功能性粘膠纖維的開發(fā)及應(yīng)用

趙秀媛

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,以粘膠纖維為基體的各種新型功能性粘膠纖維不斷開發(fā)成功,進一步拓展了粘膠纖維的應(yīng)用市場。本文介紹了幾種功能性粘膠纖維的生產(chǎn)工藝特點、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢,并簡單分析了當(dāng)前我國功能性粘膠纖維開發(fā)面臨的問題。

Due to the development of science and technology, a variety of functional viscose fiber have been developed, thus further expanded the application fields of viscose fiber. This article presented several kinds of functional viscose fiber from process, application and development trend, and finally analyzed the development bottleneck of domestic functional viscose fiber industry.

粘膠纖維屬再生纖維素纖維,早在20世紀(jì)初就實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。粘膠纖維具有與棉相近的吸濕性能,回潮率符合人體皮膚的生理要求,同時具有光滑涼爽、透氣、抗靜電等特性,目前已廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、非織造布等都領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,以粘膠纖維為基體的各種新型功能性粘膠纖維不斷開發(fā)成功,進一步拓展了粘膠纖維的應(yīng)用市場。

功能性粘膠纖維根據(jù)其功能可分為多種,如阻燃粘膠纖維、抗菌粘膠纖維、負(fù)離子粘膠纖維、遠(yuǎn)紅外粘膠纖維、相變粘膠纖維、抗紫外線粘膠纖維、導(dǎo)電粘膠纖維、高吸附粘膠纖維、醫(yī)用粘膠纖維、芳香粘膠纖維、離子交換粘膠纖維、石墨纖維等。

1阻燃粘膠纖維

1.1發(fā)展簡況

國外在20世紀(jì)50年代初就開始了阻燃粘膠纖維用助劑的開發(fā),瑞士Sandoz公司(現(xiàn)在的Clariant(科萊恩)公司)最早開發(fā)出了sandoflam5060 焦磷酸酯阻燃劑。隨著阻燃劑的開發(fā)成功,阻燃粘膠纖維的開發(fā)進入新階段,不斷有其他公司開發(fā)新的阻燃劑,并有幾家公司實現(xiàn)了阻燃粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。代表性產(chǎn)品有有奧地利Lenzing(蘭精)公司的Viscose FR纖維,德國Hoechest公司的Danufi L纖維,芬蘭Kemira公司(現(xiàn)在的Sateri(賽得利)公司)的Visil纖維,日本東洋紡的Polynosic阻燃粘膠纖維,法國Rhone – Poulenc(羅納普朗克)TF280阻燃粘膠纖維等。這些產(chǎn)品均達(dá)到紡織用要求,同時具有良好的阻燃效果。

國內(nèi)對阻燃粘膠纖維的開發(fā)比國外稍晚,在1990年前后出現(xiàn)一個高峰期,均采用sandoflam5060阻燃劑。但因該阻燃劑價格昂貴,而國內(nèi)生產(chǎn)的同類阻燃劑存在粒徑大、粒徑分布寬、阻燃劑分散液穩(wěn)定性差等問題,當(dāng)時最終沒有實現(xiàn)阻燃粘膠纖維的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。經(jīng)過最近十幾年的不斷努力,國內(nèi)新的阻燃粘膠纖維生產(chǎn)技術(shù)不斷涌現(xiàn),現(xiàn)已開發(fā)出了共混法、浸涂法等,這兩種方法,尤其是共混法,多選用焦磷酸酯類有機化合物制備粘膠纖維。

焦磷酸酯類阻燃劑在國內(nèi)尚處于開發(fā)完善期,質(zhì)量穩(wěn)定性相對較差,且價格較高,制約其實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在磷系阻燃粘膠纖維開發(fā)的同時,已有幾個公司進行了無機硅系阻燃粘膠纖維的開發(fā),該種纖維因阻燃劑價格低廉,且產(chǎn)品具有較好的阻燃性,根據(jù)其不耐堿及多次水洗的特性,適用于一次性防護用品及裝飾用品如床具、沙發(fā)的內(nèi)填充等。

1.2生產(chǎn)加工方式

1.2.1利用焦磷酸酯類阻燃劑

采用紡前注入方式,將阻燃劑加到粘膠中,充分混合,采用濕法紡絲,成形后進行處理,通過調(diào)整粘膠生產(chǎn)工藝,獲得具有良好物理機械性能的阻燃粘膠纖維。其生產(chǎn)工藝的難點是如何保證阻燃劑均勻穩(wěn)定地加入。

1.2.2利用硅系阻燃劑

采用紡前注入或在粘膠溶解過程中將阻燃劑溶液與粘膠進行混合后紡絲,同時調(diào)整粘膠及紡絲浴,采用濕法紡絲,在后處理過程中進行交聯(lián)處理,制得阻燃粘膠纖維。

1.2.3后整理法

后整理法大部分是對織物進行阻燃整理?；竟に囉熊埡姹悍?、涂布法、噴霧法、浸漬 – 烘燥法、有機溶劑法、氨熏法等。因其與粘膠纖維生產(chǎn)無關(guān),故不作詳述。

用焦磷酸酯類阻燃劑加工的阻燃粘膠纖維由于以傳統(tǒng)的粘膠為基體,因此制得的纖維具有傳統(tǒng)粘膠纖維的舒適性、吸濕透氣性及良好的可紡性,適合與多種阻燃纖維,如阻燃滌綸、芳綸、芳砜綸等混紡,用于作戰(zhàn)服、防護服、消防服、電工服及油田等特殊作業(yè)環(huán)境,其純紡產(chǎn)品也可用于老人及兒童內(nèi)衣;無機硅系阻燃粘膠短纖在家紡領(lǐng)域有較大應(yīng)用,低廉的價格使其特別適用于一次性消防防護用品及非織造布等中。但目前國內(nèi)用焦磷酸酯類阻燃劑生產(chǎn)的阻燃粘膠纖維仍存在阻燃劑脫落現(xiàn)象,影響其阻燃效果,限制了使用環(huán)境,而硅系非織造布用阻燃纖維在國內(nèi)市場較小,有待開發(fā)。

2抗菌粘膠纖維

2.1發(fā)展簡況

抗菌紡織品的開發(fā)源于20世紀(jì)四、五十年代,到80年代初期,開始出現(xiàn)抗菌纖維的開發(fā),主要是采用高分子改性技術(shù)和共混紡絲改性方法獲得抗菌效果,到90年代,日本生產(chǎn)的抗菌纖維制品居于世界領(lǐng)先地位,其中也包括抗菌粘膠纖維制品,采用的主要是銀系抗菌劑。Lenzing公司也在20世紀(jì)進行了抗菌粘膠纖維纖維的開發(fā),其產(chǎn)品為Modal Fresh纖維,該公司將使用在化妝品行業(yè)的抗菌劑SR98與其Modal纖維生產(chǎn)工藝結(jié)合,采用共混技術(shù)生產(chǎn)出了抗菌粘膠纖維,其抗菌性能通過了AATCC 14和瑞士SNV 195920標(biāo)準(zhǔn)的檢驗。國內(nèi)山東海龍集團生產(chǎn)的康泰絲纖維是將甲殼素與粘膠共混制成的具有抗菌效果的抗菌粘膠纖維。

2.2生產(chǎn)加工方式

抗菌粘膠纖維的生產(chǎn)方法主要有兩種,一種是將抗菌劑與粘膠混合,通過濕法紡絲制得纖維,另一種是采用后整理法使粘膠纖維獲得抗菌效果。從發(fā)展前景來看,共混法具有較好的前景。

抗菌劑種類較多,主要有無機系(一般是能與纖維配位的金屬系)、有機系(如有機硅樹脂的季銨鹽系等)以及天然物系等。無機系抗菌劑多采用共混法生產(chǎn)抗菌粘膠纖維,主要有氧化鈦系列、鋅系列、銅系列、銀系列化合物等。

無機抗菌劑的抗菌機理為:無機抗菌劑從纖維中緩慢溶出微量金屬離子,再擴散到細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi),通過破壞細(xì)胞的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),引起細(xì)菌代謝障礙而使其死亡,達(dá)到抗菌的目的。而有機系抗菌劑多為后整理抗菌劑,其抗菌機理是通過活性成分將帶有正電荷的基團靠靜電附著在微生物細(xì)胞表面的陰離子部位,以物化方式破壞細(xì)菌的表面結(jié)構(gòu),使細(xì)胞內(nèi)溶物泄露而死亡,達(dá)到抗菌效果。而天然物系抗菌劑包括綠芥末清油、芥末提取液和甲殼素等天然抗菌物質(zhì),這些天然物質(zhì)與粘膠混紡,存在于纖維中,利用其本身所具有的抗菌性,緩慢釋放,達(dá)到抗菌效果。如在酸性條件下,甲殼素殼聚糖分子中的氨基可轉(zhuǎn)化為銨鹽,吸附帶負(fù)電荷的細(xì)菌,破壞其細(xì)胞壁,從而阻礙其發(fā)育;同時殼聚糖可分解成低分子物,吸附細(xì)菌后,穿過微生物細(xì)胞壁進入細(xì)胞內(nèi)與細(xì)菌的DNA結(jié)合,形成穩(wěn)定的化合物,干擾了細(xì)菌的正常繁殖,達(dá)到抗菌目的。

抗菌粘膠纖維應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,包括服裝特別是運動衣、內(nèi)衣、襪子、床上用品、家紡用品、醫(yī)療衛(wèi)生材料等。

雖然抗菌粘膠纖維有較廣泛的應(yīng)用市場,但整體上發(fā)展較慢,原因主要有兩點:一是紡織品后整理獲得抗菌效果的成本遠(yuǎn)低于抗菌粘膠纖維的成本;二是尚未有理想的可與粘膠共混的抗菌劑。目前與粘膠共混的抗菌劑一般為無機系,因為粘膠為堿性體,而其紡絲過程為酸性體系,這為抗菌元素的選擇增加了難度。如在滌綸、丙綸體系中可應(yīng)用的鋅及氧化鋅系抗菌劑,在粘膠體系中相當(dāng)受限,必須對原有的鋅或氧化鋅系抗菌劑進行包覆,這樣抗菌劑的粒徑就很難達(dá)到與粘膠共混的要求。因此抗菌粘膠纖維要想得到發(fā)展,關(guān)鍵一點是要制得質(zhì)優(yōu)價廉能與后整理競爭的專用抗菌劑。

3其他功能性粘膠纖維

3.1負(fù)離子粘膠纖維

負(fù)離子粘膠纖維是將能夠產(chǎn)生負(fù)離子的原料與粘膠共混,采用濕法紡絲制得。功能性微粉鑲嵌到纖維中,其制品在使用過程中不斷激發(fā)產(chǎn)生負(fù)離子功效,達(dá)到保建和廣譜抗菌效果。目前已開發(fā)出電氣石法、奇冰石法粘膠負(fù)離子功能纖維。

負(fù)離子粘膠纖維同時擁有負(fù)離子所具有的優(yōu)點與粘膠纖維的特性,因此具有較廣泛的應(yīng)用市場,可應(yīng)用在家紡、服裝、汽車內(nèi)飾及醫(yī)療用品等中。此外,該纖維也可作為空氣和水處理的過濾材料,尤其是空調(diào)的空氣過濾材料和家用飲水機的濾芯。

3.2相變粘膠纖維

相變粘膠纖維是利用物質(zhì)相變過程中釋放或吸收潛熱、溫度保持不變的特性開發(fā)的一種蓄熱調(diào)溫功能粘膠纖維。將相變材料采用特殊的工藝加入到粘膠中,與粘膠共混,采用濕法紡絲制得纖維,相變材料在纖維中保持了其特性,利用其固 → 液、液 → 固的相變,在不同環(huán)境溫度下表現(xiàn)出不同的吸、放熱功能,并且保持溫度相對恒定,獲得具有良好調(diào)溫功能的功能性粘膠纖維。

相變材料有無機、有機、復(fù)合之分。無機類主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等;有機類主要包括石蠟、醋酸和其他有機物。近年來,復(fù)合相變儲熱材料應(yīng)運而生,它既能有效克服單一無機物或有機物相變儲熱材料的缺點,又可改善相變材料的應(yīng)用效果,并拓展其應(yīng)用范圍。

美國Outlast公司生產(chǎn)各種相變纖維,其中就包括相變粘膠纖維。國內(nèi)河北吉藁化纖有限責(zé)任公司與北京巨龍博方科技研究院合作,成功開發(fā)了被稱為“絲維爾”的相變纖維。相變粘膠纖維作為服裝面料,在冬季具有較好的保暖功能,夏季能較好地吸收人體產(chǎn)生的熱量,使體表溫度較恒定,達(dá)到?jīng)鏊哪康摹?/p>

3.3珍珠粘膠纖維及珍珠負(fù)離子纖維

珍珠粘膠短纖維和珍珠負(fù)離子纖維是最近幾年開發(fā)成功的功能性粘膠纖維,是將珍珠粉單獨或與負(fù)離子粉以一定的配比進行研磨達(dá)到納米級,采用特殊工藝制成漿料后通過紡前注入加入到粘膠中,采用共混紡絲制得。經(jīng)檢測,珍珠粘膠短纖維富含多種氨基酸,具有遠(yuǎn)紅外線發(fā)射和抗紫外線功能,而珍珠負(fù)離子粘膠纖維在具有上述功能的同時還具有激發(fā)負(fù)離子的功能,具有良好的發(fā)展空間。

3.4高吸附粘膠纖維

高吸附粘膠纖維有兩種:一種是粘膠基活性炭纖維,是將粘膠纖維經(jīng)高溫碳化、活化后形成的一種新型高效吸附材料,與粒狀活性炭相比具有比表面積大、細(xì)孔發(fā)達(dá)、吸附性高、脫附速度快、可反復(fù)使用等特點;另一種是將具有吸附功能的材料加入到粘膠中,與粘膠共混紡絲制得的纖維,目前常用的吸附材料為納米級竹炭和椰殼炭,竹炭粘膠纖維和椰殼炭粘膠纖維都屬于高吸附性粘膠纖維。

粘膠基活性炭纖維一般用于過濾和吸附材料,如空氣過濾器的濾芯、空氣污染物的吸附脫除材料、飲用水或工業(yè)水處理過程中的凈化材料。而竹炭粘膠纖維和椰殼炭粘膠纖維的應(yīng)用則更廣泛,它們具有良好的紡織性能,可應(yīng)用于家紡、服裝、醫(yī)療、礦山防護以及車、船、飛機等交通工具的內(nèi)飾中,達(dá)到凈化空氣、去臭除味的目的。

4結(jié)語

功能性粘膠纖維具有粘膠纖維的特點同時又擁有了某種功能,因此具有良好的應(yīng)用和市場前景,但國內(nèi)功能性粘膠纖維的開發(fā)任重而道遠(yuǎn)。如阻燃粘膠纖維特別是紡織用阻燃粘膠纖維與國際一流產(chǎn)品仍有較大差距,不能實現(xiàn)真正替代進口;而抗菌粘膠纖維雖有很大的應(yīng)用市場,但除Lenzing公司形成產(chǎn)品外,國內(nèi)的開發(fā)仍停留在小試階段。

功能性粘膠纖維的開發(fā)瓶頸,一是功能性材料的品質(zhì),如粒徑、分布、分散性、與粘膠的相容性等;二是如何準(zhǔn)確均勻地將功能性材料與粘膠共混;三是功能性材料與粘膠纖維結(jié)合的牢度。另外,如何解決有機類功能性材料與粘膠本體的結(jié)合性也是許多功能性粘膠纖維開發(fā)的重點。

參考文獻

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