功能性粘胶纤维的开发及应用

赵秀媛

随着科学技术的不断发展,以粘胶纤维为基体的各种新型功能性粘胶纤维不断开发成功,进一步拓展了粘胶纤维的应用市场。本文介绍了几种功能性粘胶纤维的生产工艺特点、应用领域及发展趋势,并简单分析了当前我国功能性粘胶纤维开发面临的问题。

Due to the development of science and technology, a variety of functional viscose fiber have been developed, thus further expanded the application fields of viscose fiber. This article presented several kinds of functional viscose fiber from process, application and development trend, and finally analyzed the development bottleneck of domestic functional viscose fiber industry.

粘胶纤维属再生纤维素纤维,早在20世纪初就实现了工业化生产。粘胶纤维具有与棉相近的吸湿性能,回潮率符合人体皮肤的生理要求,同时具有光滑凉爽、透气、抗静电等特性,目前已广泛应用于服装、家纺、非织造布等都领域。随着科学技术的不断发展,以粘胶纤维为基体的各种新型功能性粘胶纤维不断开发成功,进一步拓展了粘胶纤维的应用市场。

功能性粘胶纤维根据其功能可分为多种,如阻燃粘胶纤维、抗菌粘胶纤维、负离子粘胶纤维、远红外粘胶纤维、相变粘胶纤维、抗紫外线粘胶纤维、导电粘胶纤维、高吸附粘胶纤维、医用粘胶纤维、芳香粘胶纤维、离子交换粘胶纤维、石墨纤维等。

1阻燃粘胶纤维

1.1发展简况

国外在20世纪50年代初就开始了阻燃粘胶纤维用助剂的开发,瑞士Sandoz公司(现在的Clariant(科莱恩)公司)最早开发出了sandoflam5060 焦磷酸酯阻燃剂。随着阻燃剂的开发成功,阻燃粘胶纤维的开发进入新阶段,不断有其他公司开发新的阻燃剂,并有几家公司实现了阻燃粘胶纤维的工业化生产。代表性产品有有奥地利Lenzing(兰精)公司的Viscose FR纤维,德国Hoechest公司的Danufi L纤维,芬兰Kemira公司(现在的Sateri(赛得利)公司)的Visil纤维,日本东洋纺的Polynosic阻燃粘胶纤维,法国Rhone – Poulenc(罗纳普朗克)TF280阻燃粘胶纤维等。这些产品均达到纺织用要求,同时具有良好的阻燃效果。

国内对阻燃粘胶纤维的开发比国外稍晚,在1990年前后出现一个高峰期,均采用sandoflam5060阻燃剂。但因该阻燃剂价格昂贵,而国内生产的同类阻燃剂存在粒径大、粒径分布宽、阻燃剂分散液稳定性差等问题,当时最终没有实现阻燃粘胶纤维的规模化工业生产。经过最近十几年的不断努力,国内新的阻燃粘胶纤维生产技术不断涌现,现已开发出了共混法、浸涂法等,这两种方法,尤其是共混法,多选用焦磷酸酯类有机化合物制备粘胶纤维。

焦磷酸酯类阻燃剂在国内尚处于开发完善期,质量稳定性相对较差,且价格较高,制约其实现大规模应用。在磷系阻燃粘胶纤维开发的同时,已有几个公司进行了无机硅系阻燃粘胶纤维的开发,该种纤维因阻燃剂价格低廉,且产品具有较好的阻燃性,根据其不耐碱及多次水洗的特性,适用于一次性防护用品及装饰用品如床具、沙发的内填充等。

1.2生产加工方式

1.2.1利用焦磷酸酯类阻燃剂

采用纺前注入方式,将阻燃剂加到粘胶中,充分混合,采用湿法纺丝,成形后进行处理,通过调整粘胶生产工艺,获得具有良好物理机械性能的阻燃粘胶纤维。其生产工艺的难点是如何保证阻燃剂均匀稳定地加入。

1.2.2利用硅系阻燃剂

采用纺前注入或在粘胶溶解过程中将阻燃剂溶液与粘胶进行混合后纺丝,同时调整粘胶及纺丝浴,采用湿法纺丝,在后处理过程中进行交联处理,制得阻燃粘胶纤维。

1.2.3后整理法

后整理法大部分是对织物进行阻燃整理。基本工艺有轧烘焙法、涂布法、喷雾法、浸渍 – 烘燥法、有机溶剂法、氨熏法等。因其与粘胶纤维生产无关,故不作详述。

用焦磷酸酯类阻燃剂加工的阻燃粘胶纤维由于以传统的粘胶为基体,因此制得的纤维具有传统粘胶纤维的舒适性、吸湿透气性及良好的可纺性,适合与多种阻燃纤维,如阻燃涤纶、芳纶、芳砜纶等混纺,用于作战服、防护服、消防服、电工服及油田等特殊作业环境,其纯纺产品也可用于老人及儿童内衣;无机硅系阻燃粘胶短纤在家纺领域有较大应用,低廉的价格使其特别适用于一次性消防防护用品及非织造布等中。但目前国内用焦磷酸酯类阻燃剂生产的阻燃粘胶纤维仍存在阻燃剂脱落现象,影响其阻燃效果,限制了使用环境,而硅系非织造布用阻燃纤维在国内市场较小,有待开发。

2抗菌粘胶纤维

2.1发展简况

抗菌纺织品的开发源于20世纪四、五十年代,到80年代初期,开始出现抗菌纤维的开发,主要是采用高分子改性技术和共混纺丝改性方法获得抗菌效果,到90年代,日本生产的抗菌纤维制品居于世界领先地位,其中也包括抗菌粘胶纤维制品,采用的主要是银系抗菌剂。Lenzing公司也在20世纪进行了抗菌粘胶纤维纤维的开发,其产品为Modal Fresh纤维,该公司将使用在化妆品行业的抗菌剂SR98与其Modal纤维生产工艺结合,采用共混技术生产出了抗菌粘胶纤维,其抗菌性能通过了AATCC 14和瑞士SNV 195920标准的检验。国内山东海龙集团生产的康泰丝纤维是将甲壳素与粘胶共混制成的具有抗菌效果的抗菌粘胶纤维。

2.2生产加工方式

抗菌粘胶纤维的生产方法主要有两种,一种是将抗菌剂与粘胶混合,通过湿法纺丝制得纤维,另一种是采用后整理法使粘胶纤维获得抗菌效果。从发展前景来看,共混法具有较好的前景。

抗菌剂种类较多,主要有无机系(一般是能与纤维配位的金属系)、有机系(如有机硅树脂的季铵盐系等)以及天然物系等。无机系抗菌剂多采用共混法生产抗菌粘胶纤维,主要有氧化钛系列、锌系列、铜系列、银系列化合物等。

无机抗菌剂的抗菌机理为:无机抗菌剂从纤维中缓慢溶出微量金属离子,再扩散到细菌的细胞内,通过破坏细胞的蛋白质结构,引起细菌代谢障碍而使其死亡,达到抗菌的目的。而有机系抗菌剂多为后整理抗菌剂,其抗菌机理是通过活性成分将带有正电荷的基团靠静电附着在微生物细胞表面的阴离子部位,以物化方式破坏细菌的表面结构,使细胞内溶物泄露而死亡,达到抗菌效果。而天然物系抗菌剂包括绿芥末清油、芥末提取液和甲壳素等天然抗菌物质,这些天然物质与粘胶混纺,存在于纤维中,利用其本身所具有的抗菌性,缓慢释放,达到抗菌效果。如在酸性条件下,甲壳素壳聚糖分子中的氨基可转化为铵盐,吸附带负电荷的细菌,破坏其细胞壁,从而阻碍其发育;同时壳聚糖可分解成低分子物,吸附细菌后,穿过微生物细胞壁进入细胞内与细菌的DNA结合,形成稳定的化合物,干扰了细菌的正常繁殖,达到抗菌目的。

抗菌粘胶纤维应用领域广泛,包括服装特别是运动衣、内衣、袜子、床上用品、家纺用品、医疗卫生材料等。

虽然抗菌粘胶纤维有较广泛的应用市场,但整体上发展较慢,原因主要有两点:一是纺织品后整理获得抗菌效果的成本远低于抗菌粘胶纤维的成本;二是尚未有理想的可与粘胶共混的抗菌剂。目前与粘胶共混的抗菌剂一般为无机系,因为粘胶为碱性体,而其纺丝过程为酸性体系,这为抗菌元素的选择增加了难度。如在涤纶、丙纶体系中可应用的锌及氧化锌系抗菌剂,在粘胶体系中相当受限,必须对原有的锌或氧化锌系抗菌剂进行包覆,这样抗菌剂的粒径就很难达到与粘胶共混的要求。因此抗菌粘胶纤维要想得到发展,关键一点是要制得质优价廉能与后整理竞争的专用抗菌剂。

3其他功能性粘胶纤维

3.1负离子粘胶纤维

负离子粘胶纤维是将能够产生负离子的原料与粘胶共混,采用湿法纺丝制得。功能性微粉镶嵌到纤维中,其制品在使用过程中不断激发产生负离子功效,达到保建和广谱抗菌效果。目前已开发出电气石法、奇冰石法粘胶负离子功能纤维。

负离子粘胶纤维同时拥有负离子所具有的优点与粘胶纤维的特性,因此具有较广泛的应用市场,可应用在家纺、服装、汽车内饰及医疗用品等中。此外,该纤维也可作为空气和水处理的过滤材料,尤其是空调的空气过滤材料和家用饮水机的滤芯。

3.2相变粘胶纤维

相变粘胶纤维是利用物质相变过程中释放或吸收潜热、温度保持不变的特性开发的一种蓄热调温功能粘胶纤维。将相变材料采用特殊的工艺加入到粘胶中,与粘胶共混,采用湿法纺丝制得纤维,相变材料在纤维中保持了其特性,利用其固 → 液、液 → 固的相变,在不同环境温度下表现出不同的吸、放热功能,并且保持温度相对恒定,获得具有良好调温功能的功能性粘胶纤维。

相变材料有无机、有机、复合之分。无机类主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类主要包括石蜡、醋酸和其他有机物。近年来,复合相变储热材料应运而生,它既能有效克服单一无机物或有机物相变储热材料的缺点,又可改善相变材料的应用效果,并拓展其应用范围。

美国Outlast公司生产各种相变纤维,其中就包括相变粘胶纤维。国内河北吉藁化纤有限责任公司与北京巨龙博方科技研究院合作,成功开发了被称为“丝维尔”的相变纤维。相变粘胶纤维作为服装面料,在冬季具有较好的保暖功能,夏季能较好地吸收人体产生的热量,使体表温度较恒定,达到凉爽的目的。

3.3珍珠粘胶纤维及珍珠负离子纤维

珍珠粘胶短纤维和珍珠负离子纤维是最近几年开发成功的功能性粘胶纤维,是将珍珠粉单独或与负离子粉以一定的配比进行研磨达到纳米级,采用特殊工艺制成浆料后通过纺前注入加入到粘胶中,采用共混纺丝制得。经检测,珍珠粘胶短纤维富含多种氨基酸,具有远红外线发射和抗紫外线功能,而珍珠负离子粘胶纤维在具有上述功能的同时还具有激发负离子的功能,具有良好的发展空间。

3.4高吸附粘胶纤维

高吸附粘胶纤维有两种:一种是粘胶基活性炭纤维,是将粘胶纤维经高温碳化、活化后形成的一种新型高效吸附材料,与粒状活性炭相比具有比表面积大、细孔发达、吸附性高、脱附速度快、可反复使用等特点;另一种是将具有吸附功能的材料加入到粘胶中,与粘胶共混纺丝制得的纤维,目前常用的吸附材料为纳米级竹炭和椰壳炭,竹炭粘胶纤维和椰壳炭粘胶纤维都属于高吸附性粘胶纤维。

粘胶基活性炭纤维一般用于过滤和吸附材料,如空气过滤器的滤芯、空气污染物的吸附脱除材料、饮用水或工业水处理过程中的净化材料。而竹炭粘胶纤维和椰壳炭粘胶纤维的应用则更广泛,它们具有良好的纺织性能,可应用于家纺、服装、医疗、矿山防护以及车、船、飞机等交通工具的内饰中,达到净化空气、去臭除味的目的。

4结语

功能性粘胶纤维具有粘胶纤维的特点同时又拥有了某种功能,因此具有良好的应用和市场前景,但国内功能性粘胶纤维的开发任重而道远。如阻燃粘胶纤维特别是纺织用阻燃粘胶纤维与国际一流产品仍有较大差距,不能实现真正替代进口;而抗菌粘胶纤维虽有很大的应用市场,但除Lenzing公司形成产品外,国内的开发仍停留在小试阶段。

功能性粘胶纤维的开发瓶颈,一是功能性材料的品质,如粒径、分布、分散性、与粘胶的相容性等;二是如何准确均匀地将功能性材料与粘胶共混;三是功能性材料与粘胶纤维结合的牢度。另外,如何解决有机类功能性材料与粘胶本体的结合性也是许多功能性粘胶纤维开发的重点。

参考文献

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[2] 左凯杰,霍瑞亭,赵广明. 新型抗菌防臭纤维概述[J]. 染整技术,2009(9):13 - 15,19.