再生纤维素纤维的开发现状及发展趋势

2020-07-15霍倩张明宇刘姝瑞谭艳君王继业

纺织科学与工程学报 2020年2期

霍倩，张明宇，刘姝瑞，谭艳君，王继业

（1.西安工程大学科技成果转化中心，陕西西安710048；2.伟格仕纺织助剂（江门)有限公司，广东江门529000；3.西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安710048)

0 前言

再生纤维素纤维原料取材于天然纤维，纤维的化学结构保持不变，只改变其物理结构，主要有黏胶纤维（Rayon)、Modal、天丝（针叶树为主要原料)、竹纤维（以毛竹为主要原料)、铜氨纤维、醋酯纤维。再生纤维素纤维有优异的透气性、吸湿性、染色性，同时亲肤柔滑，在纺织领域广泛应用，有“会呼吸的面料”之称[1]。

再生纤维素纤维只是在纤维素纤维基础上改变物理结构，它不仅具有纤维素纤维的性能[2]，例如棉的柔软感觉、麻的滑爽感、贴身舒适感，且不易起静电，同时还可以被赋予纤维素纤维所没有的功能，例如智能调温粘胶、抗菌防臭粘胶、吸湿凉感粘胶等。

正因如此，目前再生纤维素纤维在针织、梭织面料中广泛应用，同时新型的再生纤维素纤维，例如莱赛尔、丽赛、竹浆纤维[3]，也因其独特的特性，逐渐开始成为纺织面料开发新潮流。

1 再生纤维素纤维的分类及性能

1.1 再生纤维素纤维的分类

再生纤维素纤维的分类及主要品牌见图1。

1.2 再生纤维素纤维的性能

图1 再生纤维素纤维分类

表1 再生纤维素纤维的特性

再生纤维素纤维具有的透气性能，尤其是在针织面料上的应用。天津工业大学的景晓宁和李亚滨测试了作为内衣面料的使用新型再生纤维素纤维的纬平针织物和罗纹织物的透气性[4]，发现珍珠纤维、天丝纤维和莫代尔纤维织物的混纺比接近时，织物透气性主要与紧密度有关，织物越紧密，透气性越差；当混纺比和紧密度均接近时，织物的透气性不随紧密度变化而发生变化，而是与纤维的外观结构的变化有关，纬平针织物中，纤维主要影响透气性，罗纹织物中，聚乳酸纤维优于棉纤维。

黄学水使用再生纤维素纤维Lyocell LF，设计了胖花罗纹组织，正面为Lyocell LF与锦氨包芯纱交织，反面为柔软舒适、线圈紧密的纯Lyocell LF纤维，在前处理使用纤维素酶提升面料毛羽、光洁度，经后整等工序，面料光洁亮丽，吸湿透气，滑爽舒适，具有丝绸般的光泽及良好的悬垂性，柔软弹性好[5]。

在实际生产中，由于再生纤维素纤维均保持在12%～14%的回潮率，甚至某些高达14%的回潮率，因此再生纤维素纤维具有优异的保湿吸湿性[6]，常用于制备吸湿保暖纤维材料，例如与腈纶纤维混纺。同时使用天丝、Modal纤维生产追求滑爽感、光泽感强的面料，纺蚕丝面料会选择使用铜氨纤维与其他纤维进行复合或混纺。

2 再生纤维素纤维的开发及应用

2.1 再生纤维素纤维不同纺纱方式的研究

再生纤维素纤维与纤维素纤维一样可以使用多种纺纱方式，但结合其自身的特点，主要纺纱方式有SIRO纺、SIRO紧密纺等。为了更好的将再生纤维素纤维及新型再生纤维素纤维应用于高档面料上，传统的纺纱工艺及纺纱方式就需要进一步改善和发展。

河南工业技师学院武建周等人在SIRO纺的基础上，结合集聚纺的特点，使用SIRO集聚纺纺制40S/1粘胶纤维、竹浆纤维、MODAL纤维。结合SIRO纺和集聚纺的纱线，纱线结构紧密，毛羽好，强力高，耐磨性好，同时条干CV、粗细节和棉结得到改善[7]。

因天竹纤维强力低，加工过程易产生毛羽，纺纱难度大，作为新型再生纤维素纤维之一的天竹纤维也越来越受消费者喜爱。际华三五零九苗馨匀等人对40S/1竹浆纤维/精棉70/30SIRO纱纺纱工艺进行了研究[8]，缩短精棉工序工艺流程，优选针布梳棉，采用条混工艺配置，降低并条工序出条速度，清棉加装粗纱装置，成卷加大紧罗拉压力，最终成功纺出了质量好，受客户好评的强力、毛羽好的SIRO纱。

为了桑皮纤维、负离子涤纶、罗布麻和薄荷粘胶纤维在高档服装面料得到良好应用，江苏振阳集团杨定勇等人使用桑皮纤维与负离子涤纶、罗布麻黏胶纤维、薄荷粘胶纤维等多组分纤维进行转杯纺混纺，并设计与开发小提花面料[9]。该面料具有抑菌消臭、滑爽柔软、亲肤舒适、凉爽透气的性能，且具有一定的保健功能。此类纱线可用于针织T恤、运动服装、休闲服装、内衣，也可用于机织西装、衬衫等。

武汉纺织大学许多等人根据粘胶受热后性能变化，分别研究了80℃、120℃和210℃柔洁纺粘胶纤维的强力、表观结构、毛羽和定捻性能[10]，发现120℃柔洁纺，纱线强力、毛羽最好；80℃柔洁纺纱线质量有一定改善，刚性降低；210℃柔洁纺，纤维构象改变，发生黏合，纱线质量恶化，不利于后续织造、染色、上浆。

2.2 功能性再生纤维素纤维及面料开发

再生纤维素纤维取材于天然纤维素纤维，能与天然植物原料很好融合，具有天然纤维素纤维的亲肤舒适、绿色环保，同时在制备再生纤维素纤维时，可以根据需要，人为的纺丝时加入所需功能，从而获得一般纤维素纤维所没有的性能；其次，再生纤维素纤维特有的吸湿性、铜氨纤维的光泽性、竹纤维的抑菌性都是原料及面料开发的重点关注点。因此许多再生纤维纤维及面料的开发主要是功能性面料的开发。

2.2.1 抗菌再生纤维素纤维及面料开发

从植物提取可用于抗菌消臭的物质并制成水溶液，与粘胶纺丝溶液共混，再通过纺丝工艺制备出具有相应功能的再生纤维素纤维，是此类抗菌再生纤维素纤维主要制作过程。如果想要整理变得更持久、耐洗，则可将提取物制备成微胶囊再加入粘胶纺丝液中，再进行纺丝、织造、染色，便可获得耐洗、持久的抗菌再生纤维素纤维面料。而通过再生纤维素纤维面料在后整过程中进行抗菌处理，相对较少，也相对容易，但此类面料持久性及耐洗性相对较差。

青岛大学于湖生等人使用能带来抗菌作用的凤尾草提取物与消臭剂（蛋白石超细粉末)一起添加至黏胶的纺丝液中，通过湿法纺丝工艺制备出既能抑金黄色葡萄球菌又能消除氨气、醋酸、异戊酸和2-壬烯醛的抗菌消臭再生纤维素纤维[11]。此改性功能性纤维素纤维与普通黏胶纤维的基本性能相差不大，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达92.46%，能消除 97.5%的醋酸、95%的异戊酸、94.73%的氨气以及82.14%的2-壬烯醛，抗菌消臭性能优异。

吴娇等人在湿法纺丝制备黏胶纤维纺丝溶液中，加入植物中药山苍子、小茴香提取物和百里香制备的微胶囊，制备出具有耐久性的抗菌防螨防霉改性黏胶纤维[12]。与普通黏胶纤维相比，结构、形态、基本性能基本一致，同时在洗前及洗涤20次以后，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率均大于79%，对螨虫的趋避率均大于60%，是一个具有良好的持久耐洗的抗菌、防螨、防霉功能的功能性黏胶纤维。

刘莹等人对黏胶纤维的植物中药改性的基本性能及抗菌性进行了研究，通过对蛇床子、仙茅、苦参、菟丝子等中药进行提取并按一定比例混合后与黏胶纺丝液共混制得植物中药改性黏胶纤维[13]。与未改性的粘胶纤维相比，植物中药改性黏胶纤维的结晶度增大，取向度减小，断裂强度减小，断裂伸长率减小，吸湿性增加，能有效抑制98.9%金黄色葡萄球菌、98.8%大肠杆菌和89%白色念珠菌，抑菌率远高于国家标准。同时因纤维含有0.6mg/kg仙茅苷和5.12mg/kg蛇床子，故兼具保健作用。

2.2.2 吸湿发热再生纤维素纤维及面料开发

再生纤维素纤维具有优异的吸湿发热性，因此可将其与其他纤维或原料按一定比例混纺，纺成再生纤维素纤维混纺纱，也会具有良好的吸湿发热性。如果在纺丝过程中再添加一些增强吸湿发热的助剂，那么此功能性再生纤维素纤维及其面料的吸湿发热性会加强。

王晶在黏胶中加入吸湿发热功能添加剂，并共混纺丝，制备出横截面呈不规则锯齿状，且锯齿状十分突出，沟槽多且深的吸湿发热黏胶纤维[14]。与普通黏胶纤维相比，吸湿发热黏胶纤维的结晶度相对偏小、取向度变化不大、断裂强度减小、断裂伸长增大、摩擦系数大、回潮率偏高。同质量纤维在相同体积中，吸湿发热黏胶纤维的温度上升幅度明显高于普通黏胶纤维，具有良好的吸湿发热效果。

钱建忠通过在黏胶纺丝液中加入吸湿发热剂制备吸湿发热粘胶纤维，纤维素与吸湿发热剂没有分离，在属性上，与传统粘胶相比，差别较大[15]。因纺丝液中加入聚丙烯酸钠，纤维分子机构发生变化，结晶能力下降，再加之纤维分子内部氢键的影响，纤维分子结构发生较大变化，纤维的抗断裂强度下降，延展性提高，初始模量基本不变。采用湿法纺丝工艺，纤维结晶度有所下降，取向度不变，纤维素与发热剂并未分离，其表面形态，纵向沟槽分布规则，深度明显，表面积大；横截面，呈现轮廓清晰的锯齿状，这种独特的表面形态结构，使得纤维能够有足够的空间充分吸湿，与普通黏胶相比，纤维回潮率大幅增加，吸收的热量较高，2～3分钟的时间，温度可上升3.5℃，因此具有良好的吸湿发热性能。

2.2.3 多功能铜氨纤维及面料的开发应用

铜氨纤维表面光滑，且具有蚕丝般的光泽及手感，因此在纱线及面料生产过程中主要突出其光泽及手感，在纱线及面料开发中多于具有功能性的纱线混纺或者复合来得到所需要的功能性纱线或者面料。冯兆启使用铜氨长丝与功能性涤纶长丝制备PaircoolR纱线，并开发了清凉舒适的PaircoolR针织面料[16]。

单新伟使用40S/1的消臭人造丝、铜氨、全消光涤纶混纺纱，与75D吸湿排汗涤纶，按57.6：42.4比例在22G福原大圆机上进行交织，开发了一款具有卓越的吸湿速干、接触冷感、抗菌消臭、防紫外线的蜂窝网眼面料，可用于夏季服装[17]。

袁菁红与达利丝绸李玉琴，使用桑蚕丝与铜氨纤维采用两次并捻加捻工艺，在24G单面大圆机编织桑蚕丝/铜氨交织单面针织面料，并经过染色、后整理等工艺，面料柔软亲肤、光泽柔和、悬垂感强、透气导湿、美观大方，适合春夏季高档女装，同时也能降低高档轻薄真丝面料的成本，绿色环保[18]。

张立娟和许晶使用30S/1精棉/铜氨80/20纱作为纬纱，经向采用200D涤纶长丝和30S/1精棉/铜氨80/20纱按1∶2排列，共同编织一款异经强捻平纹梭织面料[19]。通过三种性质不同纤维的合理搭配及融合，这样一款面料蓬松柔软、透气凉爽，具有良好的悬垂性和抗皱保形性，同时纵向具有雨滴样微闪光效果，兼具时尚，可用作高档女装面料。

2.2.4 石墨稀改性再生纤维素纤维开发及应用

李昌垒等人以再生纤维素溶液为基体，在研究了几种常见分散剂以后，选取羧甲基纤维素钠作为最佳分散剂对超细石墨粉体进行分散处理，制备出呈锯齿状结构、表面有纵向沟槽的超细石墨再生纤维素复合纤维[20]。此复合纤维中的超细石墨粉体分布均匀，与纤维素纤维基体兼容性良好，同时复合材料相比其他复合纤维及再生纤维素纤维，热分解温度提升，热稳定性得到提高。

张征标等人在粘胶纺丝液中加入生物质石墨烯和相变微胶囊，共混，并进行湿法纺丝，制备了具有双向调温的功能、良好的抗菌性能和优异的远红外性能的生物质石墨烯改性调温粘胶纤维[21]。

王双成等人在经磺化、溶解而成的纤维素黄酸酯溶液中，均匀掺杂石墨烯分散液，并充分混合，使得粘胶纺丝液中的石墨烯均匀稳定地分散，以粘胶纺丝原液为基体，再经湿法纺丝纺制成丝[22]。所制备的石墨烯改性再生纤维素纤维，具有良好的抗菌抑菌性能、优异的远红外性能、抗静电及防紫外等功能。

2.2.5 其他功能性再生纤维素纤维及面料开发

再生纤维素纤维除了抑菌性、吸湿性及铜氨纤维的功能性开发外，还有热致变色性功能开发、磁性针织面料开发及阻燃防辐射面料的开发。

邢善静和谢跃亭在黏胶纺丝溶液中加入了热致变色微胶囊乳液，在添加质量分数小于10%的情况下都能制备力学性能良好、可纺的热致变色再生纤维素纤维[23]。所织成织物的变色效果受加热温度影响较大，温度越高变色越明显，受加热时间影响较小；洗涤次数越多，织物明度会增加，偏红程度会降低，洗涤后在高温时，织物明度先增后降，偏厚程度先强后弱。具有一定的耐洗性，热变色有一定效果，可用做温控变化的发展方向。

江西服装学院贺晓亚和彭庆慧对不锈钢纤维/粘胶纤维防辐射混纺织物，使用改性次磷酸铝微胶囊，进行阻燃整理[24]。当使用20%（o.w.f)微胶囊整理液，在60℃条件下保温整理45分钟，并在90℃条件下烘焙，织物的热学性能、极限氧指数、防辐射性能、折皱回复性、力学性能均得到提高和改善。

西安工程大学张靖等人在黏胶纤维聚合物纺丝溶液中，加入纳米磁性微粒，制备磁性纤维/粘胶纤维混纺纱，并使用分散染料高温高压法对本身具有浅咖色的磁性纤维进行染色，所染织物具有4级以上的耐摩擦色牢度、耐洗色牢度及耐汗渍色牢度，同时具有0.8 Gs～1.1 Gs的磁感应强度，具有磁疗功能[25]。

2.3 再生纤维素纤维面料的生产技术研究

随着再生纤维素纤维面料的广泛开发及使用，再生纤维素纤维在生产过程中仍然存在许多技术问题尚待解决，比如原液着色黏胶纤维色浅，生产过程易产生折痕、压痕，面料需提高抗起毛球性能以及数码印花工艺的优化等。这些都是需要注意的问题。

再生纤维素纤维在生产加工中易出现折痕问题，尤其是与氨纶共同编织的单面组织的织物。一般情况下，对于易产生折痕的再生纤维素纤维织物，使用带有圆刀自动剖幅开幅平幅卷布单面机织造，保持布面平整，优先使用预定型工艺，采用较高浴比的染色或气流机染色，以减少折痕产生[26]。

黏胶纤维使用原液着色时，得色较浅，基于此，刘稀等人使用氧等离子体处理纤维，研究了真空度、放电功率、放电时间处理对纤维的化学结构、官能团、表面元素组成、纤维表面形态、粗糙度、结晶性能、断裂伸长率、断裂强力以及原液着黑色的黑度的影响[27]。发现在80Pa的真空度，250W的放电功率，放电200秒的条件下，增深处理工艺最佳，黑度提高，纤维强力及断裂伸长率仍较好，本体结构未发生改变，结晶度降低，含氧的官能团增多，纤维表面变粗糙。

尚润玲等人对EcoFRESHTM粘胶针织物的前处理、无盐碱染色、水洗及后整理工艺进行了生产过程介绍及探讨，如果要求鲜艳的颜色，前处理需煮练和轻漂，选用亲和力低、上染速率相近的活性染料拼色和使用无盐碱染色，并控制染料用量[28]。所染面料各项色牢度均达3级以上，抗起毛球4级，布面pH值6.5～7。

北京服装学院的张黎明对天丝、莫代尔织物活性染料数码印花工艺进行优化[29]。天丝织物的最佳前处理配方是2.5%的海藻酸钠、2%的碳酸氢钠、4%的硫酸钠及10%的尿素，102℃汽蒸15分钟；Modal织物是2%海藻酸钠、1.5%碳酸氢钠、8%尿素、3%硫酸钠；两类织物的汽蒸工艺均为102℃15分钟。印花后MODAL的固色率为69.2%，天丝固色率为58.1%，色牢度均达3～4级上。