再生纤维素纤维绿色环保技术新进展(2)

　　2.2.1纤维素纺粘非织造新技术

　　德国Fraunhofer研究所、美国制浆造纸企业公司和莱芬豪舍合作进行纤维素纺丝成网非织造布产品的开发，试验以针叶木溶解浆为原料。以低聚合度原料浆粕制得低粘度Lyocell纺丝液，纤维素组分浓度7.5%。纺丝成网使用的纺丝板孔径为0.4mm，每孔挤出量为0.2g/（m2？min），纤网单丝纤度1dtex。以纤网克重22g/m2计，纤维素纺粘产品的品质指标为：湿态强力110N/m（MD）、95N/m（CD），伸长率19%～36%；干态强力700N/m（MD）、500N/m（CD），伸长率10%～20%。试验在幅宽为600mm的Reicofil试验设备上完成。

　　德国SME公司开发的全新纤维素纺粘非织造工艺采用NMMO/水溶液系统，纺丝成网装置具有结构简洁实用的特点，对初始浆粕的品质适应性好，并可最大限度将纤维素转化为纤维素网材，网的单丝直径分布在1～15μm范围内。产品适用于医用、卫生保健和防护服装等领域。目前这一装置和工艺正在商业化试验中。

　　台湾地区聚龙（Alon）公司采用NMMO溶剂系统，纤维素纺粘非织造产品的克重可控制在10～300g/m2之间，纤网强力MD>196N，CD>118N，单丝直径约15μm，空气透过率3500cm3/（cm2？min）。装置的加工速度为200m/min。

　　在纤维素纺粘非织造产品的开发中，Nanoval公司的Nanovlisz纤维素纺粘产品在细旦化和生产效率方面具有优势。该工艺采用DMMO溶剂系统，纺丝液浓度8%，商业化设备幅宽750mm，喷头孔密度250～400孔/m，纤网单丝直径分布为1～15μm。纺丝组件和喷头呈三排孔分布，排间距10mm，生产效率可达到20kg/（h？m）。

　　2.2.2纤维素熔喷非织造新技术

　　随着消费者环保诉求的日益强烈，近年来非织造布工业使用生物可降解原料的趋势明显增长。以纤维素为原料的熔喷非织造布的研究也取得了很大进展，这主要包括纤维原液的制备工艺、挤压装置，微细再生纤维素纤维成形、后整理技术等。Biax公司选择的NMMO溶剂系统，其纺丝液纤维素浓度控制在6%～15%之间。纺丝温度在70～120℃之间，溶剂回收率可达到99.6%。

　　Biax公司专门设计的纤维素熔喷成形组件为多排孔分布，喷头的孔密度为200孔/英寸，具有高产、高效特点。整个纺丝系统在高压条件下运行，挤出效率要大大高出传统熔喷系统。Biax的熔喷系统使用的纺丝液在常温下呈固状，随着温度变化其流动性能发生变化，所呈现出来的的物理状态和普通热塑性树脂十分相似。

　　使用的初始纤维素原料的平均聚合度DP在330～420之间。熔喷工艺的基本条件为：挤压机三区温度分别控制在165℃/198℃/230℃，法兰区温度为230℃，过滤网调节装置为230℃，输送泵温度为230℃；组件喷头的使用压力为650psi；热空气温度250℃，压力14psi。纤网单丝直径可控制在4～25μm内。表3为Lyocell与PP、PET熔喷非织造产品的性能特征。

　　实验室规模制得的Lyocell纤维素熔喷网，克重为50g/m2，在干态条件下，其纵横向强力比为75/60，干伸长比达1∶1。最大吸附率为0.3g/s，动态吸附能力7.0g/g（前/后，Gats），压力条件下的水吸附性能为6.5g/g。

　　目前，Lyocell纤维素熔喷试验在提高成本效率、可行的纺丝液配置及成形系统以及溶剂回收技术等方面的研究正稳步向商业化阶段推进。

　　纤维素熔喷材料取材于可再生资源，产品具有生物可降解性能，在高温条件下也具有较好的耐用性，制品的强度、抗静电性和染色性优越，可用于纸尿裤、卫生巾、医用绷带、揩巾和清洁袋等领域。工业领域的使用主要为空气过滤介质、液体过滤介质、电池隔膜等。

　　2.3原纤化纳米纤维素纤维的开发技术

　　采用原纤化工艺制备纳米纤维素纤维技术目前已实现了商业化运营，并由美国EFT公司建设了产能规模为300t/a的装置。

　　原纤化Lyocell纳米纤维，即通过原纤化和连续的撕裂（Splitting）作用，形成单丝直径在50～500nm之间的原纤化纳米纤维素纤维。原纤化纳米纤维素纤维网材具有静电纺或其他熔纺纳米纤维产品的基本技术特征，纤网中单纤的平均直径在300nm左右。以Lyocell纤维网的单丝直径分布为例，直径<200nm的纤维占15%，200nm的占21%，300nm的占23%，400nm的占14%，500nm的占10%。直径大于2～5μm的纤维所占比例很少，一般来说原纤化纳米纤维素纤维的长径比可达到1000∶1以上。

　　原纤化纳米纤维素纤维适用于加工特种纸制品、湿态或干态加工的多种工程用材料。据了解，EFT的原纤化纳米纤维材料已得到美国食品药品管理局（FDA）的使用认证。原纤化工艺对原料的适应性很强，除正规原料外，对含固量为20%的湿态颗粒料、含固量为5%的液态浆料亦可正常使用。

　　原纤化法制纳米纤维成本较低，同时更能适应规模化生产的需要。表4为原纤化Lyocell纳米纤维生产工艺与其他工艺生产效率的对比情况。

　　旭化成公司的纤维技术研究中心通过原纤化技术，成功制得了纳米再生纤维素纤维非织造布。该产品的单纤直径在30～400nm之间，克重为3～20g/m2。纤网的透明度为70%（浸入苯溶剂中），厚度7μm，干态强力为8.8～12.7N/15mm。

　　原纤化Lyocell纳米纤维的湿态纸制品，孔隙尺寸<1mm，目前已在空气过滤、液体过滤、医用屏蔽材料和室内清洁揩巾等领域得到使用。旭化成公司开发的纳米纤维网材具有十分好的热性能，是功能性过滤、高性能电池隔膜材料的理想选择。

　　2.4生物基再生纤维素纤维生产技术

　　欧盟开展的EO-PR6计划系采用安全、可生物降解的生物酶纤维素为原料，将其直接溶于碱溶液，进而纺制新型再生纤维素纤维。该方法摒弃了传统粘胶纤维生产中使用的溶剂CS2和纤维素磺化工序。目前其生物基再生纤维素纤维（Biocelsol）已进入半放大试验（semi-pilot）阶段。

　　2.4.1生物酶纤维素制备

　　首先将初始纤维素原料进行机械粉碎处理，时间为5h；生物酶在50℃下处理3～5h，pH值控制在5左右。生物酶制剂采用已商业化的市场供给产品，生物酶处理得率在97%左右。表5为采用生物酶工艺的Biocelsol纤维素与普通粘胶的技术特征。

　　2.4.2生物酶再生纤维素纤维的成形工艺

　　（1）纺丝液配置

　　经生物酶处理的纤维素的平均聚合度为350，在氢氧化纳溶液中的溶解度达99%。在总碱度7.9%的条件下，纺丝液的纤维素含量为6.0%，氧化锌为0.84%。纺丝液的阻塞值（Kw）低于200，不溶性颗粒物低于0.5%。物料溶解和混合过程保持在3℃的恒温条件下，过滤、脱泡于0℃条件下完成。

　　（2）纤维素成形特点