浆粕质量对Lyocell纤维生产及产品质量的影响分析

王宏元

（南京化纤股份有限公司，江苏 南京 211511）

进入新时期后，由于石油资源逐渐枯竭以及人们对环保、自然、健康理念的崇尚，再生纤维素纤维这种对环境污染极低的材料受到了更多重视。本研究探索浆粕质量对Lyocell纤维生产及产品质量的影响，分析何种浆粕质量最适宜进行Lyocell纤维生产，以此提升Lyocell纤维的应用效果并拓展其应用范围。

1 Lyocell纤维国内外发展状况及应用前景

在20世纪60年代末期，国外相关研究单位在Lyocell纤维方面取得了较大突破。我国由于工业基础薄弱以及相关人才缺乏，直至80年代才有条件进行研究。由于研究较晚，我国Lyocell纤维的产能、质量相比于发达国家还有较大的差距。

目前，国内除了保定天鹅、南京金羚、江苏金荣泰、新乡化纤、吉林化纤、湖北金环外，还有数家公司紧跟其后，如赛得利、宜宾丝丽雅等。国产Lyocell纤维产能可以突破50万t/a。国产Lyocell纤维质量缺陷较为明显，即在强度、疵点及质量稳定性等方面与发达国家相比尚有较大的差距。影响Lyocell纤维生产及产品质量的因素较多，而原材料质量是关键因素。表1为Lyocell纤维项目投入规划。

表1 Lyocell纤维项目投入规划

2 浆粕质量对Lyocell纤维生产及产品质量的影响

2.1 浆粕杂质对Lyocell纤维的影响

制作Lyocell纤维所用的原材料主要源于天然木材，主要成分包括矿物质（铜、铁以及相关金属化合物）、有机可提取物（可挥发性油类、树脂等系列低分子物质）、木质素（比如芳香族化学物质等）、半纤维素与纤维素等。浆粕成分主要包括纤维素以及半纤维素，其中，一些杂质成分会在制浆进程中逐步被消除，但还会有一部分残留，这部分残留杂质会对Lyocell纤维生产及产品质量产生相应的影响。

2.2 有机可提取物

浆粕在制造过程中会残留部分有机可提取物，如树脂等。由于其本身属于低分子物质，在原液过滤时，难以将其有效去除。在原液纺丝成型时，一部分低分子物质也会进入纺丝浴中，其在溶剂本身的净化系统中也难以消除。溶剂的反复循环利用会使其不断累积，原液的可纺性会逐渐降低，纺丝浴中也会有泡沫产生，影响Lyocell纤维纺丝工艺，进而影响成品质量。针对浆粕中的可提取物，可选择一些复合酶进行对应的处理工作[1]。

2.3 金属离子

木材中带有部分矿物质—金属离子，如铁、铜等，虽然含量极低，但对生产的影响较大。微量的金属离子会加速纤维素的分解，降低纤维素的聚合度，降低成品的强度。同时，这些有害的金属离子也是纤维素溶剂NMMO的分解催化剂，含量超标后，会加速溶剂的分解。纤维素和溶剂的分解过程是一个放热反应，若失控，严重的话会引发爆炸事故，造成严重的损害。针对这种情况，相关生产管理人员可在浆粕生产过程中增加一道工序，比如选择加入对应的化学试剂，如Na3PO4，其本身能够吸附残留的金属离子，形成络合离子，再通过洗涤将其分离出来；同时，还可选择一些能够去除金属离子的设备或者工艺，皆能达到较好的效果[2]。

3 浆粕的溶解工艺

Lyocell生产工艺为：用NMMO溶解纤维素浆粕，制成纺丝原液，在纺丝成型后处理。当前应用较为广泛的溶解方式包括两种：干法工艺和湿法工艺。干法工艺方式即直接将干浆粕粉碎，再用质量分数为78%左右的NMMO溶液溶解，制得原液；湿法工艺方式即先通过水来溶解、分散浆粕，经过压榨粉碎后，与高质量分数的NMMO溶液混合，使其充分溶胀、溶解。湿法工艺在后期蒸发和溶解的过程中，需蒸发出大量的水分，因此，会有较高的耗能。但通过压榨粉碎，会提高纤维素浆粕的均匀性和反应活性，提高纤维素的溶解效率，同时，也可以提升原液本身的均匀性，对纺丝的稳定性和成品质量有积极的作用[3]。

4 浆粕的聚合度和结晶度

纤维素浆粕本身的性质也会对Lyocell纤维生产及产品质量有较大的影响，比如聚合度、结晶度等。一般情况下，纤维素浆粕的聚合度越高，纤维素的结晶度越高，NMMO与水就越难进入浆粕内部，溶胀的效果也会变差。因此，纤维素结晶度偏低、聚合度处于正常水平的浆粕品种，更适宜作为Lyocell纤维工艺的原材料。通常认为，聚合度较高的浆粕可以制成高强度的纤维，当其聚合度较低时，成品的耐疲劳性能、耐磨性、强力等都会降低。研究表明，聚合度低于200、高于1200的浆粕含量越高，纤维素纺丝溶液的过滤性能就会越差。Lyocell纤维与黏胶纤维相比有着较高的强度，对浆粕的聚合度要求相对较高。但若浆粕的聚合度过高，就会使得纤维素在溶解时难以取得理想的效果，Lyocell纤维生产就会受到影响。

试验结果表明，当Lyocell纤维的聚合度在500~600时，成纤强度将不再随着聚合度的提升而提升。因此，考虑到浆粕在NMMO中溶解是部分降聚，可将浆粕原料的聚合度控制在700左右，以制得可纺性较好的纤维素溶液和强度较高的成品纤维[4]。

5 浆粕的半纤维素含量

浆粕中的半纤维素含量也会对Lyocell纤维的生产工艺产生影响。在经典的黏胶工艺中，半纤维素在碱液浸渍过程中会发生溶解流失，纤维成品中的纤维素得率相对偏低。在Lyocell工艺中，使用NMMO溶剂进行浆粕溶解，半纤维素与纤维素会溶解成纺丝原液，在纺丝时，会析出成型，半纤维的损失可忽略不计。在合理范围内，半纤维素含量较高的浆粕更加易于溶解，溶解条件也较为温和，具有更好的溶解效果。此外，应用半纤维素含量较高的浆粕制作而成的纺丝原液具有更好的过滤性能，进而有更佳的可纺性，能够提高Lyocell成品纤维的质量。另外，用半纤维素含量较高的浆粕制作而成的Lyocell纤维具有更高的染色性能，且制成的原液黏度更低。因此，可适当增加纺丝原液的纤维素含量，提高生产效率。

6 浆粕质量稳定性

在生产浆粕时，若同批次产品因工艺参数或者原材料出现质量波动，不同批次间的浆粕质量也会有差异，浆粕质量的稳定性会对Lyocell纤维生产和产品质量产生一定影响。比如当浆粕的聚合度发生波动时，会使纤维素溶胀发生变化，使纤维素的溶解时间和黏度等产生偏差，导致原液质量不均匀，影响其可纺性，造成Lyocell纤维成品的质量波动。

7 结语

浆粕质量对Lyocell纤维生产及产品质量有明显的影响。本研究对浆粕的有机可提取物、金属离子含量、聚合度、结晶度、半纤维素含量、质量稳定性及溶解工艺等进行了探讨，总结出适宜进行Lyocell纤维生产的浆粕质量，对Lyocell纤维生产稳定性和产品质量的提高具有一定的参考意义。