《再生纤维素纤维生产工艺及性能特点分析》4000字

再生纤维素纤维生产工艺及性能特点分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u29094再生纤维素纤维生产工艺及性能特点分析综述 140901.1再生纤维素纤维综述 1320181.2再生纤维素纤维生产工艺 2216941.2.1再生纤维素纤维生产工艺综述 219279图2-1再生纤维素纤维生产工艺流程 380781.2.2粘胶纤维生产工艺综述 3104751.2.3莱赛尔纤维生产工艺综述 5124761.2.4醋酸纤维生产工艺综述 7192001.3再生纤维素纤维性能特点 81.1再生纤维素纤维综述再生纤维素纤维(cellulosefiber)，以棉、麻、树、竹子、灌木等天然纤维素作为原料，在不改变原料化学结构的前提下，只改变天然纤维素的物理结构，制造出的性能更佳的新型纤维。再生纤维素纤维的各类产品以天然植物纤维作为原料，使用100%纯天然的各类材质，因而可以实现自然生物降解、无重金属、无添加、无有害化学物、亲肤、无刺激，是名副其实的环保型“绿色”纤维。再生普通粘胶纤维纤维素纤维的发展可划归为三个阶段，并形成三代典型产品。第一代是普通粘胶纤维，20世纪初期为解决棉花短缺问题而面世。第二代是高湿模量粘胶纤维，20世纪中期实现工业化生产，代表产品为美国研发变化型高湿量纤维HWM、日本研发虎木棉(Polynosic)、80年代后期Lenzing(兰精)公司使用新开发工艺生产的Modal纤维。60年代后期开始，由于合成纤维生产技术的迅速发展，原料来源充足和成本低廉，极大地冲击了再生纤维素纤维的市场地位，新合纤的开发和应用受到越来越多企业和研究机构的瞩目，导致再生纤维素纤维的发展处于停滞的低谷发展期。第三代以20世纪90年代推出的短纤Tencel(天丝)、长丝Newcelh为代表曾红先.粘胶/甲壳素共混纤维染整加工性能的研究[D].苏州：苏州大学,2014.。随着健康、环保、曾红先.粘胶/甲壳素共混纤维染整加工性能的研究[D].苏州：苏州大学,2014.目前，再生纤维素纤维主要有四类：粘胶纤维（普通粘胶、Modal纤维、莱赛尔纤维等）、醋酸纤维、铜氨纤维、再生蛋白质纤维（牛奶纤维、大豆纤维等）。1.2再生纤维素纤维生产工艺1.2.1再生纤维素纤维生产工艺综述纤维素是植物细胞壁的关键构成部分，是地球上储备量最丰富的天然聚合物，具有生物可降解性、生物相容性、可衍生化及可再生等诸多特性王莎.高性能纤维素材料的构建与性能研究[D].广州：华南理工大学,2018.。王莎.高性能纤维素材料的构建与性能研究[D].广州：华南理工大学,2018.纤维素上的氧原子和羟基非常容易形成分子间和分子内的氢键，分子内的氢键可稳定纤维素链，増加结构的刚性和线性，最终形成多种无定形结构及结晶结构。它们在氢键结合稳定性和方式上存在不同，这种结合方式有两种过程转变，溶解－再生过程级使用强碱处理进行丝光化陈京环.基于溶解-再生过程纤维素基材料的构建与研究[D].北京：北京林业大学,2016.。陈京环.基于溶解-再生过程纤维素基材料的构建与研究[D].北京：北京林业大学,2016.纤维素分子上的活泼羟基可使再生纤维素纤维在生产中的各个环节与其他分子接枝共聚、进行结合改性，为各种高新技术在再生纤维素纤维上的发展提供广阔空间。同时纤维素分子内及分子间的氢键网络结构，使其难溶于一般的溶剂，再生纤维素纤维制造的关键点就是寻找合适的溶剂体系周永超.江苏澳洋科技股份有限公司竞争战略研讨[D].南京：南京理工大学,2007.。周永超.江苏澳洋科技股份有限公司竞争战略研讨[D].南京：南京理工大学,2007.再生纤维素纤维生产工艺简单概述就是纤维素溶解于溶剂从喷丝孔喷出，粘胶流表层首先接触凝固浴，溶剂析出，凝固为结构紧密的纤维外层，内层溶剂随后陆续析出，缓慢凝固，由此形成粘胶的皮芯型结构王蝶.芳香型再生纤维素纤维的研制[D].西安：西安工程大学,2011.。改善溶剂类型，以及加快溶剂的析出时间有利于改善粘胶的性能。目前常见的溶剂有二甲基乙酰胺/氯化裡、NMMO、离子液体、碱溶液体系等。王蝶.芳香型再生纤维素纤维的研制[D].西安：西安工程大学,2011.当前再生纤维素纤维主流生产工艺如下图：图2-1再生纤维素纤维生产工艺流程1.2.2粘胶纤维生产工艺综述普通粘胶纤维的生产步骤主要包括：浆粕准备、碱纤维素制备、碱纤维素老成、纤维素黄酸酯制备及溶解、粘胶过滤、粘胶脱泡、熟成脱落、纺丝、拉伸、后处理十步狄友波.磷腈系抗菌阻燃蛋白粘胶纤维的研究[D].秦皇岛：燕山大学,2011.。狄友波.磷腈系抗菌阻燃蛋白粘胶纤维的研究[D].秦皇岛：燕山大学,2011.（1）浆粕准备，包括贮存、调湿及混粕等工艺。（2）碱纤维素制备，包括浆粕浸渍、碱纤维素压榨、碱纤维素粉碎等工艺郭刚.年产三万吨差别化粘胶短纤维工程的设计[D].天津市：天津工业大学,2007.。郭刚.年产三万吨差别化粘胶短纤维工程的设计[D].天津市：天津工业大学,2007.（3）碱纤维素老成，借助空气的氧化作用，使碱纤维素分子链断裂，降低聚合度，进而实现逐渐调整粘胶粘度。浆粕原料的聚合度通常在700-900，老成后碱纤维素平均聚合度通常为400-420。碱纤维素老成的程度由调节老成时间和老成温度实现控制，延长老成时间可增加碱纤维素氧化降解程度，提高老成温度可加快碱纤维素氧化降解反应速度。（4）纤维素黄酸酯制备及溶解，包括黄化、溶解等工艺。黄化是二硫化碳与碱纤维素进行化学反应、生成纤维素磺酸钠的过程，引入磺酸基团到纤维素中，使纤维素黄酸酯融入水或NaOH溶液；将纤维素黄酸酯分散于稀碱溶液中，使之形成均一的溶液即溶解，制成具有一定性质和组成的溶液即粘胶缪志俊.纤维素/不锈钢粉复合扩张床介质的制备及应用[D].杭州：浙江大学,2005.。缪志俊.纤维素/不锈钢粉复合扩张床介质的制备及应用[D].杭州：浙江大学,2005.（5）粘胶过滤，通常为3道过滤或4道过滤。过滤目的是去除粘胶中无法溶解或只能半溶解的粒子，避免在纺丝的时候导致纤维断裂或者堵塞喷丝孔等问题。此外，这些粒子还可能会破坏拉伸性能、导致纤维纤度变异、出现粗纤维和粘胶块等疵点，影响成品纤维的品质田翠芳.大青叶抗菌粘胶纤维的制备及性能研究[D].青岛：青岛大学,2013.。田翠芳.大青叶抗菌粘胶纤维的制备及性能研究[D].青岛：青岛大学,2013.（6）粘胶脱泡，一般采用真空脱泡的工艺。粘胶制造过程中，经常会不可避免的混入大量空气，大气泡会在纺丝时使纺丝断头，小气泡会导致部分喷丝孔断丝、导致喷出单丝数目不足，微小气泡会保留在纤维中，进而形成“气泡丝”，造成成品纤维强度降低李秋玲.粘胶连续脱泡系统的研制[J].人造纤维，2009,38（4）:5-7.。李秋玲.粘胶连续脱泡系统的研制[J].人造纤维，2009,38（4）:5-7.（7）熟成脱落。一定温度下、放置一定时间，能够提高粘胶的凝固力，达到抽丝要求的粘度。此过程主要化学变化是发生水解反应和皂化反应。（8）纺丝。粘胶自喷丝孔挤出后，形成细流，进入凝固浴并被中和凝固，形成溶胀丝条，纤维素黄酸酯被分解，因而会再生成水化纤维素。（9）拉伸。粘胶纤维经拉伸后，会极大提高纤维素大分子沿纤维轴的取向度，低序区的有序程度得到提高，增加分子之间的氢键数以及其他类型的分子间力，有效提高纤维的断裂强度、对形变的疲劳强度及纤维耐磨性。（10）后处理。粘胶纤维的后处理主要分下列三种方式：图2-2粘胶纤维后处理方式的主要类型第一方式是切断纤维的后处理，第二方式及第三方式是丝束状纤维后处理。后两种方式的优点是设备简单，丝条在浴中受处理的均匀性好。缺点是处理后纤维的结构不均匀。第一种方式所得纤维的卷曲性较好。上述三种处理方式各有优缺点，目前生产商都有应用，但切断-后处理用得更多些。以上粘胶纤维的生产工艺过程基本涵盖了普通粘胶短纤维（ViscoseFiber，Rayon）、粘胶长丝（ViscoseFilament）、铜氨纤维（CuprammonuiumFiber）以及莫代尔（Modal）纤维。但不同点是①铜氨纤维是采用铜氨溶液溶解浆粕并制成纺丝液，其它3种纤维均采用氢氧化钠溶液；②铜氨纤维的凝固浴为稀酸浴（一般采用5%的H_2SO_3），而普通粘胶短纤维、普通粘胶长丝、莫代尔（Modal）纤维的不同点在于凝固浴温度及凝固浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌的含量（或浓度）不同。普通粘胶纤维具有皮芯层结构，对于纺织用纤维来说，皮层占比高则纤维的强度、模量、吸湿性等物理指标较好，芯层占比高则纤维的柔软性好。凝固浴中的化学成分组成及其含量（浓度）影响皮层占比及纤维截面。凝固浴中含有变形剂时，可以制得全皮层结构的粘胶纤维。1.2.3莱赛尔纤维生产工艺综述莱赛尔纤维生产工艺指的是将木浆粕溶解于NMMO溶剂，选用干喷湿纺工艺进行纺丝，再对丝束进行处理，如水洗、干燥、卷曲和切断等。NMMO溶剂可回收后重复利用。溶解为物理过程，几乎没有化学反应，具体生产工艺如下图：图2-3莱赛尔纤维生产工艺在Lyocell纤维的生产过程中，NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）溶剂不论在技术方面（溶解纤维素纤维），还是成本方面（NMMO溶剂目前依赖进口）都起着决定性作用王雪平.年产3万吨溶剂法纤维素纤维工业设计[D].山东：齐鲁工业大学,2016.。王雪平.年产3万吨溶剂法纤维素纤维工业设计[D].山东：齐鲁工业大学,2016.目前莱赛尔（Lyocell）纤维的全球技术来源有三处，兰精公司（LenzingGroup）、ONE-A工程技术有限公司、中国纺织科学院。其中当属兰精公司的技术最成熟，其Lyocell纤维-天丝®为业界最知名，ONE-A工程公司是由原兰精（Lenzing）公司负责Lyocell产线的工程技术人员所创立，而中国纺织科学院为国内首次突破Lyocell生产技术产业化瓶颈的研究机构。兰精公司（LenzingGroup）：该公司长时间垄断莱赛尔纤维各项生产技术并掌握莱赛尔纤维的生产工艺、生产设备等核心莱赛尔纤维专利及技术，同时，该公司的生产技术及专利均不授权使用或对外转让。ONE-A工程公司：该公司2007年成立于奥地利，主要业务为装置工程技术服务及其相关业务，是莱赛尔纤维生产技术装备的独家掌握公司。目前，国内引进0NE-A公司莱赛尔技术的公司有山东英利和保定天鹅。中国纺织科学院：中国纺织科学研究院、甘肃蓝科石化高新装备有限公司、新乡化纤股份有限公司等3家公司，自2014年起，共同组建中纺院绿色化纤股份有限公司(简称中纺绿纤)，合作开展莱赛尔纤维的相关生产业务。1.2.4醋酸纤维生产工艺综述醋酸纤维，即醋酸纤维素纤维或醋酯纤维，为纤维素衍生纤维的一种，是纤维素由乙酰化反应获得醋酸纤维素，然后经纺丝制成。纤维素每个葡萄糖环上有3个醇羟基可被乙酰基取代，依据羟基取代度不同，可以划分为二醋酸纤维素及三醋酸纤维素。通常所指的醋酸纤维为二醋酸纤维素。具体生产工艺如下图：图2-4醋酸纤维生产工艺流程醋酸纤维的原材料为可再生的棉绒浆或木浆，选用无毒、基本无有机挥发物产生的“绿色”丙酮溶剂。由瑞士Maurer（毛雷尔）工程公司的生产经验获知，生产纺织用醋酸纤维长丝的丙酮回收率为95％，实际回收水平已至99％。溶剂单耗已能够实现控制在100-120kg/t产品。醋酸纤维的纵向为无皮芯结构，表面光滑，有明显沟槽，其干强比涤纶和粘胶都小，湿态下与粘胶相似，强度损失大，剩余强度为干强70％左右，干湿态断裂伸长变化相对较大。1.3再生纤维素纤维性能特点再生纤维素纤维的结构组成类似与棉，不同点在于其透气性和吸湿性优于棉纤维，是所有化学纤维中透气性和吸湿性最佳的品种，被授予"会呼吸的面料"的殊荣。此外，再生纤维素纤维拥有棉纤维所不具备的、蚕丝的多项优点，如穿着更为舒适，染色靓丽性更佳，手感柔软、滑爽、丰满，悬垂性优良，蚕丝光泽等。再生纤维素纤维短纤维可纯纺，亦可与其他纤维混纺,在服装、家纺和产业等领域被广泛应用。再生纤维素