再生纤维素纤维的开发现状及发展趋势

2016-04-16杨明霞陈莉娜刘雪平

纺织科学与工程学报 2016年3期

关键词：竹浆粘胶纤维模量

杨明霞,陈莉娜,刘雪平

(河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007)

再生纤维素纤维的开发现状及发展趋势

杨明霞,陈莉娜,刘雪平

(河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007)

介绍了再生纤维素纤维的三个发展阶段，以及粘胶纤维、Lyocell纤维、麻浆纤维及竹浆纤维等几种再生纤维素纤维的开发现状，并从纤维性能、环保性、国家产业政策和原料来源等因素出发, 指出了再生纤维素纤维的发展趋势。

粘胶纤维Lyocell纤维麻浆纤维竹浆纤维

纤维是纺织生产的基础原料，随着世界人口的日益增长和人均纤维消耗量的不断增加，纺织纤维的需求量将越来越大。然而，棉、麻、毛、丝等传统天然纤维虽是可再生资源，但是它们的种植生产依赖土地，存在和人类争口粮的问题。我国人口多、耕地少，因此传统天然纤维的种植和生产很大程度上受到制约。改革开放30年来，我国科技的进步虽使棉花的单产提高了许多，但其生产总量仍不能满足纺织业生产的需要。目前，棉总量的1/4左右为进口棉量，毛、麻等天然纤维也需要大量地进口。纺织行业需大力拓展新型纤维以确保纺织工业的可持续发展。

各种新型再生纤维素纤维原料资源丰富，服用性能优良，价格便宜，其在一定程度上可以部分甚至完全替代天然纤维，作为一种性能优异的纤维素纤维，受到人们的普遍关注[1-3]。

1　再生纤维素纤维发展的三个阶段

再生纤维素纤维自问世以来，其发展可分为三个阶段, 同时也形成了三代产品。第一代产品为普通粘胶纤维，于20世纪初主要为解决棉花短缺问题而出现。第二代产品为高湿模量粘胶纤维，并于20世纪50年代实现工业化生产，主要产品包括兰精公司新工艺生产的Modal 纤维，日本的虎木棉(Polynosic)及美国的变化型高湿模量纤维HWM。20世纪60年代末期，由于原料充足、成本低廉的合成纤维生产技术迅速发展，导致再生纤维素纤维的需求和市场地位开始出现下降，经历了彼此之间竞争的生产企业也关闭了一部分产品质量差及无力治理“三废”的企业，故再生纤维素纤维的生产量出现逐年下降。新合成纤维的开发和应用逐渐受到各研究机构和企业的高度重视，与此同时，再生纤维素纤维的发展和使用也几乎停滞。第三代产品出现于20世纪90年代，主要代表有Tencel短纤维和Newcell长丝。近年来，随着消费者环保健康与崇尚自然意识的不断增强，对再生纤维素纤维也有了新的认识，使再生纤维素纤维的应用慢慢出现了恢复性地增长。[1-3]

2　几种再生纤维素纤维的开发现状

2.1粘胶纤维

2.1.1普通粘胶纤维

普通粘胶纤维为再生纤维素纤维的主要品种，由棉短绒、竹材、木材、芦苇、甘蔗渣等天然纤维素经碱化而形成碱纤维素，再与二硫化碳发生作用后生成纤维素黄原酸酯，其溶于稀碱液内而得的粘稠溶液称为粘胶，粘胶再经湿法纺丝和一系列处理工序后即形成粘胶纤维。它的出现主要是为了解决棉花短缺问题。粘胶纤维的化学组成与棉相同，同属纤维素纤维，具有良好的染色性、吸湿透气性和服用舒适性，对氧化剂及酸比棉纤维敏感，对碱的稳定性较差。粘胶纤维吸湿后强度下降明显，收缩率大，织物手感硬，尺寸稳定性也较差，而且其生产过程中会产生较大污染，严重阻碍其进一步发展[4]。

2.1.2高湿模量粘胶纤维

高湿模量粘胶纤维是指高强力、高聚合度和高湿模量的粘胶纤维。为克服普通粘胶纤维湿强及湿模量低、织物尺寸稳定性较差等缺点，采用高粘度及高酯化度的低碱粘胶，在低酸及低盐纺丝凝固浴中纺成了高湿模量粘胶纤维，纤维具有良好的尺寸稳定性、耐碱性、高湿强度和高湿模量、低湿伸长率，碱稳定性提高且具有良好的染料亲和力及非原纤维化/非原纤状结构等特点。

高湿模量粘胶纤维主要产品包括兰精公司20世纪80年代后期生产的 Modal 纤维、日本东洋纺的Polynosic 纤维和美国的变化型高湿模量纤维HWM等纤维。

2.1.2.1Modal 纤维

Modal(莫代尔)纤维由奥地利兰精公司生产的，以欧洲榉木制成的木浆为原料，通过专门的纺丝工艺加工而成的高科技天然绿色纤维，其主体属天然植物纤维素纤维，对环境无污染，其生产过程中使用的有机溶剂无毒并可回收利用。Modal纤维取源于自然，又可通过生物降解回归自然，是一种新型的绿色再生纤维。纤维结晶度和取向度高，原纤结构明显，截面呈腰圆形不规则的皮芯结构，纵向有沟槽。纤维湿强比普通粘胶纤维明显高，纤维制品的光泽及柔软性、吸湿性、染色性及染色牢度均优于纯棉纤维制品，且有蚕丝般的手感。因Modal纤维面料手感柔软滑爽、色泽纯正、透气性好、易打理，且迎合了21世纪人类对环保高度重视的要求，受到广大消费者青睐，国内市场非常流行。[4-6]

2.1.2.2Newdal纤维

Newdal纤维是中国的Modal，是国内唯一高湿模量粘胶纤维，由山东海龙股份有限公司自主研发而成，命名为“纽代尔”纤维。在2008年3月山东海龙公司主办的纽代尔纤维技术交流会上，正式成立了纽代尔纤维产业联盟，向纺织行业正式推出了中国的纽代尔纤维品牌。Newdal纤维原料为天然优质棉和木浆，具有高湿模量、高强度、高卷曲性、高断裂伸长率，柔软滑爽，纤维可纺性好。Newdal纤维织物的保型性及悬垂性好，抗褶皱性、耐洗涤及吸湿透气性好，穿着舒适，适用于制作休闲运动装、童装、高档时装及卫浴等用品。[7，8]

2.1.2.3Polynosic纤维

该纤维是日本最早于20世纪50年代研制成功，被称为“虎木棉”，在欧洲实现商业化生产，并正式被命名为Polynosic纤维。我国在20世纪60年代生产的富强纤维与该纤维属于同一类型。该纤维的断裂强度和结晶度均优于莫代尔纤维，耐碱性能好，但纤维不耐疲劳，勾结强度相对较低。由于20世纪70年代受到全球能源危机和合成纤维冲击的影响，导致Polynosic纤维产量大幅下降。

我国丹东化纤集团在2000年全方位引进奥地利的兰精公司及日本的东洋纺的国际先进技术与生产线，在2004年实现了Polynosic纤维的国产化，注册商品名为Richcel(丽赛)纤维[4]。Richcel纤维是由专门的纺丝工艺生产加工而成，属高湿模量改性粘胶纤维，生产过程清洁环保，且纤维也可自然生物降解，故Richcel纤维被称之为21世纪绿色环保纤维。

Richcel纤维纵向光滑，横截面近似圆形，光泽较好。该纤维继承了该系列纤维的全部优点，具有其他高湿模量纤维素纤维不能突破的优良性能。与普通粘胶纤维相比，其断裂强度高、伸长小、初始模量高，尤其是湿强明显提高，且上染率高，并可自然生物降解。该纤维能与棉麻丝毛等天然纤维及多种合成纤维进行混纺或交织，其混纺织物具有较好的吸湿透气性和亲肤性，柔软滑爽，光泽、悬垂性和尺寸稳定性等均较好，服用性能优良。因Richcel纤维的许多性能指标均接近于羊绒，故被业界称为“植物羊绒”，发展前景非常广阔。由于Richcel纤维及其织物具有许多优秀的品质和特殊的风格，纺织适用范围极广，引起了国内外纺织行业的普遍关注。

2.1.3差别化粘胶纤维

差别化粘胶纤维可分为原料差别化、功能差别化、形态(状)差别化三种粘胶纤维。早期的差别化纤维技术开发主要集中于对纤维形态结构及成纤聚合物化学结构改性两方面，现今已扩展到功能性纤维、异形纤维、新合纤及混纤复合加工等领域，并且各种技术相互之间渗透，差别化粘胶纤维的种类日益增多，出现了Y 形粘胶纤维和扁平形粘胶纤维。国家鼓励发展差别化纤维，当前是我国差别化再生纤维素纤维发展的黄金时期[1-4]。

2.2Lyocell纤维

Lyocell纤维是将纤维素溶解在NMMO水溶液中进行纺丝制得的一种再生纤维素纤维，其原料是棉浆或木浆。该纤维的生产流程大约为普通粘胶纤维的二分之一或三分之二，不仅生产效率高、能耗少，而且溶剂回收率高，纤维生产加工过程符合环保要求，同时纤维物理机械性能优良，干湿强度大、初始模量高、尺寸稳定性好、缩率小，尤其是其湿强与湿模量，接近于合成纤维。纤维可纯纺或与其他纤维原料混纺、交织或复合，能开发出多种高附加值的针织和机织产品。纤维制品具有悬垂性好、强度高、吸湿放湿易染、手感厚实等性能特点，保形性与抗皱性优于普通粘胶纤维制品。

Lyocell纤维有普通型Lyocell、交联型Lyocell和超细型Lyocell等纤维品种。

2.2.1普通型Lyocell纤维

普通型Lyocell纤维以木浆粕为原料，纺丝过程采用NMMO溶剂，其回收率可达 99% 以上。主要品种包括Lyocell短纤(Tencel®、Alceru®、Cocel®、Acell®等)与长丝(Akzo Nobel公司的Newcell®)。

2.2.2交联型Lyocell纤维

Lyocell在湿态或有机械作用时会产生原纤化。为克服纤维的原纤化现象，Acordis公司、Lenzing公司均研制了交联型Lyocell纤维。Acordis公司的商标名命名为Tencel®A 100、Tencel®A 200，Lenzing公司的商标名命名为 Lenzing Lyocell®LF[9]。

Tencel®A100纤维是以添加交联剂的方法使原纤间产生交联作用，表面不会形成微纤，同时可保持其他性能优良不变，可生产表面光洁及织纹清晰的面料，广泛应用于针织毛衫领域，尤其适合毛精纺针织及机织面料。Tencel®A 200与Tencel®A 100不同，碱稳定性好，因此可经受棉混纺织物的全丝光处理；染色亲和性与棉相似；甲醛释放几乎为0，非常适合制作内衣与婴儿服。Lyocell®LF仍以NMMO为溶剂，经NMMO的水溶液及空气浴纺丝成形。纤维整理过程中在纤维素分子间添入键联结剂以防纤维出现原纤化[10]，故Lyocell®LF纤维在机械加工及织物整理过程中不会产生原纤化现象，纤维多次水洗也不会出现原纤化。Lyocell®LF纤维的横截面形态与普通Lyocell 纤维一样，具有永久卷曲，但强度略有下降；纤维的耐晒性和耐湿性与Lyocell纤维差别不大，但与直接染料等一些染料的亲和力略低。[9，10]

2.2.3超细型Lyocell纤维

Lenzing公司在Lyocell®LF纤维生产技术基础上又开发出超细型Lyocell纤维，即Micro Lyocell®，规格为0.9dtex×34mm，主要适用于女士外衣与针织内衣面料，产量不大。

Lyocell产品目前主要用于针织服装、休闲服、内衣等领域，产业用的比例较小。今后，Lyocell 纤维扩大应用领域，向装饰用与产业用纺织品领域发展将会成为发展趋势。此外，开发功能性差别化Lyocell也将会更受市场欢迎。

2.3麻浆纤维(再生麻纤维)

麻浆再生纤维素纤维是以红麻、麻秆、黄麻等麻植物为原料，制成浆粕后制成麻浆纤维。该纤维的干强与普通粘胶纤维相似，湿强高于普通粘胶纤维及天然竹纤维，吸湿透气性能好，适用于织制内衣、T恤衫、毛衫等产品。我国的麻类作物面积达50万公顷，其中黄麻和红麻的种植面积达20-25万公顷，产量居世界第三，为世界产麻大国。但由于黄麻、红麻的单纤长度短，工艺纤维线密度较大，故纺纱价值较低，大量的红麻及黄麻类植物主要用作制作绳索、麻线、包装袋等制品。

2.3.1圣麻纤维

圣麻纤维是2004年河北吉蒿化纤有限公司自主研发的一种以麻类植物为原料的新型再生纤维素纤维。该纤维是以天然麻材为原料，经过蒸煮、漂白、制胶、纺丝、后处理等工艺，将天然中的纤维素提取出来，保留了天然麻材中的抑菌物质。其产品也可自然生物降解，健康、环保。

圣麻纤维横截面似不规则的星型和梅花型，纵向有条纹，初始模量高、吸湿放湿及透气性佳、匀染性好且抑菌防霉，并极好地克服了原麻纤维可纺性差、亲肤性差等缺点。因圣麻纤维织物颜色亮丽、穿着舒适，可将其与天然麻纤维混纺生产高档面料，也可利用麻纺工艺或棉纺工艺开发出西装、衬衫、茄克衫、休闲裤等风格不同的外衣用面料。同时由于圣麻纤维湿强高，天然抑菌防霉，故也可用于内衣、被类、巾类及医用卫生用品，还可开发口罩、餐巾纸等非织造产品。

我国是产麻大国，麻资源非常丰富，给原材料提供了充分保证，故圣麻纤维在市场上有非常广阔的发展前景。

2.3.2 麻赛尔纤维

麻赛尔纤维(Jutecell®)是山东海龙股份有限公司采用自主开发的专有技术，对天然纤维黄麻、红麻进行处理而制得的一种新型再生纤维素纤维[11]。该纤维采用特殊生产工艺生产，改善了天然麻纤维粗、短、硬、刺痒等亲肤性差的缺点，同时除保持了天然麻纤维原有的吸湿、透气、凉爽、抑菌和防霉等特性[11-13]，纤维横截面为不规则的“双峰”形，截面有缝隙，外缘圆滑无扭转，纵向有深浅不一的沟槽[13]。其纤度和长度还可根据需求通过调整工艺参数来调节，其废弃物可自然降解，绿色环保，不会造成二次污染。

麻赛尔纤维可分为棉型、毛型、中长型三种类型，可纺性较好，可纯纺或与麻、棉、毛、丝、羊绒、化纤等纤维混纺交织。因为具有吸湿透气、蓬松柔软舒适、抑菌防霉等特性，故适用于开发针织毛衫、内衣、高档西装等服用纺织品，床罩、窗帘等家用纺织品，医院病服、防护服等医用纺织品[11]。

麻赛尔等麻浆纤维的出现、发展与应用，缓解了当前能源短缺的问题，符合可持续发展战略，大大地提高了红麻、黄麻等麻资源的利用效率及产品的附加值，拓宽了天然麻纤维的传统应用领域。但目前我国国内关于麻赛尔等麻浆再生纤维的性能理论研究及产品开发才刚刚起步，尚缺少深入的基础性研究[11-13]。因此，各种麻浆纤维的性能及产品开发就成为一个非常值得关注的研究课题。

2.4竹浆纤维(再生竹纤维)

竹浆纤维是继Modal、Tencel后由我国自行研制并实现产业化的新型再生纤维素纤维。首先采用水解—碱法及分段精漂工艺制得竹纤维浆粕，使竹浆中纤维素的含量达到93%以上，但天然抗菌成份“竹醌”不会受到破坏，然后再进行纺丝生产。根据使用要求不同，竹浆纤维可被加工成棉型或毛型短纤维，以制成纯纺纱或混纺纱[5]。

竹浆纤维截面呈锯齿形且有中腔，纵向有沟槽，纤维吸放湿速率极快，被称为“会呼吸的纤维”。与其他再生纤维素纤维相比最独特之处在于竹浆纤维具有永久的天然抗菌性，纤维中仍保留了竹子的天然抗菌成份。竹浆纤维产品具有强力高、耐磨性好的性能特点，吸湿放湿性能与光泽好、手感柔软、悬垂性佳、舒适凉爽且染色性能优良、光泽靓丽、天然抗菌，适用于生产贴身用织物面料和夏季针织面料，也可用于无纺布、卫生材料、床上用品、洗浴用品等有特效功能的产品。

竹子三至五年即可成林，二至三年后即可用于生产竹浆纤维，为一种速生高产纤维原料。我国的竹产量约占世界竹总产量的三分之一，居世界第一位，为名副其实的产竹大国。故竹浆纤维的出现有利于森林资源的综合保护，可在很大程度上缓解棉浆粕供应不足及对木浆原料需求不断增长的现象，发展前景良好。[1-5]

目前，湖南拓普竹麻产业开发有限公司(吉林化纤股份有限公司下属)已建成了3万吨竹浆粕、4万吨竹浆纤维生产线，并计划逐步建成年产竹浆粕及竹浆纤维分别达到12万吨和8万吨的生产线。河北吉藁化纤有限责任公司的“天竹”牌竹浆纤维的年产已达2万吨，上海中纺物产发展有限公司以“云竹”的品牌大力推广竹浆纤维的开发与应用[1]。

竹浆纤维一问世就引起了国际市场的广泛关注。其原料来源于天然可再生资源，其制品使用后也可生物降解、绿色环保，是一种具有广阔发展及应用前景的纺织材料[14，15]。应用竹浆纤维开发的高档服用产品，其产品舒适性能、外观性能及手感均可得到显著改善，产品的档次和附加值均可得到有效提高。加强高档优质竹浆纤维产品的研究开发，抢占国际市场，必将具有十分广阔的发展前景。

3　再生纤维素纤维的发展趋势

(1)普通粘胶纤维仍然存在湿强低、水洗尺寸稳定性较差、生产过程污染大等问题，随着其它新型纤维素纤维产量的不断增大，其在再生纤维素纤维中的比例将不断降低，从工艺着手，解决环保问题。

(2)由于棉等天然资源短缺，可降解性良好的再生纤维素纤维符合环保生产趋势，可替代或部分替代天然棉纤维，故总产量将继续扩大，占全球纤维总产量的比例也会不断提高；生产规模向合理化、大型化方向发展，降低成本，提高效益；生产工艺向自动化、连续化、高速化方向发展。

(3)国内市场对于差别化再生纤维素纤维的需求在不断增长，且国家有关产业政策中也明确指出要鼓励发展和要加快发展差别化纤维，故差别化再生纤维素纤维定会有良好的发展空间。

(4)Modal、Newdal、Polynosic、Lyocell等高湿模量粘胶纤维以及竹浆、麻浆纤维等经过改良的再生纤维素纤维，其克服了传统粘胶纤维的多项缺点，所占比例及应用范围也将会迅速扩大。改进纤维的加工性能和使用性能，变化风格、扩大品种。部分新型功能性再生纤维素纤维、改性再生纤维素纤维的出现，也为此类纤维的发展开辟了新方向。

(5)由于麻浆及竹浆纤维原材料来源丰富且成本低，结合了我国林业及农业的产业特色，麻浆纤维及竹浆纤维后续必将会有较大的发展空间。

(6)开发速生材资源，提高棉绒剥绒率，扩大木浆、棉浆浆源，包括开发浆类来满足原材料的需求。我国森林资源贫乏，棉田也有限制，不断寻找新的浆源应当作为重点来加以考虑。

(7)各种新型纤维素纤维的产品目前主要用于服用、家纺等领域，用于产业的比例很小。今后，拓展新型纤维素纤维的应用领域，向装饰用纺织品与产业用纺织品领域发展也成为一个趋势。

[1]刘洪太，冯建永,段亚峰.再生纤维素纤维的开发进展[J].合成纤维,2009(9):11-15.

[2]刘海洋，王乐军，等.再生纤维素纤维的现状及发展方向[J].纺织导报,2006(4):57-59.

[3]石东亮，李茂松.我国再生纤维素纤维的现状及发展趋势[J].丝绸,2007(10):44-46.

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[9]董奎勇，杨萍. Lyocell纤维发展概况及趋势[J].中国纤检.2004(11)：40-42.