（材料物理与化学专业论文）高半纤维素浆粕纺制lyocell纤维及其结构与性能.pdf

东华大学硕士论文摘要 高半纤维素浆粕纺制l y o c e | l 纤维及其结构与性能 摘要 纤维素来源于树木、棉花、麻类和其它植物。自从1 9 3 8 年a n s e l m e p a y e n 在世界上成功地将木材制成纤维素后，使木材成为继棉花之后 又一种可以用作人造纤维的原料，大大拓宽了人类衣着的原料来源。 由纤维素制造粘胶纤维已在二十世纪初期形成了工业化生产。但由于 其生产过程中释放出大量恶臭的硫化氢、二硫化碳等有害气体和工业 废水，污染了环境，并对人体健康造成危害，致使国内外一些粘胶纤维 的生产厂家近年不得不减少产量，甚至停产或转产。为了解决这一环 境污染的难题，各国都在研究新的环保型的纤维素纤维生产工艺。为 了开发新的纤维素直接溶解工艺，许多研究者致力于这方面的研究并 取得了显著进展。其中最具有代表性的是1 9 6 9 年至1 9 7 6 年a k z o 在 美国e n k a o e m b u r g 的e n k a 研究所所从事的n m m 0 ( n 一甲基吗啉n 一氧化物) 新溶剂纤维素纤维纺丝工艺的基础研究。 把纤维素直接溶解在有机溶剂n m m o 中，然后进行纺丝即可制 备l y o c e l l 纤维。l y o c e l l 纤维是一种新型的对环境友好的再生纤维素 纤维。尽管l y o c e l l 纤维具有天然纤维的特性( 吸湿性、穿着舒适性、 有柔和的光泽、易染色和生物降解等) ，且强度和干湿模量较高。但 是由于前期投入的经费太大，溶剂的价格高，设备资金投入太大等原 因造成成本增加，自1 9 9 3 年l y o c e l l 纤维工业化以来，l y o c e l l 纤维 l 东华大学硕士论文摘要 工业的发展不快。 为了解决这一问题，我们从降低原科成本入手，采用高半纤维素 含量的浆粕作为原料进行l y o c e l l 纤维纺丝，这种浆粕由于a 纤维素 含量低，不能用于纺制粘胶纤维，但其成本只有高洳纤维素浆粕的 1 2 。在研究中，首先，我们探讨了高半纤维素含量的浆粕在 n m m o h 2 0 溶剂中的溶解性及纺丝液的流变行为，然后研究其可纺 性和纤维的得率。研究表明，采用浓度为8 7 的n m m o 溶剂在一定 温度范围内可以很好的溶解高半纤维素浆粕。流变测试表明：对于相 同浓度的两种不同浆粕的纺丝液，高半纤维素浆粕的纺丝液粘度要比 高弘纤维素浆粕纺丝液粘度低。这是因为高半纤维素含量的浆粕，其 半纤维素分子量低，起了相当于增塑剂作用，使整体粘度降低。粘度 低有利于采用高浓度纺丝液进行纺丝，可以加大生产效率。研究还发 现，采用这种高半纤维素含量的浆粕纺丝制备的l y o c e u 纤维的得率 仍然可达9 7 1 。 本文在合适的溶解工艺、不同的纺丝工艺参数( 纺丝速度和纺丝 液浓度) 下制备了高半纤维素l y o c e l l 纤维和高a - 纤维素l y o c e l l 纤维。 对纺制的高半纤维素l y o c e l l 纤维和高洳纤维素l y o c e l l 纤维的结晶、 取向、力学性能、原纤化和染色性等进行了研究。研究表明：这种用 高半纤维素浆粕纺制的l y o c e u 纤维与高纤维素l y o c e l l 纤维相比， 它的模量、取向度、抗原纤化能力和染色性等都好于后者。 东华大学硕士论文摘要 关键词：n m m o ( n 甲基吗啉- n - 氧化物) ，高半纤维素浆粕，a 纤维素，l y o c e l l 纤维，原纤化，染色性 i i i 东华大学硕士论文a b s t r a c t s t r u c t u r ea n dp r o p e r tie so fl y o c e l lflb e r f r o m g hh e mic e l l u l o s e sp u l p a b s t r a c t c e l l u l o s ed e r i v e sf r o mt r e e s ，c o t t o n s ，h e m p sa n do t h e rp l a n t s s i n c e a n s e l m ep a y e ns u c c e s s f u l l ym a d ec e l l u l o s ef r o mw o o d ，w o o dh a d b e c o m ea n o t h e rp o p u l a rc e l l u l o s em a t e r i a l _ c e l l u l o s ec a nb eu s e dt o m a k ev i s c o s ef i b e r , w h i c hh a sb e e ni n d u s t r i a l i z e ds i n c et h eb e g i n n i n go f t h e2 0 t hc e n t u r y h o w e v e r , v i s c o s ef i b e rp r o c e s sp o l l u t e se n v i r o n m e n t a n di sh a r m f u lt oh e a l t h t h e r e f o r e ，i t sd e v e l o p m e n th a sb o t t l e n e c k e d l y o c e l lf i b e ri sar e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e rm a n u f a c t u r e db ym e a l 够 o f p r e c i p i t a t i n g o fc e l l u l o s ef r o m c e l l u l o s ea n d n - m e t h l y m o r p h o l i n e - n - o x i d ea q u e o u ss o l u t i o n ( n m m o h 2 0 ) i n c o n t r a s tt oc o n v e n t i o n a lv i s c o s ep r o c e s s ，l y o c e l l t e c h n o l o g y i sa r e l a t i v e l ys i m p l e a n d e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yw a y t o p r o d u c e r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r s t h e r e f o r e ，l y o c e l lf i b e rh a sa t t r a c t e dg r e a t a t t e n t i o ni nt h et e x t i l ef i e l do ft h ew o r l ds i n c ei tw a sd e v e l o p e di nt h e m i d d l eo f1 9 7 0 s h o w e v e r , p r o d u c t i o no fl y o e e l lf i b e rh a sb o t t l e n e c k e d 东华大学硕士论文a b s t r a c t s i n c ei t sp r o d u c t i o nc o s ti sh i g h e r t o d a y , i nl y o c e l lf i b e rp r o c e s s ，i ti ss t i l lf o l l o w i n gt h ec o n v e n t i o n a l v i s c o s ep r o c e s si e e m p l o y i n gh i g ha l p h a c e l l u l o s ep u l pt op r o d u c e l y o c e l lf i b e r t h i sk i n do f p u l pc o n t a i n sm o r et h a n9 0 a l p h a c e l l u l o s e t h eh i 【g hc o n t e n to fa l p h a - c e l l u l o s ei st og u a r a n t e eah i g hy i e l do ff i b e r i nt h ec o n v e n t i o n a lv i s c o s ep r o c e s s i na d d i t i o n ，p r o d u c t i o no fh i g h a l p h a - c e l l u l o s ep u l pn e e d sh i g h e r c o s t o nt h eo t h e rh a n d ，ac h e a p ( 1 0 wa l p h a - c e l l u l o s e ) p u l p ，i nw h i c hi t s a l p h a - c e l l u l o s ec o n t e n ti sl o w e rt h a n9 0 b u th e m i c e l l u l o s e sc o n t e n ti s h i g h e rt h a n1 0 ，i sc a l l e dh i g hh e m i c e l l u l o s e sp u l p i no u rw o r k ，i tw a sf o u n dt h a tl y o c e l lf i b e rc o u l dn o to n l yb em a d e f r o mh i g ha l p h a - c e l l u l o s ep u l p ，b u ta l s oc o u l db em a d ef r o mh i g h h e m i c e l l u l o s e s p u l p a n dt h ey i e l d o fl y o c e l lf i b e r sf r o mm g h h e m i c e l l u l o s e sa n dh i g ha l p h a c e l l u l o s ep u l p sw a sa p p r o x i m a t e l ys a m e ， s i n c em o s tl o wm o l e c u l a rw e i g h t ( m w ) c e l l u l o s ea n dh e m i c e l l u l o s e s c o u l db ec o n v e r t e dt ol y o c e l lf i b e r i nt h i st h e s i s ，s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fl y o c e l lf i b e r sf r o m h i g h - h e m i c e l l u l o s e sa n dh i g h a l p h a - c e l l u l o s ep u l p sw e r ec o m p a r e d f i b r i l l a t i o nr e s i s t a n c eo fh i g hh e m i c e l l u l o s e sl y o c e l lf i b e ri sb e t t e r t h a nt h a to fh i g ha l p h a - c e l l u l o s el y o c e l lf i b e r , s i n c et h ef i b r i la g g r e g a t e o ff o r m e rh a ss m a l l e rs i z ea n dm o r es t a b l es t r u c t u r et h a nt h a to fl a t t e r d y e i n gp r o p e r t yo fh i 曲h e m i c e l l u l o s e sl y o c e l lf i b e ri sa l s ob e t t e rt h a n i i 东华大学硕士论文 a b s t r a e t t h a to fh i g ha l p h a c e l l u l o s el y o c e l lf i b e r t h er e a s o na r eo no n es i d e ， c r y s t a l l i n i t yo ff o r m e ri ss t i g h t l yl o w e rt h a nt h a to fl a t t e r , o nt h eo t h e r s i d e ，a c c e s s i b i l i t ya n dl o wm o l e c u l a rw e i g h tc o m p o s i t i o no ff o r m e ri sa l i t t l eh i g h e rt h a to fl a t t e r t e n s i l es t r e n g t ho fh i g hh e m i c e l l u l o s e s l y o c e l lf i b e ri s al i t t l e l o w e rt h a nt h a to fh i g ha l p h a - c e l l u l o s el y o c e l lf i b e rw h e nt h e s ef i b e r s a r e s p u n a tt h es a m ec e l l u l o s ec o n t e n ta n d s p i n n i n gs p e e d ，b u t m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f h i g hh e m i c e l l u l o s e sl y o c e l lf i b e ra r ei m p r o v e d a n de v e nc o m p a r a b l et ot h o s eo f h i g ha l p h a c e l l u l o s el y o c e l lf i b e rw h e n ah i g h e rc e l l u l o s ec o n t e n ts p i nd o p ei su s e ds i n c eh i g hh e m i c e l l u l o s e s s p i n n i n gs o l u t i o nc a r lb ep r o c e s s e da th i g h e rc e l l u l o s ec o n t e n t b e s i d e s ， ah i g h e ry i e l do fl y o c e l lf i b e ri so b t a i n e dw h e nah i g h e rc e l l u l o s e c o n c e n t r a t i o ns p i nd o p ei su s e d o r i e n t a t i o no fh i g hh e m i c e l l u l o s e sl y o c e l lf i b e ri s s l i g h t l yh i g h e r t h a nt h a to fh i g ha l p h a - c e l l u l o s el y o c e l lf i b e r i ti sd u et ot h ec e l l u l o s e m o l e c u l e sa r em o r ee a s yt ob eo r i e n t a t e di nl y o c e l lf i b e rf o r m a t i o n p r o c e s sw h e nh i g i lh e m i c e l l u l o s e ss p i nd o p e c r y s t a l l i n i t yo fh i g h h e m i c e l l u l o s e s l y o c e l l f i b e ri sal i t t l el o w e rt h a nt h a to fh i 曲 a l p h a - c e l l u l o s el y o c e l lf i b e r , s i n c eh e m i c e l l u l o s e sh a v eb e e ns u g g e s t e d t 0b ei n t i m a t e l yi n t e g r a t e di n t ot h es t r u c t u r eo f t h ec e l l u l o s e t h e s ew o r k ss h o w e dt h a tac h e a p ( h i g hh e m i c e l l u l o s e s ) p u l pc o u l d a l s ob eu s e da sr a wm a t e r i a l sf o rp r o d u c i n g l y o c e l lf i b e r i l l 东华大学硕士论文 a b s t r a c t m i n g w e it 0 n g ( p h i s i c sa n dc h e m i s t r yo fm a t e r i a l ) s u p e r v i s e db y ：p r o f e s s o rx u e c h a oh u k e yw o r d s ：h i 曲h e m i c e l l u l o s e sp u l p ，h i g ha l p h a - c e l l u l o s ep u l p ， l y o c e l lf i b e r , s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s i v 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文。是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学佗论文作者签名 日期：铆6 年 节日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留弗向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印，缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密瓯 嫦躲懂 日期：加红静涉 朗伟 指导教师签名： 嗍矿6 年朋乡日 东华大学硕士论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 l y o c e ii 纤维的发展历史 纤维素可来源于树木、棉花、麻类和其它植物。1 9 3 8 年由 a n s e l m e p a y e n 等科学家用木材经酸、碱溶液交替处理，分离出一种 均匀的物质取名为c e l l u l o s e ，中文叫做纤维素。纤维素的化学成分是 ( c 6 h 1 0 0 5 ) n ，含碳量4 4 4 4 ，含氧量4 9 3 9 ，含氢量6 1 7 。 它的结构单元是葡萄糖基，整个分子式是均一的聚糖1 1 】。自从 a n s e l m c p a y e n 在世界上成功地将木材制成纤维素后，使木材成为继 棉花之后又一种可以用作人造纤维的原料，大大拓宽了人类衣着的 原料来源。由纤维素制造粘胶纤维已在二十世纪初期形成了工业化 生产但由于其生产过程牢释放出大量臭恶的硫化氢、二硫化碳等 有害气体和工业废水，污染了环境，并对人体健康造成危害，致使 国内外一些粘胶纤维的生产厂家近年不得不减少产量，甚至停产或 转产。为了解决这一环境污染的难题，各国都在研究新的环保型的 纤维素纤维生产工艺。为了开发新的纤维素溶解工艺，许多研究者 致力于这方面的研究并取得了显著进展，其中具有代表性的直接溶 解的溶剂体系有：p f d m s o 、n 2 0 4 d m f 2 、c a ( s c n 2 、 n h 3 肘h 4 s c n 、l i c i d m a c 、t f a c h 2 c 1 2 和n m m o h 2 0 等【3 】。1 9 6 9 年e a s t m a n k o d a k 发表以n 一甲基吗啉制备的氨氧化物作为纤维素溶 帮的专荦j 。1 9 6 9 年至t 9 7 6 年a k z o 在美国e n k a o e m b u r g 韵e n k a 研究 所所进行了n m m o 州一甲基吗啉一n 一氧化物) 新溶剂纤维素纤维 纺丝工艺的基础研究。 l y o c d l 纤维生产工艺是将纤维素直接溶解在有机溶剂n 一甲基 吗啉一n 一氧化物( n m m o ) 中，然后进行纺丝的工艺p 习，是 由美国的恩卡公司( e n k a c o r p ) 和德国o b e m b u r g 的恩卡研究所于 1 9 7 6 年开始研究，1 9 8 0 年申请工艺和产品的专利。1 9 8 7 年a k z o 公司 东华大学硕士论文第一章文献综述 将专利权授予伦青( l e n z i n g ) 公司。1 9 9 0 年又授予考陶尔兹 ( c o u r t a u i d s ) 公司。1 9 8 9 年布鲁塞尔国际人造及合成纤维标准局 ( b i s f a ) 把由这类方法制造的纤维素纤维的分类名定为 “l y o c e l l ”，1 9 9 2 年，美国联邦贸易委员会( f t c ) 也确定这类纤 维的分类名为“l y o c e l l ”。 1 2l y o o e i l 纤维的结构及其性能 l y o c e l l 纤维是由纤维素分子链构成，它的结构单元由分子链一 晶胞一基元原纤一微纤一原纤一纤维组成。l y o c e l l 纤维为圆形截 面，表面光泽度较好，无条纹，其织物具有丝绸般的光泽、优良的 手感、悬垂性和飘逸感，因此也被服装设计师和穿着者看好“ ”。l y o c e l l 纤维较低的沸水收缩率源于其具有较高的结晶度及较大 的结晶粒子。根据h e f i n k 的试验得出的结构如表卜1 所示。 表1 - 1 l y o o e l i 纤维和粘胶纤维物理结构的比较 壁耋整堕丝丝垫! ! ! ! ! 丝丝 横截面形状锯齿形圆形椭圆形 横截面形态 结晶度 结晶长度 结晶宽度 结晶部分取向度 无定形部分取向度 皮芯层结构 变化 较小 较宽 高 变化 均相 高 较大 较窄 高 高 l y o c e l l 纤维具有天然纤维的特性( 吸湿性、穿着舒适性、有柔 和的光泽、易染色和生物降解等) ，强度和湿模量高，加工性能 好。但原纤化也是它的一个重要的特点。原纤化是指l y o c e l l 纤维和 2 东华大学硕士论文第一章文献综述 织物在加工使用过程中，特别是在加工中常碰到的碱性湿态条件， 由机械外力作用下，纤维劈裂成直径1 - 4 u m 的微细纤维的现象。 l y o c e l l 纤维由于具有极高的结晶度。且纤维大分子的取向度高，芯 层中原纤沿轴向排列成行，以及高的膨润能力，而原纤长度长且原 纤问的联系较为松散，因而在碱性水溶液条件下纤维溶胀，原纤间 的距离增大，水分子介入到原纤之间，进一步削弱径向联系，在机 械作用下造成原纤分裂。 原纤化是纤维处于湿的状态和溶胀的状态下经受机械应力时， 纤维结构在径向断裂，即有细小原纤从纤维上部分的脱离下来。对 于原纤化作用，我们必须分清长原纤、不均匀的、初级的大的原纤 化作用和短原纤、均匀的、次级的小的原纤化作用之间的区别。当 l y o c e l l 纤维织物经湿处理时，粗陋的初级原纤化进行得很快，使该 纤维或含有该纤维的织物会产生毛绒外观，含有该原纤化纤维的染 色织物易产生一种“霜花”般外观，这从美学上来说是不希望的， 而且它还影响织物的可洗性。从而解决好初级原纤化问题对于 l y o c e l l 纤维的整理工艺是非常重要的 1 2 l y o c e i i 纤维的技术经济特征 原纤化是l y o c e u 纤维的一个不容忽视的特征。除此之外， l y o c e l l 纤维还具有以下技术经济特征： 1 原料丰富：据专家预测，全世界的石油只能开采3 0 年，因此 以石油为主要原料的合成纤维的发展将受到限制。全世界每年可生 产纤维素1 0 0 0 亿吨，而现在只有2 0 0 万吨用于纤维生产，仅占总产 量的0 0 0 2 。显然，以纤维素为原料制取的l y o c e l l ，其原料取之不 尽，用之不竭。 东华大学硕士论文第一章文献综述 2 原料消耗少；生产1 吨粘胶纤维成品需消耗各种原材料 3 5 4 o 吨，而l y o c e l l 工艺的原材料消耗要少得多。 3 工艺简单，生产周期短：l y o c e l l 工艺以天然纤维素为原料， 但又与传统的粘胶和铜氨等再生纤维索纤维生产工艺不同见图 1 1 。l y o c e l lt 艺把纤维素浆粕直接溶解在有机溶剂中，经凝固浴 固化形成纤维素纤维，整个过程没有化学反应，比传统的粘胶工艺 减少了碱化、老化、磺酸化和熟成等工序，工艺流程大大缩短。生 产粘胶纤维从投产弱裁成纤维需7 2 h ，两生产l y o c e l | 纤维只需3 h 左 右。 回 收 c 岛 图1 - 1 粘胶工艺与l y o c e l l 工艺流程比较 4 东华大学硕士论文第一章文献综述 4 高技术含量高：在l y o c e l l 纤维生产中，溶解、纺丝、溶剂回 收和后整理等过程都存在一些技术关键。各公司在解决这些关键技 术时采用了许多高新技术，如干一湿法纺丝、反渗透技术和生物酶 整理等。因此l y o e e l l 工艺的高技术含量相当高，具有强大的市场竞 争力。 5 经济效益显著：新工艺、新产品的开发，归根结蒂是为了取 得经济效益。l y o c e l ! 纤维生产的技术经济特点是高投入。高产出， 其经济效益远高于传统的粘胶纤维。 由于生产工艺与粘胶纤维的差异较大，因此不能利用现有粘胶 纤维厂的生产线和设备。而建设一个新的l y o c e l l 纤维生产厂，投资 费用相当高，美国第一个1 8 万吨，年工厂的投资为1 3 亿美元。 尽管如此，l y o c e l l 纤维的经济效益仍十分可观。目前各公司生产的 l y o e e l l 纤维的销售价均在5 0 0 0 美元，吨以上，而成本仅约3 0 0 0 美元 ，吨，因此利润达到6 7 左右，而常规粘胶短纤维的利润只有2 0 左右。如果加工至面料，一个2 万吨年工厂的年产值可达l o 亿美 元左右。若制成服装，经济效益则更为可观。 6 可持续发展：可持续发展正在成为全球性发展战略，特点是 必须将效能、经济与生态环境三方面进行一体化综合考虑。因此是 否符合生态环保要求，是衡量一种新工艺生命力的先决条件 8 1 。 由于以下三方面的原因，l y o c e l l 纤维完全符合绿色工业的要 求，因此被公认为“绿色纤维”。显然，其生产是化纤工业实现可 持续发展战略的基本出路之一。 ( a ) 生产过程清洁化。n m m 0 经过严格的皮肤学与毒性检 查，毒性低于乙醇；另外，按照a e m s 标准对n m m o 进行的生物诱 变测试为阴性，表明它在临床上是无害的。由于n m m o 尚未大规模 工业化生产，成本很高，因此迫使l y o c e l l 生产厂商开发几乎完全封 5 东华大学硕士论文第一章文献综述 f | j 的工艺流程。目前，几个主要生产厂商的n m m o 回收率已达9 9 7 。因此，l y o c e l l 纤维生产过程中既未使用有毒原料，又基本上无 废弃物，实现了生产过程的清洁化 ( b ) 产品可生物降解a 与合成纤维产品废弃物在自然界中难以分 解形成“固体污染”不同，l y o c e l l 纤维的产品为1 0 0 的纤维素， 可在短时间内完全生物降解，因此产品废弃物不会对环境造成污 染。 ( c ) 减少煤、石油等的消耗。 正是由于l y o c e l 纤维的以上特征，世界上很多国家和地区都在 积极开发和研究l y o c e l l 纤维。 1 3l y o c e i i 纤维的发展现状 当今世界上开发和研究l y o c e l l 工艺的主要有a c o t d i s 跨国集团、 奥地利的伦青公司、德国的t h u r i n g i a n 纺织和塑料研究所( t i t k ) 等。除上述几个公司外，印度、韩国、台湾等国家和地区也在进行 l y o c e u 纤维的研究和开发。目前，世界上l y o c e l l 纤维的产量已达1 5 万吨，年。 我国对l y o c e l l 纤维纺丝工艺【9 1 d 】的研究始于2 0 世纪9 0 年代中 期，东华大学自1 9 9 4 年起开始对l y o c e l l 纤维进行研究，现已完成一 套年产1 0 0 吨的包产设备小试生产线的试验，目前正在与以上海纺 织控股集团为主的有关单位合作，筹建1 0 0 0 吨年中试生产线i 】1 1 。 预计，我国要实现l y o c e l l 纤维的工业化生产已为期不远。这可以从 以下三点看出： 首先，我国幅员辽阔。基本原料一纤维素的储备量相当大。 l y o c e l l 纤维所用原料浆柏的来源相当广泛，从木材和棉短绒到阔叶 木、速生材、竹子、甘蔗渣及结杆类植物，均可能作为浆粕原料， 这样可大大缓解粮棉争地的状况。 6 东华大学硕士论文第一章文献综述 其次，我国是一个人口大国，具有一个巨大的服装、面料和 l y o c d l 纤维市场。早在6 0 年代我国就大力发展粘胶纤维工业，但与 我国的巨大市场相比显然还远远不够。国外大企业看好中国市场， 纷纷进驻中国大陆，进行一条龙生产，企图垄断中国市场，对我国 国民经济发展极为不利。所以纤维及其面料服装的生产加工不能再 重蹈旧辙，尤其是重要的纺织原料l y o c e l l 纤维有必要尽早实现国产 化。随着我国人民生活水平的提高，消费质量明显提高，服装要求 也日益高档化，对衣料用l y o c e l l 纤维的功能有了新的要求：穿着舒 适、美观、轻柔。l y o c e l l 纤维的原纤化性能正好迎合了这一服装发 展趋势，l y o c e l l 织物经过酶处理与机械整理，可产生仿桃皮、砂 洗、超细绒布、金刚砂磨绒等超柔软手感的特殊布面效果。 最后，就是我国科研人员已对该工艺进行了多年的研究，并已 获得了部分成功。我国科研开发单位可根据大量的文献资料，借鉴 国外企业的经验，来缩短l y o c e l l 纤维工业化的历程。化纤行业有关 人士早已重视l y o c e l l 纤维项目的研究开发，政府部门也非常重视此 项目的立项，特别是国家计划发展委员会已将该项目列入工业化示 范项目【j 2 】，这样的形势条件将更加促进该项目的研究开发进度，加 大了l y o c e l l 纤维实现工业化的可能性。 l y o c e l l 纤维生产虽然工艺简单，生产清洁，性能优异，但是其 发展并不迅速。这主要是由于它的价格过于昂贵造成的。造成 l y o c e l l 纤维价格昂贵的原因主要有以下几点：一是对l y o c e l l 纤维前 期投入的经费太大。这个投入的回报只能是从它昂贵的价格中索 取。第二点，是由于溶剂的价格高。而就目前来说，要找到n m m o 这种纤维素纤维溶剂的替代品非常困难。第三点，就是对l y o c e u 纤 维生产的设备投入太大。为了解决价格问题，我们开始考虑采用以 下措施：一、使l y o c e l l 纤维生产国产化。通过国产化我们可以使设 东华大学硕士论文第一章文献综述 备投入大大降低。二、开发具有自主产权的技术。避开国外的技术 和相关专利，开发具有自主产权的技术，这显然是一个很大的挑 战。三、l y o c e l l 纤维的主要原料为溶剂和纤维素浆粕，如能将这两 个原始成本降下来，则可以解决l y o c e l l 纤维价格昂贵的问题。本项 目组在研究中发现；如果能够采用半纤维素含量高的纤维素浆粕 ( 这种浆粕无法用来生产粘胶纤维，由于工艺简单，这种浆粕价格 几乎只有原来浆粕价格的一半) 同样可纺制合格的l y o c e l l 纤维，为 此对这一内容有必要进行深入研究。 1 4 高半纤维素浆粕一l y o c el i 纤维的低成本浆粕原料 高半纤维素浆粕，是与高舻纤维素浆粕相比较而言。所谓高舡 纤维素浆粕，是指浆粕中的伽纤维素含量 9 0 ，甚至 9 5 1 5 4 。 ( 舡纤维素是指，纤维素在2 0 ，1 7 5 的n a o h 溶液中浸 泡4 5 m i n 后的不溶物1 3 。5 】。) 在粘胶生产工艺中，浆粕必须具备高 洳纤维素含量，因为粘胶工艺中，第一步是碱处理。如果用低a - 纤 维素浆粕，则大量的半纤维素将溶解在碱中，使得率下降。因而只 有用高m 纤维素浆粕，才能有高的粘胶纤维得率。要求高弘纤维素 浆粕，势必增加浆粕生产的成本。而在l y o c e l l 纤维生产工艺中，不 要求浆粕具有如此高的甜纤维素含量，因为生产工艺中不经过 n a o h 溶液处理，而是用有机溶剂n m m o h 2 0 的直接溶解。浆粕工 业能生产低n 纤维素浆粕，这种浆柏能够降低浆粕生产成本1 2 左 右。这种低洳纤维素浆粕，半纤维素的含量较高，在l o 2 0 间 0 6 - 1 9 ，我们把此种浆粕称为高半纤维素浆粕。 纤维素是自然界中最丰富，可再生的有机资源。其纤维素大分 子是由葡萄糖基通过1 - 4 - b e t a 苷键联结成纤维素二糖单元，再形成均 一聚糖的线性高分子。组成每一个纤维素大分子的葡萄糖基数称为 纤维素的聚合度( d p ) 棉花初生壁纤维素的d p 为2 0 0 0 8 东华大学硕士论文第一章文献综述 6 0 0 0 ，次生壁平均为1 4 0 0 。与木材、麻类的相同【2 0 】。由植物纤维原 料经过化学处理制成的各类化学浆粕，纤维素的聚合度大多下降至 5 0 0 1 0 0 0 左右。纤维素及其纤维是由原纤结构聚集成束而成，根 据原纤聚集的大小不同，分为基元原纤( e l e m e n t a r y f i b r i l ) ，直径在 1 5 4 0 1 0 一”巾间：微原纤( m i c r o f i b r i l ) ，横向尺寸在1 0 0 5 0 0 1 0 一o m 间；微原纤在横向上不同数量的聚集再形成大原纤 ( m a c r o f i b r i l ) ，其大小随原料来源不同而异。纤维素大分子，由 于存在大量的分子内和分子间氢键，呈高度结晶的聚集态 1 3 - i s 。 自然界中，纤维素总是与半纤维素相伴而生。半纤维素的分子 量较低，d p 值在1 5 0 2 5 0 间。与纤维素不同，半纤维素不是均 一聚糖，而是一群复合聚糖的总称，原料不同，复合聚糖的组分也 不同。高半纤维素浆粕中，组成半纤维素的结构单元( 糖基) 主要 有：d 木糖基，d 甘露糖基，d 葡萄糖基，d 半乳糖基，l 阿拉伯 糖基，d - 半乳糖醛酸基和d - 葡萄糖醛酸基。这些结构单元在构成半 纤维素时，一般不是由一种结构单元构成一种均一的聚糖，而是由 2 4 种结构单元构成的不均一聚糖。而且半纤维素大分子是一支 链聚合物，呈无定型聚集态 1 3 - 1 5 。纤维素和半纤维素化学结构的主 要区别见表l - 2 。 表1 - 2 ：纤维紊和半纤维素化学结构的主要区别 浆粕生产商正在为l y o c e l l 纤维开发一种新型的价廉的高半纤维 素含量的l y o c e l l 专用浆粕 2 q 。这种浆粕具有高的收率，高的半纤维 9 东华大学硕士论文第一章文献综述 素含量，低的成本，可持续发展且对环境友好。我们打算用这种高 半纤维素含量浆粕来进行纺丝，对它的可纺性进行初探，并进一步 对其制得的高半纤维素的l y o c e l l 纤维结构与性能进行深入研究。期 望高半纤维素含量浆粕在l y o c e l l 工艺中有很好的表现，有很高的稳 定性。好的可纺性，可以得到高质量的l y o c e l i 纤维。预计在l y o c e l l 纤维中半纤维素将会影响纤维的结构、机械性能、染料吸色率、固 色率、可及度和反应性，并会对织物和无纺布的性能产生影响。 表l - 3 是粘度相当的高半纤维素含量浆粕和其它浆粕的收率及 成本的比较。从表l - 3 可以看出：尽管高半纤维素含量浆粕有较低 的a 一纤维素含量( 8 5 ) ，但它的高收率带来了很低的成本优势。 在粘胶工艺中o - 纤维素含量是用于表征纤维的得率。在l y o c e l l 工 艺中，浆粕几乎全部被转化为纤维，p 纤维素含量并不是个特征 的参数。既然几乎所有的半纤维素都留在了纤维中，高半纤维素含 量、低a - 纤维素含量的浆粕也同样可以得到高的l y o c e l l 纤维得率。 不管是对于浆粕的生产者还是l y o c e l l 纤维生产商来说，都能为他们 带来低成本优势。 表卜3 几种不同浆粕的收率、成本的比较 在摸索出合适的纺丝工艺之后，有必要对高半纤维素l y o c e l l 纤 1 0 东华大学硕士论文第一章文献综述 维的结构和性能做深入的研究。包括用x 射线衍射来测定晶体结 构：结晶指数、晶体尺寸，用偏光显微镜测定纤维的双折射来表征 纤维的取向等等；对其力学性能、原纤化、染色性等做初步的探 讨。 目前国内外对高洳纤维素的l y o c e l l 纤维的原纤化的研究已有报 道【笠2 3 2 4 圳。这些可以为我们以后进行高半纤维素l y o e e l l 纤 维原纤化的研究提供参考。 高半纤维素的l y o c e l l 纤维的染色性可能会受到很多动力学和热 力学的因素影响。活性染料是一个很好的选择。它能与纤维的伯醇 羟基发生化学键结合而固色，是合成纤维历史上第一次出现的藉化 学结合而染色的一类染料。活性染料在工艺中的固色也将受到半 纤维索含量和其它因素如p h 、温度、时间和加成剂盐等的影响。 高半纤维素l y o c e l l 纤维如果能同时具有天然纤维的吸湿性、染 色性和服用舒适性以及合成纤维的高强度等优异物理性能，那将是 理想的服用纤维。加之其生产过程对环境无污染，纤维产品的废弃 物可自然降解，不会对环境造成破坏，易于形成可循环再生资源， 且原料为低成本的高半纤维素含量的浆粕，因而将会是2 l 世纪的革 命性纤维和纺织原料。所以其开发和应用前景将十分广阔。我们应 抓住其尚未工业化的时机，积极引进技术并进行一条龙国产化研究 和开发，使我国能尽快的跻身于世界先进行列，为我国纺织行业增 加一个新的经济增长点而努力。 东华大学硕士论文第一章文献综述 参考文献 1 刘仁庆，纤维素化学基础，北京：科学出版社，1 9 8 5 2 t f nj o h n s o n ，t h ec o l l e c t i o no f t h et h e s i s e sf o r6 t hb e r i n gi n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo nm a n - m a d ef i b e r s ( b ) ，1 9 9 6 ，4 2 - 4 3 3 j a c u e u l o ，s m h a n s o na n da vw i l s o n ，d i r e c ts o l v e n t sf o r c e l l u l o s e ，i n t e r n a t i o n a lf i b e r sj o u r n a l ，19 9 3 ( 4 ) ：5 0 5 7 4 金立国等， l y o c e u 纤维纺丝工艺，合成纤维，1 9 9 8 ， n o l ，1 8 - 2 2 5 顾广新等， 纤维素瓜m m o 溶液溶剂方法及其溶液的表征 6 武红艳，l y o c e l l 纤维的纺丝生产工艺、性能和发展前景 【j 】，纺织科学研究，1 9 9 9 ，( 1 ) ：2 5 - 3 2 7 ， m r c o m p e r l ，d e v e l o p m e n tt r e n d si nc e l l u l o s e sf i b e r s , t h ec o l l e c t i o no f t h e t h e s e sf o r6 t hb e i j i n gi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nm a n - m a d ef i b e r s ( a ) ， 1 9 9 6 ，7 1 7 2 8 沈新元等，( l y o c e l l 纤