能優(yōu)良，價格便宜，其在一定程度上可以部分甚至完全替代天然纖維，作為一種性能優(yōu)異的纖維素纖維，受到人們的普遍關(guān)注[1-3]。

1　再生纖維素纖維發(fā)展的三個階段

再生纖維素纖維自問世以來，其發(fā)展可分為三個階段, 同時也形成了三代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品為普通粘膠纖維， 于20世紀初主要為解決棉花短缺問題而出現(xiàn)。第二代產(chǎn)品為高濕模量粘膠纖維，并于20世紀50年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括蘭精公司新工藝生產(chǎn)的Modal 纖維，日本的虎木棉(Polynosic)及美國的變化型高濕模量纖維HWM。20世紀60年代末期，由于原料充足、成本低廉的合成纖維生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展，導(dǎo)致再生纖維素纖維的需求和市場地位開始出現(xiàn)下降，經(jīng)歷了彼此之間競爭的生產(chǎn)企業(yè)也關(guān)閉了一部分產(chǎn)品質(zhì)量差及無力治理“三廢”的企業(yè)，故再生纖維素纖維的生產(chǎn)量出現(xiàn)逐年下降。新合成纖維的開發(fā)和應(yīng)用逐漸受到各研究機構(gòu)和企業(yè)的高度重視，與此同時，再生纖維素纖維的發(fā)展和使用也幾乎停滯。第三代產(chǎn)品出現(xiàn)于20世紀90年代，主要代表有Tencel短纖維和Newcell長絲。近年來，隨著消費者環(huán)保健康與崇尚自然意識的不斷增強，對再生纖維素纖維也有了新的認識，使再生纖維素纖維的應(yīng)用慢慢出現(xiàn)了恢復(fù)性地增長。[1-3]

2　幾種再生纖維素纖維的開發(fā)現(xiàn)狀

2.1粘膠纖維

2.1.1普通粘膠纖維

普通粘膠纖維為再生纖維素纖維的主要品種，由棉短絨、竹材、木材、蘆葦、甘蔗渣等天然纖維素經(jīng)堿化而形成堿纖維素，再與二硫化碳發(fā)生作用后生成纖維素黃原酸酯，其溶于稀堿液內(nèi)而得的粘稠溶液稱為粘膠，粘膠再經(jīng)濕法紡絲和一系列處理工序后即形成粘膠纖維。它的出現(xiàn)主要是為了解決棉花短缺問題。粘膠纖維的化學(xué)組成與棉相同，同屬纖維素纖維，具有良好的染色性、吸濕透氣性和服用舒適性，對氧化劑及酸比棉纖維敏感，對堿的穩(wěn)定性較差。粘膠纖維吸濕后強度下降明顯，收縮率大，織物手感硬，尺寸穩(wěn)定性也較差，而且其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生較大污染，嚴重阻礙其進一步發(fā)展[4]。

2.1.2高濕模量粘膠纖維

高濕模量粘膠纖維是指高強力、高聚合度和高濕模量的粘膠纖維。為克服普通粘膠纖維濕強及濕模量低、織物尺寸穩(wěn)定性較差等缺點，采用高粘度及高酯化度的低堿粘膠，在低酸及低鹽紡絲凝固浴中紡成了高濕模量粘膠纖維，纖維具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐堿性、高濕強度和高濕模量、低濕伸長率，堿穩(wěn)定性提高且具有良好的染料親和力及非原纖維化/非原纖狀結(jié)構(gòu)等特點。

高濕模量粘膠纖維主要產(chǎn)品包括蘭精公司20世紀80年代后期生產(chǎn)的 Modal 纖維、日本東洋紡的Polynosic 纖維和美國的變化型高濕模量纖維HWM等纖維。

2.1.2.1Modal 纖維

Modal(莫代爾)纖維由奧地利蘭精公司生產(chǎn)的，以歐洲櫸木制成的木漿為原料，通過專門的紡絲工藝加工而成的高科技天然綠色纖維，其主體屬天然植物纖維素纖維，對環(huán)境無污染，其生產(chǎn)過程中使用的有機溶劑無毒并可回收利用。Modal纖維取源于自然，又可通過生物降解回歸自然，是一種新型的綠色再生纖維。纖維結(jié)晶度和取向度高，原纖結(jié)構(gòu)明顯，截面呈腰圓形不規(guī)則的皮芯結(jié)構(gòu)，縱向有溝槽。纖維濕強比普通粘膠纖維明顯高，纖維制品的光澤及柔軟性、吸濕性、染色性及染色牢度均優(yōu)于純棉纖維制品，且有蠶絲般的手感。因Modal纖維面料手感柔軟滑爽、色澤純正、透氣性好、易打理，且迎合了21世紀人類對環(huán)保高度重視的要求，受到廣大消費者青睞，國內(nèi)市場非常流行。[4-6]

2.1.2.2Newdal纖維

Newdal纖維是中國的Modal，是國內(nèi)唯一高濕模量粘膠纖維，由山東海龍股份有限公司自主研發(fā)而成，命名為“紐代爾”纖維。在2008年3月山東海龍公司主辦的紐代爾纖維技術(shù)交流會上，正式成立了紐代爾纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，向紡織行業(yè)正式推出了中國的紐代爾纖維品牌。Newdal纖維原料為天然優(yōu)質(zhì)棉和木漿，具有高濕模量、高強度、高卷曲性、高斷裂伸長率，柔軟滑爽，纖維可紡性好。Newdal纖維織物的保型性及懸垂性好，抗褶皺性、耐洗滌及吸濕透氣性好，穿著舒適，適用于制作休閑運動裝、童裝、高檔時裝及衛(wèi)浴等用品。[7，8]

2.1.2.3Polynosic纖維

該纖維是日本最早于20世紀50年代研制成功，被稱為“虎木棉”，在歐洲實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，并正式被命名為Polynosic纖維。我國在20世紀60年代生產(chǎn)的富強纖維與該纖維屬于同一類型。該纖維的斷裂強度和結(jié)晶度均優(yōu)于莫代爾纖維，耐堿性能好，但纖維不耐疲勞，勾結(jié)強度相對較低。由于20世紀70年代受到全球能源危機和合成纖維沖擊的影響，導(dǎo)致Polynosic纖維產(chǎn)量大幅下降。

我國丹東化纖集團在2000年全方位引進奧地利的蘭精公司及日本的東洋紡的國際先進技術(shù)與生產(chǎn)線，在2004年實現(xiàn)了Polynosic纖維的國產(chǎn)化，注冊商品名為Richcel(麗賽)纖維[4]。Richcel纖維是由專門的紡絲工藝生產(chǎn)加工而成，屬高濕模量改性粘膠纖維，生產(chǎn)過程清潔環(huán)保，且纖維也可自然生物降解，故Richcel纖維被稱之為21世紀綠色環(huán)保纖維。

Richcel纖維縱向光滑，橫截面近似圓形，光澤較好。該纖維繼承了該系列纖維的全部優(yōu)點，具有其他高濕模量纖維素纖維不能突破的優(yōu)良性能。與普通粘膠纖維相比，其斷裂強度高、伸長小、初始模量高，尤其是濕強明顯提高，且上染率高，并可自然生物降解。該纖維能與棉麻絲毛等天然纖維及多種合成纖維進行混紡或交織，其混紡織物具有較好的吸濕透氣性和親膚性，柔軟滑爽，光澤、懸垂性和尺寸穩(wěn)定性等均較好，服用性能優(yōu)良。因Richcel纖維的許多性能指標均接近于羊絨，故被業(yè)界稱為“植物羊絨”，發(fā)展前景非常廣闊。由于Richcel纖維及其織物具有許多優(yōu)秀的品質(zhì)和特殊的風格，紡織適用范圍極廣，引起了國內(nèi)外紡織行業(yè)的普遍關(guān)注。

2.1.3差別化粘膠纖維

差別化粘膠纖維可分為原料差別化、功能差別化、形態(tài)(狀)差別化三種粘膠纖維。早期的差別化纖維技術(shù)開發(fā)主要集中于對纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及成纖聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)改性兩方面，現(xiàn)今已擴展到功能性纖維、異形纖維、新合纖及混纖復(fù)合加工等領(lǐng)域，并且各種技術(shù)相互之間滲透，差別化粘膠纖維的種類日益增多，出現(xiàn)了Y 形粘膠纖維和扁平形粘膠纖維。國家鼓勵發(fā)展差別化纖維，當前是我國差別化再生纖維素纖維發(fā)展的黃金時期[1-4]。

2.2Lyocell纖維

Lyocell纖維是將纖維素溶解在NMMO水溶液中進行紡絲制得的一種再生纖維素纖維，其原料是棉漿或木漿。該纖維的生產(chǎn)流程大約為普通粘膠纖維的二分之一或三分之二，不僅生產(chǎn)效率高、能耗少，而且溶劑回收率高，纖維生產(chǎn)加工過程符合環(huán)保要求，同時纖維物理機械性能優(yōu)良，干濕強度大、初始模量高、尺寸穩(wěn)定性好、縮率小，尤其是其濕強與濕模量，接近于合成纖維。纖維可純紡或與其他纖維原料混紡、交織或復(fù)合，能開發(fā)出多種高附加值的針織和機織產(chǎn)品。纖維制品具有懸垂性好、強度高、吸濕放濕易染、手感厚實等性能特點，保形性與抗皺性優(yōu)于普通粘膠纖維制品。

Lyocell纖維有普通型Lyocell、交聯(lián)型Lyocell和超細型Lyocell等纖維品種。

2.2.1普通型Lyocell纖維

普通型Lyocell纖維以木漿粕為原料，紡絲過程采用NMMO溶劑，其回收率可達 99% 以上。主要品種包括Lyocell短纖(Tencel?、Alceru?、Cocel?、Acell?等)與長絲(Akzo Nobel公司的Newcell?)。

2.2.2交聯(lián)型Lyocell纖維

Lyocell在濕態(tài)或有機械作用時會產(chǎn)生原纖化。為克服纖維的原纖化現(xiàn)象，Acordis公司、Lenzing公司均研制了交聯(lián)型Lyocell纖維。Acordis公司的商標名命名為Tencel?A 100、Tencel?A 200，Lenzing公司的商標名命名為 Lenzing Lyocell?LF[9]。

Tencel?A100纖維是以添加交聯(lián)劑的方法使原纖間產(chǎn)生交聯(lián)作用，表面不會形成微纖，同時可保持其他性能優(yōu)良不變，可生產(chǎn)表面光潔及織紋清晰的面料，廣泛應(yīng)用于針織毛衫領(lǐng)域，尤其適合毛精紡針織及機織面料。Tencel?A 200與Tencel?A 100不同，堿穩(wěn)定性好，因此可經(jīng)受棉混紡織物的全絲光處理；染色親和性與棉相似；甲醛釋放幾乎為0，非常適合制作內(nèi)衣與嬰兒服。Lyocell?LF仍以NMMO為溶劑，經(jīng)NMMO的水溶液及空氣浴紡絲成形。纖維整理過程中在纖維素分子間添入鍵聯(lián)結(jié)劑以防纖維出現(xiàn)原纖化[10]，故Lyocell?LF纖維在機械加工及織物整理過程中不會產(chǎn)生原纖化現(xiàn)象，纖維多次水洗也不會出現(xiàn)原纖化。Lyocell?LF纖維的橫截面形態(tài)與普通Lyocell 纖維一樣，具有永久卷曲，但強度略有下降；纖維的耐曬性和耐濕性與Lyocell纖維差別不大，但與直接染料等一些染料的親和力略低。[9，10]

2.2.3超細型Lyocell纖維

Lenzing公司在Lyocell?LF纖維生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上又開發(fā)出超細型Lyocell纖維，即Micro Lyocell?，規(guī)格為0.9dtex×34mm，主要適用于女士外衣與針織內(nèi)衣面料，產(chǎn)量不大。

Lyocell產(chǎn)品目前主要用于針織服裝、休閑服、內(nèi)衣等領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)用的比例較小。今后，Lyocell 纖維擴大應(yīng)用領(lǐng)域，向裝飾用與產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域發(fā)展將會成為發(fā)展趨勢。此外，開發(fā)功能性差別化Lyocell也將會更受市場歡迎。

2.3麻漿纖維(再生麻纖維)

麻漿再生纖維素纖維是以紅麻、麻稈、黃麻等麻植物為原料，制成漿粕后制成麻漿纖維。該纖維的干強與普通粘膠纖維相似，濕強高于普通粘膠纖維及天然竹纖維，吸濕透氣性能好，適用于織制內(nèi)衣、T恤衫、毛衫等產(chǎn)品。我國的麻類作物面積達50萬公頃，其中黃麻和紅麻的種植面積達20-25萬公頃，產(chǎn)量居世界第三，為世界產(chǎn)麻大國。但由于黃麻、紅麻的單纖長度短，工藝纖維線密度較大，故紡紗價值較低，大量的紅麻及黃麻類植物主要用作制作繩索、麻線、包裝袋等制品。

2.3.1圣麻纖維

圣麻纖維是2004年河北吉蒿化纖有限公司自主研發(fā)的一種以麻類植物為原料的新型再生纖維素纖維。該纖維是以天然麻材為原料，經(jīng)過蒸煮、漂白、制膠、紡絲、后處理等工藝，將天然中的纖維素提取出來，保留了天然麻材中的抑菌物質(zhì)。其產(chǎn)品也可自然生物降解，健康、環(huán)保。

圣麻纖維橫截面似不規(guī)則的星型和梅花型，縱向有條紋，初始模量高、吸濕放濕及透氣性佳、勻染性好且抑菌防霉，并極好地克服了原麻纖維可紡性差、親膚性差等缺點。因圣麻纖維織物顏色亮麗、穿著舒適，可將其與天然麻纖維混紡生產(chǎn)高檔面料，也可利用麻紡工藝或棉紡工藝開發(fā)出西裝、襯衫、茄克衫、休閑褲等風格不同的外衣用面料。同時由于圣麻纖維濕強高，天然抑菌防霉，故也可用于內(nèi)衣、被類、巾類及醫(yī)用衛(wèi)生用品，還可開發(fā)口罩、餐巾紙等非織造產(chǎn)品。

我國是產(chǎn)麻大國，麻資源非常豐富，給原材料提供了充分保證，故圣麻纖維在市場上有非常廣闊的發(fā)展前景。

2.3.2 麻賽爾纖維

麻賽爾纖維(Jutecell?)是山東海龍股份有限公司采用自主開發(fā)的專有技術(shù)，對天然纖維黃麻、紅麻進行處理而制得的一種新型再生纖維素纖維[11]。該纖維采用特殊生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，改善了天然麻纖維粗、短、硬、刺癢等親膚性差的缺點，同時除保持了天然麻纖維原有的吸濕、透氣、涼爽、抑菌和防霉等特性[11-13]，纖維橫截面為不規(guī)則的“雙峰”形，截面有縫隙，外緣圓滑無扭轉(zhuǎn)，縱向有深淺不一的溝槽[13]。其纖度和長度還可根據(jù)需求通過調(diào)整工藝參數(shù)來調(diào)節(jié)，其廢棄物可自然降解，綠色環(huán)保，不會造成二次污染。

麻賽爾纖維可分為棉型、毛型、中長型三種類型，可紡性較好，可純紡或與麻、棉、毛、絲、羊絨、化纖等纖維混紡交織。因為具有吸濕透氣、蓬松柔軟舒適、抑菌防霉等特性，故適用于開發(fā)針織毛衫、內(nèi)衣、高檔西裝等服用紡織品，床罩、窗簾等家用紡織品，醫(yī)院病服、防護服等醫(yī)用紡織品[11]。

麻賽爾等麻漿纖維的出現(xiàn)、發(fā)展與應(yīng)用，緩解了當前能源短缺的問題，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大大地提高了紅麻、黃麻等麻資源的利用效率及產(chǎn)品的附加值，拓寬了天然麻纖維的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。但目前我國國內(nèi)關(guān)于麻賽爾等麻漿再生纖維的性能理論研究及產(chǎn)品開發(fā)才剛剛起步，尚缺少深入的基礎(chǔ)性研究[11-13]。因此，各種麻漿纖維的性能及產(chǎn)品開發(fā)就成為一個非常值得關(guān)注的研究課題。

2.4竹漿纖維(再生竹纖維)

竹漿纖維是繼Modal、Tencel后由我國自行研制并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新型再生纖維素纖維。首先采用水解—堿法及分段精漂工藝制得竹纖維漿粕，使竹漿中纖維素的含量達到93%以上，但天然抗菌成份“竹醌”不會受到破壞，然后再進行紡絲生產(chǎn)。根據(jù)使用要求不同，竹漿纖維可被加工成棉型或毛型短纖維，以制成純紡紗或混紡紗[5]。

竹漿纖維截面呈鋸齒形且有中腔，縱向有溝槽，纖維吸放濕速率極快，被稱為“會呼吸的纖維”。與其他再生纖維素纖維相比最獨特之處在于竹漿纖維具有永久的天然抗菌性，纖維中仍保留了竹子的天然抗菌成份。竹漿纖維產(chǎn)品具有強力高、耐磨性好的性能特點，吸濕放濕性能與光澤好、手感柔軟、懸垂性佳、舒適涼爽且染色性能優(yōu)良、光澤靚麗、天然抗菌，適用于生產(chǎn)貼身用織物面料和夏季針織面料，也可用于無紡布、衛(wèi)生材料、床上用品、洗浴用品等有特效功能的產(chǎn)品。

竹子三至五年即可成林，二至三年后即可用于生產(chǎn)竹漿纖維，為一種速生高產(chǎn)纖維原料。我國的竹產(chǎn)量約占世界竹總產(chǎn)量的三分之一，居世界第一位，為名副其實的產(chǎn)竹大國。故竹漿纖維的出現(xiàn)有利于森林資源的綜合保護，可在很大程度上緩解棉漿粕供應(yīng)不足及對木漿原料需求不斷增長的現(xiàn)象，發(fā)展前景良好。[1-5]

目前，湖南拓普竹麻產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司(吉林化纖股份有限公司下屬)已建成了3萬噸竹漿粕、4萬噸竹漿纖維生產(chǎn)線，并計劃逐步建成年產(chǎn)竹漿粕及竹漿纖維分別達到12萬噸和8萬噸的生產(chǎn)線。河北吉藁化纖有限責任公司的“天竹”牌竹漿纖維的年產(chǎn)已達2萬噸，上海中紡物產(chǎn)發(fā)展有限公司以“云竹”的品牌大力推廣竹漿纖維的開發(fā)與應(yīng)用[1]。

竹漿纖維一問世就引起了國際市場的廣泛關(guān)注。其原料來源于天然可再生資源，其制品使用后也可生物降解、綠色環(huán)保，是一種具有廣闊發(fā)展及應(yīng)用前景的紡織材料[14，15]。應(yīng)用竹漿纖維開發(fā)的高檔服用產(chǎn)品，其產(chǎn)品舒適性能、外觀性能及手感均可得到顯著改善，產(chǎn)品的檔次和附加值均可得到有效提高。加強高檔優(yōu)質(zhì)竹漿纖維產(chǎn)品的研究開發(fā)，搶占國際市場，必將具有十分廣闊的發(fā)展前景。

3　再生纖維素纖維的發(fā)展趨勢

(1)普通粘膠纖維仍然存在濕強低、水洗尺寸穩(wěn)定性較差、生產(chǎn)過程污染大等問題，隨著其它新型纖維素纖維產(chǎn)量的不斷增大，其在再生纖維素纖維中的比例將不斷降低，從工藝著手，解決環(huán)保問題。

(2)由于棉等天然資源短缺，可降解性良好的再生纖維素纖維符合環(huán)保生產(chǎn)趨勢，可替代或部分替代天然棉纖維，故總產(chǎn)量將繼續(xù)擴大，占全球纖維總產(chǎn)量的比例也會不斷提高；生產(chǎn)規(guī)模向合理化、大型化方向發(fā)展，降低成本，提高效益；生產(chǎn)工藝向自動化、連續(xù)化、高速化方向發(fā)展。

(3)國內(nèi)市場對于差別化再生纖維素纖維的需求在不斷增長，且國家有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策中也明確指出要鼓勵發(fā)展和要加快發(fā)展差別化纖維，故差別化再生纖維素纖維定會有良好的發(fā)展空間。

(4)Modal、Newdal、Polynosic、Lyocell等高濕模量粘膠纖維以及竹漿、麻漿纖維等經(jīng)過改良的再生纖維素纖維，其克服了傳統(tǒng)粘膠纖維的多項缺點，所占比例及應(yīng)用范圍也將會迅速擴大。改進纖維的加工性能和使用性能，變化風格、擴大品種。部分新型功能性再生纖維素纖維、改性再生纖維素纖維的出現(xiàn)，也為此類纖維的發(fā)展開辟了新方向。

(5)由于麻漿及竹漿纖維原材料來源豐富且成本低，結(jié)合了我國林業(yè)及農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)特色，麻漿纖維及竹漿纖維后續(xù)必將會有較大的發(fā)展空間。

(6)開發(fā)速生材資源，提高棉絨剝絨率，擴大木漿、棉漿漿源，包括開發(fā)漿類來滿足原材料的需求。我國森林資源貧乏，棉田也有限制，不斷尋找新的漿源應(yīng)當作為重點來加以考慮。

(7)各種新型纖維素纖維的產(chǎn)品目前主要用于服用、家紡等領(lǐng)域，用于產(chǎn)業(yè)的比例很小。 今后，拓展新型纖維素纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，向裝飾用紡織品與產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域發(fā)展也成為一個趨勢。

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1008-5580(2016)03-0169-05

2016-05-08

楊明霞(1980-)，女，碩士，副教授，研究方向：紡織品設(shè)計及產(chǎn)品開發(fā)，紡織品檢驗。

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