第二章 再生纖維素纖維

第一節(jié) 概述

纖維素是自然界賜予人類最豐富的天然高分子物質(zhì)，它不僅來源豐富，而且是可再生的資源。自古以來，人們就懂得用棉花織布及用木材造紙，但直到1838年，法國科學家安斯姆佩恩（Anselme Payen）對大量植物細胞經(jīng)過詳細分析發(fā)現(xiàn)它們都具有相同的一種物質(zhì)，他把這種物質(zhì)命名為纖維素（Cellulose）。據(jù)科學家估計，自然界通過光合作用每年可產(chǎn)生幾千億噸的纖維素，然而，只有大約60億噸的纖維素被人們所使用。纖維素可以廣泛應用于人類的日常生活中，與人類生活和社會文明息息相關。利用纖維素生產(chǎn)再生纖維素纖維是纖維素應用較早和非常成功的應用實例。早在1891年，克羅斯（Cross）、貝文（Bevan）和比德爾（Beadle）等首先制成了纖維素黃酸鈉溶液，由于這種溶液的黏度很大，故命名其為“粘膠”。粘膠遇酸后，纖維素又重新析出，1893年由此發(fā)展成為一種最早制備化學纖維的方法。1905年穆勒（Mueller）等發(fā)明了稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴，使粘膠纖維的性能得到較大改善，從而實現(xiàn)了粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。這種方法得到的再生纖維素纖維就是人們至今一直應用的粘膠纖維。

目前，再生纖維素纖維的生產(chǎn)方法具體有以下幾種：

（1）粘膠法：粘膠纖維。

（2）溶劑法：銅氨纖維、萊賽爾（Lyocell）纖維等。

（3）纖維素氨基甲酸酯法（CC法）：纖維素氨基甲酸酯（Cellulose Carbamate）纖維。

（4）閃爆法：新纖維素纖維。

（5）熔融增塑紡絲法：新纖維素纖維。

環(huán)境友好并可工業(yè)化生產(chǎn)的有生產(chǎn)第三代纖維素纖維的N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）法和CC法。但是，目前纖維素纖維的主要生產(chǎn)方法還是以粘膠法為主，產(chǎn)量占90%以上。所以，本書主要介紹粘膠纖維。

粘膠纖維是一類歷史悠久、技術成熟、產(chǎn)量巨大、用途廣泛的化學纖維，據(jù)其結構和性能劃分的品種如表2-1所示。

據(jù)有關統(tǒng)計，1972～1973年，世界粘膠纖維產(chǎn)量達到324萬噸/年，到2002年降至200多萬噸，隨著綠色工藝生產(chǎn)的萊賽爾（Loyocell）纖維的出現(xiàn)，使得纖維素纖維又一次受到人們的重視，2005年纖維素纖維總產(chǎn)量又回復到330萬噸，約占化學纖維總產(chǎn)量的10%，2012年世界纖維素纖維（含醋酯長絲和銅氨長絲）的生產(chǎn)量為352萬噸，占世界纖維總生產(chǎn)量的4.59%。新中國成立后，粘膠纖維的生產(chǎn)才剛剛起步，隨后得到迅速發(fā)展，先后建成了近50家中小型粘膠纖維廠，遍及全國20多個省、市、自治區(qū)，進入21世紀，由于受環(huán)境和規(guī)模經(jīng)濟效益等問題的影響，一些小廠相繼關閉，生產(chǎn)企業(yè)減少，生產(chǎn)規(guī)模擴大，并大量向西部地區(qū)（新疆）轉(zhuǎn)移，其產(chǎn)量又得到較大發(fā)展，到2005年粘膠纖維總產(chǎn)量達到110多萬噸，2010年后產(chǎn)能進一步擴大，2012年產(chǎn)能達到200多萬噸，產(chǎn)量一直位居世界第一，在粘膠纖維中，短纖維的產(chǎn)量約占80%，其余是粘膠長絲。除普通品種外，改性粘膠纖維也有生產(chǎn)。在改進生產(chǎn)設備及生產(chǎn)工藝方面，都取得了明顯成就。

表2-1 粘膠纖維的品種

20世紀70年代，由于合成纖維的興起及自身“三廢”問題的影響，粘膠纖維的發(fā)展處于停滯狀態(tài)，但因它與合成纖維具有各自的優(yōu)缺點，故在化學纖維中仍占有不可忽視的地位。粘膠纖維雖然濕強低，織物易變形產(chǎn)生褶皺，但其具有吸濕性好、透氣性強、染色性好、穿著舒適、易于紡織加工和可以生物降解等優(yōu)良性能，恰好可以彌補合成纖維的不足。所以，粘膠纖維與合成纖維按一定比例混紡或交織，可相互取長補短，提高織物的服用性能。

合成纖維的主要原料是不同地質(zhì)時期形成的石油、煤、天然氣，這些原料的儲藏量雖然很大，但消耗量大，而且實際上是難以再生的。據(jù)專家預測，地球上的石油資源到本世紀中葉將要耗盡。而粘膠纖維的原料——纖維素來自植物資源，儲備量很大，而且有巨大的再生量（100億～1000億噸/年）。只要有陽光和水，樹木和含有豐富纖維素的植物及農(nóng)作物就能不斷生長，這些原料目前只有極少一部分被粘膠纖維工業(yè)所利用。隨著科學技術的發(fā)展，可被利用的植物將逐步增多。因此，粘膠纖維原料的豐富、易得，為其發(fā)展提供了可靠的保障。

通過各種方法對粘膠纖維進行改性，可以制得兼有粘膠纖維、合成纖維優(yōu)良性能和特殊功能的纖維素纖維，從而又促進了粘膠纖維的進一步發(fā)展。

此外，開發(fā)環(huán)境友好型非粘膠法纖維素纖維綠色生產(chǎn)工藝受到國內(nèi)外專家的普遍關注，如尋找少毒或無毒紡絲工藝；建立完善的回收體系；對“三廢”進行綜合治理；改造生產(chǎn)設備，提高生產(chǎn)自動化、連續(xù)化。這些可使纖維素纖維的生產(chǎn)更具活力。其中，溶劑直接溶解纖維素、紡制纖維素纖維的研究，從根本上改革粘膠體系并解決“三廢”污染問題，這一生產(chǎn)工藝已在國外實現(xiàn)了工業(yè)化，這將是纖維素纖維工業(yè)的發(fā)展方向，也是纖維素纖維工業(yè)的重大變革。