進入新世紀,資源與環境問題引起了人們越來越多的關注。在這一背景下,天然纖維素再次得到了重視。自然界纖維素年產量約1000億噸,大約只有2.5%是通過再生途徑制作成纖維等加以利用的。纖維素資源十分豐富,纖維素是可再生的自然資源,具有可持續性;纖維素具有環保性,可參與自然界的生態循環。作為紡織纖維,纖維素纖維具有優良的吸濕性、穿著舒適性,一直是紡織品和衛生用品的重要原料。所以纖維素纖維是新世紀最理想、最有前途的紡織原料之一。近年來,出現丁Modal、Tencel等新一代再生纖維素纖維,隨著新型再生纖維素纖維在生產中的大量應用,需要對其性能特點有進一步的認識,以便更好地用于生產,開發新產品。
1.再生纖維素纖維的發展
在再生纖維素纖維之中,粘膠纖維是僅遲于纖維素硝酸酯纖維的最古老的化學纖維品種之
一。1891年,克羅斯(Cross)、貝文(Bevan)和比德爾(Beadle)等首先制成纖維素黃酸鈉溶液,由于這種溶液的粘度很大,因而命名為"粘膠"。粘膠遇酸后,纖維素又重新析出。根據這個原理,在1893年發展成為一種制備化學纖維的方法,這種纖維被命名為粘膠纖維。到1905年,米勒爾(Muller)等發明了一種稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴,實現了粘膠纖維的工業化生產。
一個世紀以來,粘膠纖維生產不斷發展和完善。在20世紀30年代末期,出現丁強力粘膠纖維;50年代初期,高濕模量類粘膠纖維實現工業化;到了60年代初期,粘膠纖維的發展達到了高峰,其產量占化學纖維總產量的80%以上。從60年代中期起,粘膠纖維的發展趨于平緩。
普通粘膠短纖維雖具有優良的服用性能和廣泛的適用范圍,但也存在一些嚴重缺點,主要是在濕態時劇烈溶脹,使纖維的斷裂強度顯著下降,在較小的負荷下就容易伸長(即濕模量很低)。因此,織物洗滌時受到揉搓力容易變形,干燥后強烈收縮,尺寸很不穩定。又由于普通粘膠短纖維不耐堿,經堿溶液處理后,強度和濕模量明顯下降,斷裂伸長上升,纖維素劇烈溶脹并有部分溶解。因此,普通粘膠短纖維與棉的混紡織物不能經受改善織物外觀的絲光處理。普通粘膠短纖維的另一缺點是,織物進行染色加工時必須采取松式,因為濕模量較低,如在張力下進行染色加工,織物在使用時劇烈收縮,因此,染色加工不便連續進行。
為了克服上述缺點,人們研制出高濕模量粘膠短纖維。這種纖維除具有高強力、低伸長和低膨化度外,其主要特點是具有較高的濕模量,因此有高濕模量粘膠纖維之稱。由于高濕模量粘膠纖維具有優良的物理機械性能,因此有人稱它為第二代粘膠纖維。主要有兩個品種:
(1)波里諾西克(Polynosie)纖維,亦稱為經典高濕模量纖維。·它的特點是濕態斷裂強度和濕模量特別高,但這種纖維生產工藝復雜,成本高,而且斷裂伸長較小,勾結強度和耐磨性能較差。我國的商品名稱為富強纖維。
(2)變化型高濕模量粘膠纖維,簡稱為高濕模量纖維(或稱為HWM纖維)。這類纖維的干強力和濕強力略低于波里諾西克纖維。但斷裂伸長較高,勾結強度特別優良,濕模呈低于波里諾西克纖維,但與棉大致相同。已基本克服上述普通粘膠短纖維的幾項嚴重缺陷,而且克服了波里諾西克纖維勾強較差、脆性較大的缺點。
Modal纖維是奧地利蘭精(Lenzing)公司生產的新一代再生纖維素纖維。是以中歐森林中的山毛櫸木漿粕為原料制成。Modal纖維采用高濕模量粘膠纖維的制造工藝,從其性能看它屬于變化型高濕模量纖維
Lyocell纖維采用的是一種全新的制造工藝,這是再生纖維素纖維生產中的一次重大突破。Lyocell纖維是以N-甲基氧化嗎啉(NMMO)一H20為溶劑,用干濕法紡制的再生纖維素纖維。1980年由德國Akzo-Nobel公司首先取得工藝和產品專利,1989年由國際人造纖維和合成纖維委員會(BISFA)正式命名。Tencel是英國Courtanlds公司生產的Lyocell纖維的商品名稱.在我國稱其為天絲。目前工業化生產的還有奧地利Lenzing公司生產的Lyocell纖維和德國Akzo-Nobel公司生產的Newcell纖維。Lyocell纖維采用的制造工藝生產周期知,生產過程無污染,所生產的纖維較普通粘膠纖維性能有很大優勢。
2。結構與性能
從生產工藝看,目前再生纖維素纖維基本可分為購類:一類是以粘膠纖維為代表的傳統型生產工藝,這其中包括普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維、Modal纖維等;另一類是以Lyocell纖維為代表的新型溶劑法生產工藝,包括英國Courtanlds公司生產的Tencel、奧地利Lenzing公司生產的lyocell、德國Akzo-Nobel公司生產的Newcell纖維等。從大分子結構看,幾種再生纖維親纖維均是由纖維素大分于構成。它們的結構特征見表1。
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