再生纖維素纖維的開發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

霍倩，張明宇，劉姝瑞，譚艷君，王繼業(yè)

（1.西安工程大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化中心，陜西西安710048；2.偉格仕紡織助劑（江門)有限公司，廣東江門529000；3.西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710048)

0 前言

再生纖維素纖維原料取材于天然纖維，纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)保持不變，只改變其物理結(jié)構(gòu)，主要有黏膠纖維（Rayon)、Modal、天絲（針葉樹為主要原料)、竹纖維（以毛竹為主要原料)、銅氨纖維、醋酯纖維。再生纖維素纖維有優(yōu)異的透氣性、吸濕性、染色性，同時(shí)親膚柔滑，在紡織領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，有“會(huì)呼吸的面料”之稱[1]。

再生纖維素纖維只是在纖維素纖維基礎(chǔ)上改變物理結(jié)構(gòu)，它不僅具有纖維素纖維的性能[2]，例如棉的柔軟感覺、麻的滑爽感、貼身舒適感，且不易起靜電，同時(shí)還可以被賦予纖維素纖維所沒有的功能，例如智能調(diào)溫粘膠、抗菌防臭粘膠、吸濕涼感粘膠等。

正因如此，目前再生纖維素纖維在針織、梭織面料中廣泛應(yīng)用，同時(shí)新型的再生纖維素纖維，例如萊賽爾、麗賽、竹漿纖維[3]，也因其獨(dú)特的特性，逐漸開始成為紡織面料開發(fā)新潮流。

1 再生纖維素纖維的分類及性能

1.1 再生纖維素纖維的分類

再生纖維素纖維的分類及主要品牌見圖1。

1.2 再生纖維素纖維的性能

圖1 再生纖維素纖維分類

表1 再生纖維素纖維的特性

再生纖維素纖維具有的透氣性能，尤其是在針織面料上的應(yīng)用。天津工業(yè)大學(xué)的景曉寧和李亞濱測試了作為內(nèi)衣面料的使用新型再生纖維素纖維的緯平針織物和羅紋織物的透氣性[4]，發(fā)現(xiàn)珍珠纖維、天絲纖維和莫代爾纖維織物的混紡比接近時(shí)，織物透氣性主要與緊密度有關(guān)，織物越緊密，透氣性越差；當(dāng)混紡比和緊密度均接近時(shí)，織物的透氣性不隨緊密度變化而發(fā)生變化，而是與纖維的外觀結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，緯平針織物中，纖維主要影響透氣性，羅紋織物中，聚乳酸纖維優(yōu)于棉纖維。

黃學(xué)水使用再生纖維素纖維Lyocell LF，設(shè)計(jì)了胖花羅紋組織，正面為Lyocell LF與錦氨包芯紗交織，反面為柔軟舒適、線圈緊密的純Lyocell LF纖維，在前處理使用纖維素酶提升面料毛羽、光潔度，經(jīng)后整等工序，面料光潔亮麗，吸濕透氣，滑爽舒適，具有絲綢般的光澤及良好的懸垂性，柔軟彈性好[5]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于再生纖維素纖維均保持在12%～14%的回潮率，甚至某些高達(dá)14%的回潮率，因此再生纖維素纖維具有優(yōu)異的保濕吸濕性[6]，常用于制備吸濕保暖纖維材料，例如與腈綸纖維混紡。同時(shí)使用天絲、Modal纖維生產(chǎn)追求滑爽感、光澤感強(qiáng)的面料，紡蠶絲面料會(huì)選擇使用銅氨纖維與其他纖維進(jìn)行復(fù)合或混紡。

2 再生纖維素纖維的開發(fā)及應(yīng)用

2.1 再生纖維素纖維不同紡紗方式的研究

再生纖維素纖維與纖維素纖維一樣可以使用多種紡紗方式，但結(jié)合其自身的特點(diǎn)，主要紡紗方式有SIRO紡、SIRO緊密紡等。為了更好的將再生纖維素纖維及新型再生纖維素纖維應(yīng)用于高檔面料上，傳統(tǒng)的紡紗工藝及紡紗方式就需要進(jìn)一步改善和發(fā)展。

河南工業(yè)技師學(xué)院武建周等人在SIRO紡的基礎(chǔ)上，結(jié)合集聚紡的特點(diǎn)，使用SIRO集聚紡紡制40S/1粘膠纖維、竹漿纖維、MODAL纖維。結(jié)合SIRO紡和集聚紡的紗線，紗線結(jié)構(gòu)緊密，毛羽好，強(qiáng)力高，耐磨性好，同時(shí)條干CV、粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)得到改善[7]。

因天竹纖維強(qiáng)力低，加工過程易產(chǎn)生毛羽，紡紗難度大，作為新型再生纖維素纖維之一的天竹纖維也越來越受消費(fèi)者喜愛。際華三五零九苗馨勻等人對(duì)40S/1竹漿纖維/精棉70/30SIRO紗紡紗工藝進(jìn)行了研究[8]，縮短精棉工序工藝流程，優(yōu)選針布梳棉，采用條混工藝配置，降低并條工序出條速度，清棉加裝粗紗裝置，成卷加大緊羅拉壓力，最終成功紡出了質(zhì)量好，受客戶好評(píng)的強(qiáng)力、毛羽好的SIRO紗。

為了桑皮纖維、負(fù)離子滌綸、羅布麻和薄荷粘膠纖維在高檔服裝面料得到良好應(yīng)用，江蘇振陽集團(tuán)楊定勇等人使用桑皮纖維與負(fù)離子滌綸、羅布麻黏膠纖維、薄荷粘膠纖維等多組分纖維進(jìn)行轉(zhuǎn)杯紡混紡，并設(shè)計(jì)與開發(fā)小提花面料[9]。該面料具有抑菌消臭、滑爽柔軟、親膚舒適、涼爽透氣的性能，且具有一定的保健功能。此類紗線可用于針織T恤、運(yùn)動(dòng)服裝、休閑服裝、內(nèi)衣，也可用于機(jī)織西裝、襯衫等。

武漢紡織大學(xué)許多等人根據(jù)粘膠受熱后性能變化，分別研究了80℃、120℃和210℃柔潔紡粘膠纖維的強(qiáng)力、表觀結(jié)構(gòu)、毛羽和定捻性能[10]，發(fā)現(xiàn)120℃柔潔紡，紗線強(qiáng)力、毛羽最好；80℃柔潔紡紗線質(zhì)量有一定改善，剛性降低；210℃柔潔紡，纖維構(gòu)象改變，發(fā)生黏合，紗線質(zhì)量惡化，不利于后續(xù)織造、染色、上漿。

2.2 功能性再生纖維素纖維及面料開發(fā)

再生纖維素纖維取材于天然纖維素纖維，能與天然植物原料很好融合，具有天然纖維素纖維的親膚舒適、綠色環(huán)保，同時(shí)在制備再生纖維素纖維時(shí)，可以根據(jù)需要，人為的紡絲時(shí)加入所需功能，從而獲得一般纖維素纖維所沒有的性能；其次，再生纖維素纖維特有的吸濕性、銅氨纖維的光澤性、竹纖維的抑菌性都是原料及面料開發(fā)的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。因此許多再生纖維纖維及面料的開發(fā)主要是功能性面料的開發(fā)。

2.2.1 抗菌再生纖維素纖維及面料開發(fā)

從植物提取可用于抗菌消臭的物質(zhì)并制成水溶液，與粘膠紡絲溶液共混，再通過紡絲工藝制備出具有相應(yīng)功能的再生纖維素纖維，是此類抗菌再生纖維素纖維主要制作過程。如果想要整理變得更持久、耐洗，則可將提取物制備成微膠囊再加入粘膠紡絲液中，再進(jìn)行紡絲、織造、染色，便可獲得耐洗、持久的抗菌再生纖維素纖維面料。而通過再生纖維素纖維面料在后整過程中進(jìn)行抗菌處理，相對(duì)較少，也相對(duì)容易，但此類面料持久性及耐洗性相對(duì)較差。

青島大學(xué)于湖生等人使用能帶來抗菌作用的鳳尾草提取物與消臭劑（蛋白石超細(xì)粉末)一起添加至黏膠的紡絲液中，通過濕法紡絲工藝制備出既能抑金黃色葡萄球菌又能消除氨氣、醋酸、異戊酸和2-壬烯醛的抗菌消臭再生纖維素纖維[11]。此改性功能性纖維素纖維與普通黏膠纖維的基本性能相差不大，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率達(dá)92.46%，能消除 97.5%的醋酸、95%的異戊酸、94.73%的氨氣以及82.14%的2-壬烯醛，抗菌消臭性能優(yōu)異。

吳嬌等人在濕法紡絲制備黏膠纖維紡絲溶液中，加入植物中藥山蒼子、小茴香提取物和百里香制備的微膠囊，制備出具有耐久性的抗菌防螨防霉改性黏膠纖維[12]。與普通黏膠纖維相比，結(jié)構(gòu)、形態(tài)、基本性能基本一致，同時(shí)在洗前及洗滌20次以后，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌的抑菌率均大于79%，對(duì)螨蟲的趨避率均大于60%，是一個(gè)具有良好的持久耐洗的抗菌、防螨、防霉功能的功能性黏膠纖維。

劉瑩等人對(duì)黏膠纖維的植物中藥改性的基本性能及抗菌性進(jìn)行了研究，通過對(duì)蛇床子、仙茅、苦參、菟絲子等中藥進(jìn)行提取并按一定比例混合后與黏膠紡絲液共混制得植物中藥改性黏膠纖維[13]。與未改性的粘膠纖維相比，植物中藥改性黏膠纖維的結(jié)晶度增大，取向度減小，斷裂強(qiáng)度減小，斷裂伸長率減小，吸濕性增加，能有效抑制98.9%金黃色葡萄球菌、98.8%大腸桿菌和89%白色念珠菌，抑菌率遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)因纖維含有0.6mg/kg仙茅苷和5.12mg/kg蛇床子，故兼具保健作用。

2.2.2 吸濕發(fā)熱再生纖維素纖維及面料開發(fā)

再生纖維素纖維具有優(yōu)異的吸濕發(fā)熱性，因此可將其與其他纖維或原料按一定比例混紡，紡成再生纖維素纖維混紡紗，也會(huì)具有良好的吸濕發(fā)熱性。如果在紡絲過程中再添加一些增強(qiáng)吸濕發(fā)熱的助劑，那么此功能性再生纖維素纖維及其面料的吸濕發(fā)熱性會(huì)加強(qiáng)。

王晶在黏膠中加入吸濕發(fā)熱功能添加劑，并共混紡絲，制備出橫截面呈不規(guī)則鋸齒狀，且鋸齒狀十分突出，溝槽多且深的吸濕發(fā)熱黏膠纖維[14]。與普通黏膠纖維相比，吸濕發(fā)熱黏膠纖維的結(jié)晶度相對(duì)偏小、取向度變化不大、斷裂強(qiáng)度減小、斷裂伸長增大、摩擦系數(shù)大、回潮率偏高。同質(zhì)量纖維在相同體積中，吸濕發(fā)熱黏膠纖維的溫度上升幅度明顯高于普通黏膠纖維，具有良好的吸濕發(fā)熱效果。

錢建忠通過在黏膠紡絲液中加入吸濕發(fā)熱劑制備吸濕發(fā)熱粘膠纖維，纖維素與吸濕發(fā)熱劑沒有分離，在屬性上，與傳統(tǒng)粘膠相比，差別較大[15]。因紡絲液中加入聚丙烯酸鈉，纖維分子機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)晶能力下降，再加之纖維分子內(nèi)部氫鍵的影響，纖維分子結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，纖維的抗斷裂強(qiáng)度下降，延展性提高，初始模量基本不變。采用濕法紡絲工藝，纖維結(jié)晶度有所下降，取向度不變，纖維素與發(fā)熱劑并未分離，其表面形態(tài)，縱向溝槽分布規(guī)則，深度明顯，表面積大；橫截面，呈現(xiàn)輪廓清晰的鋸齒狀，這種獨(dú)特的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，使得纖維能夠有足夠的空間充分吸濕，與普通黏膠相比，纖維回潮率大幅增加，吸收的熱量較高，2～3分鐘的時(shí)間，溫度可上升3.5℃，因此具有良好的吸濕發(fā)熱性能。

2.2.3 多功能銅氨纖維及面料的開發(fā)應(yīng)用

銅氨纖維表面光滑，且具有蠶絲般的光澤及手感，因此在紗線及面料生產(chǎn)過程中主要突出其光澤及手感，在紗線及面料開發(fā)中多于具有功能性的紗線混紡或者復(fù)合來得到所需要的功能性紗線或者面料。馮兆啟使用銅氨長絲與功能性滌綸長絲制備PaircoolR紗線，并開發(fā)了清涼舒適的PaircoolR針織面料[16]。

單新偉使用40S/1的消臭人造絲、銅氨、全消光滌綸混紡紗，與75D吸濕排汗滌綸，按57.6：42.4比例在22G福原大圓機(jī)上進(jìn)行交織，開發(fā)了一款具有卓越的吸濕速干、接觸冷感、抗菌消臭、防紫外線的蜂窩網(wǎng)眼面料，可用于夏季服裝[17]。

袁菁紅與達(dá)利絲綢李玉琴，使用桑蠶絲與銅氨纖維采用兩次并捻加捻工藝，在24G單面大圓機(jī)編織桑蠶絲/銅氨交織單面針織面料，并經(jīng)過染色、后整理等工藝，面料柔軟親膚、光澤柔和、懸垂感強(qiáng)、透氣導(dǎo)濕、美觀大方，適合春夏季高檔女裝，同時(shí)也能降低高檔輕薄真絲面料的成本，綠色環(huán)保[18]。

張立娟和許晶使用30S/1精棉/銅氨80/20紗作為緯紗，經(jīng)向采用200D滌綸長絲和30S/1精棉/銅氨80/20紗按1∶2排列，共同編織一款異經(jīng)強(qiáng)捻平紋梭織面料[19]。通過三種性質(zhì)不同纖維的合理搭配及融合，這樣一款面料蓬松柔軟、透氣涼爽，具有良好的懸垂性和抗皺保形性，同時(shí)縱向具有雨滴樣微閃光效果，兼具時(shí)尚，可用作高檔女裝面料。

2.2.4 石墨稀改性再生纖維素纖維開發(fā)及應(yīng)用

李昌壘等人以再生纖維素溶液為基體，在研究了幾種常見分散劑以后，選取羧甲基纖維素鈉作為最佳分散劑對(duì)超細(xì)石墨粉體進(jìn)行分散處理，制備出呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)、表面有縱向溝槽的超細(xì)石墨再生纖維素復(fù)合纖維[20]。此復(fù)合纖維中的超細(xì)石墨粉體分布均勻，與纖維素纖維基體兼容性良好，同時(shí)復(fù)合材料相比其他復(fù)合纖維及再生纖維素纖維，熱分解溫度提升，熱穩(wěn)定性得到提高。

張征標(biāo)等人在粘膠紡絲液中加入生物質(zhì)石墨烯和相變微膠囊，共混，并進(jìn)行濕法紡絲，制備了具有雙向調(diào)溫的功能、良好的抗菌性能和優(yōu)異的遠(yuǎn)紅外性能的生物質(zhì)石墨烯改性調(diào)溫粘膠纖維[21]。

王雙成等人在經(jīng)磺化、溶解而成的纖維素黃酸酯溶液中，均勻摻雜石墨烯分散液，并充分混合，使得粘膠紡絲液中的石墨烯均勻穩(wěn)定地分散，以粘膠紡絲原液為基體，再經(jīng)濕法紡絲紡制成絲[22]。所制備的石墨烯改性再生纖維素纖維，具有良好的抗菌抑菌性能、優(yōu)異的遠(yuǎn)紅外性能、抗靜電及防紫外等功能。

2.2.5 其他功能性再生纖維素纖維及面料開發(fā)

再生纖維素纖維除了抑菌性、吸濕性及銅氨纖維的功能性開發(fā)外，還有熱致變色性功能開發(fā)、磁性針織面料開發(fā)及阻燃防輻射面料的開發(fā)。

邢善靜和謝躍亭在黏膠紡絲溶液中加入了熱致變色微膠囊乳液，在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%的情況下都能制備力學(xué)性能良好、可紡的熱致變色再生纖維素纖維[23]。所織成織物的變色效果受加熱溫度影響較大，溫度越高變色越明顯，受加熱時(shí)間影響較??；洗滌次數(shù)越多，織物明度會(huì)增加，偏紅程度會(huì)降低，洗滌后在高溫時(shí)，織物明度先增后降，偏厚程度先強(qiáng)后弱。具有一定的耐洗性，熱變色有一定效果，可用做溫控變化的發(fā)展方向。

江西服裝學(xué)院賀曉亞和彭慶慧對(duì)不銹鋼纖維/粘膠纖維防輻射混紡織物，使用改性次磷酸鋁微膠囊，進(jìn)行阻燃整理[24]。當(dāng)使用20%（o.w.f)微膠囊整理液，在60℃條件下保溫整理45分鐘，并在90℃條件下烘焙，織物的熱學(xué)性能、極限氧指數(shù)、防輻射性能、折皺回復(fù)性、力學(xué)性能均得到提高和改善。

西安工程大學(xué)張靖等人在黏膠纖維聚合物紡絲溶液中，加入納米磁性微粒，制備磁性纖維/粘膠纖維混紡紗，并使用分散染料高溫高壓法對(duì)本身具有淺咖色的磁性纖維進(jìn)行染色，所染織物具有4級(jí)以上的耐摩擦色牢度、耐洗色牢度及耐汗?jié)n色牢度，同時(shí)具有0.8 Gs～1.1 Gs的磁感應(yīng)強(qiáng)度，具有磁療功能[25]。

2.3 再生纖維素纖維面料的生產(chǎn)技術(shù)研究

隨著再生纖維素纖維面料的廣泛開發(fā)及使用，再生纖維素纖維在生產(chǎn)過程中仍然存在許多技術(shù)問題尚待解決，比如原液著色黏膠纖維色淺，生產(chǎn)過程易產(chǎn)生折痕、壓痕，面料需提高抗起毛球性能以及數(shù)碼印花工藝的優(yōu)化等。這些都是需要注意的問題。

再生纖維素纖維在生產(chǎn)加工中易出現(xiàn)折痕問題，尤其是與氨綸共同編織的單面組織的織物。一般情況下，對(duì)于易產(chǎn)生折痕的再生纖維素纖維織物，使用帶有圓刀自動(dòng)剖幅開幅平幅卷布單面機(jī)織造，保持布面平整，優(yōu)先使用預(yù)定型工藝，采用較高浴比的染色或氣流機(jī)染色，以減少折痕產(chǎn)生[26]。

黏膠纖維使用原液著色時(shí)，得色較淺，基于此，劉稀等人使用氧等離子體處理纖維，研究了真空度、放電功率、放電時(shí)間處理對(duì)纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)、表面元素組成、纖維表面形態(tài)、粗糙度、結(jié)晶性能、斷裂伸長率、斷裂強(qiáng)力以及原液著黑色的黑度的影響[27]。發(fā)現(xiàn)在80Pa的真空度，250W的放電功率，放電200秒的條件下，增深處理工藝最佳，黑度提高，纖維強(qiáng)力及斷裂伸長率仍較好，本體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變，結(jié)晶度降低，含氧的官能團(tuán)增多，纖維表面變粗糙。

尚潤玲等人對(duì)EcoFRESHTM粘膠針織物的前處理、無鹽堿染色、水洗及后整理工藝進(jìn)行了生產(chǎn)過程介紹及探討，如果要求鮮艷的顏色，前處理需煮練和輕漂，選用親和力低、上染速率相近的活性染料拼色和使用無鹽堿染色，并控制染料用量[28]。所染面料各項(xiàng)色牢度均達(dá)3級(jí)以上，抗起毛球4級(jí)，布面pH值6.5～7。

北京服裝學(xué)院的張黎明對(duì)天絲、莫代爾織物活性染料數(shù)碼印花工藝進(jìn)行優(yōu)化[29]。天絲織物的最佳前處理配方是2.5%的海藻酸鈉、2%的碳酸氫鈉、4%的硫酸鈉及10%的尿素，102℃汽蒸15分鐘；Modal織物是2%海藻酸鈉、1.5%碳酸氫鈉、8%尿素、3%硫酸鈉；兩類織物的汽蒸工藝均為102℃15分鐘。印花后MODAL的固色率為69.2%，天絲固色率為58.1%，色牢度均達(dá)3～4級(jí)上。

3 再生纖維素纖維面料的未來發(fā)展

再生纖維素纖維是集纖維素纖維與化學(xué)纖維各項(xiàng)性能于一體的纖維，環(huán)?？稍偕?，能制備出人們需要的功能性的纖維，同時(shí)因其貼膚舒適、低污染、連續(xù)生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于高檔面料外套、貼身服裝面料、智能防護(hù)面料等領(lǐng)域，不僅可在針織、梭織領(lǐng)域大放異彩，還能在非織造面料上進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

首先，再生纖維素纖維來源廣泛，不僅基礎(chǔ)原料可從陸生植物、農(nóng)作物中獲得，例如竹、木、玉米等，也可從海洋植物中提取，例如海帶、紫菜、裙帶菜等海藻類植物，同時(shí)還可以從礦物質(zhì)原料獲得，例如納米銅再生纖維素纖維，這也體現(xiàn)了再生纖維素纖維的基礎(chǔ)原料向海洋植物、向礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)變。

其次，再生纖維素纖維的發(fā)展具有功能性纖維，從最早的再生纖維素纖維具有的單一功能，向多功能化方向發(fā)展，例如遠(yuǎn)紅外抗菌調(diào)溫再生纖維素纖維。

再次，再生纖維素纖維是一種可持續(xù)發(fā)展的纖維，石油資源的日益減少和基本不可再生、耕地面積減少導(dǎo)致棉花的種植面積減少，而再生纖維素纖維可再生、低污染，成為了滌綸、腈綸、錦綸等化學(xué)纖維及棉、麻、蠶絲等天然纖維的豐富有力的補(bǔ)充[30]。

另外，纖維的時(shí)尚變革更趨向智能化，而對(duì)于再生纖維素纖維來說，是眾纖維中最容易實(shí)現(xiàn)智能化的纖維[31]，例如智能調(diào)溫黏膠、光致變色粘膠、熱致變色再生纖維素纖維等。

未來隨著技術(shù)不斷發(fā)展，追求智能化、功能化、環(huán)保性的不斷創(chuàng)新，我們可以看到具有多種材料、結(jié)構(gòu)的多功能化、智能化，能傳感、會(huì)計(jì)算、可存儲(chǔ)、能通信的再生纖維素纖維面料。