新型再生纖維素纖維的性能分析與鑒別

荊妙蕾 陳佳麗

(天津工業(yè)大學紡織學院，天津，300387)

1 新型再生纖維素纖維概述

天然纖維已有幾千年的發(fā)展歷史，但自然界的資源是有限的，而可以為人們所使用的天然纖維素纖維更是有限的。因此，人們開發(fā)出了化學纖維，一定程度上緩解了資源緊缺的局面。隨著對化學纖維研究的深入，發(fā)現(xiàn)在其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生很多廢棄物，不符合現(xiàn)代社會的環(huán)保要求。現(xiàn)在人們對生活質量的要求越來越高，社會需求也正往綠色環(huán)保方向發(fā)展，綠色紡織品必然會成為大眾需求。與有限的天然纖維相比，纖維素資源豐富、可再生、具有可持續(xù)性，纖維素可重復循環(huán)使用、綠色環(huán)保。作為紡織纖維，纖維素纖維具有良好的吸濕性、穿著舒適性，是21世紀最理想、最有前途的紡織原料之一。

1.1 纖維市場現(xiàn)狀

目前內(nèi)衣、家紡、襯衫市場上使用較多的纖維有純棉、莫代爾、黏膠，竹漿纖維因其獨特的抗菌性能也有一定的影響力。用這些纖維制成的產(chǎn)品各有不足，純棉存在越洗越硬、易褪色的缺點;莫代爾雖然光滑柔軟、色澤亮麗，但是易起毛起球，不挺括;人造纖維中90%是黏膠纖維，黏膠纖維雖然以天然纖維為原料，但是強力低、不耐用，并且在生產(chǎn)過程中會排放大量的廢水廢氣，尤其是鋅的排放對淡水植物、浮游生物都有強烈的毒害，在發(fā)達國家屬于限產(chǎn)停產(chǎn)行業(yè);竹漿產(chǎn)品也存在一些問題，如縮水率高、強力低、手感生澀，用化學方法制造，生產(chǎn)過程對環(huán)境有污染。在這樣的背景下，Lyocell、里奧竹纖維等新一代綠色再生纖維素纖維應運而生［1］。

1.2 再生纖維素纖維的發(fā)展

再生纖維素纖維是指用麻、木材、竹類、棉短絨、海藻、甘蔗渣等天然纖維素物質制成的纖維。再生纖維素纖維的發(fā)展有三個階段:第一階段以普通黏膠纖維為代表;第二階段以高濕模量黏膠纖維為代表;第三階段為環(huán)保綠色再生纖維素纖維，最具有代表性的有 Lyocell、Modal、里奧竹纖維等［2］。本文對棉、黏膠、Modal、Lyocell、竹漿纖維、里奧竹纖維的結構特征進行簡單的分析和鑒別。

2 新型纖維素纖維的結構與性能

纖維結構上的差異必然會反映在性能上，下面對各種纖維素纖維的結構與性能進行簡單的分析。

表1為棉與幾種再生纖維素纖維的性能指標。從表1中可以看出:在同樣線密度的情況下，Lyocell與里奧竹纖維的干濕斷裂強度最好，Modal纖維其次，黏膠纖維的濕斷裂強度最低。這主要與纖維的結構(結晶度、聚合度等)有關，結晶度越高，纖維中的分子排列越規(guī)整，縫隙孔洞少，分子間結合力越強，纖維的斷裂強度、初始模量就越高，但伸長率降低［3］。

表1 棉與幾種再生纖維素纖維的性能指標

2.1 黏膠纖維

黏膠纖維的化學組成與棉纖維相似，但聚合度比棉低得多，取向度低，結晶度較小，結構中的空隙含量比棉大［4］，截面呈現(xiàn)出不規(guī)則的鋸齒形，有明顯的皮芯結構。這使得黏膠纖維吸濕性好、易染色、色譜全、色澤艷、染色牢度好，但黏膠纖維的缺點是濕強度低、初始模量低、彈性恢復性差、織物易變形起皺。由于黏膠纖維濕模量低，在濕態(tài)下纖維快速溶脹，纖維的斷裂強度明顯下降，在較小的負荷下便開始伸長。因此，織物洗滌時很容易變形，干燥后強烈收縮，尺寸很不穩(wěn)定［5］。

2.2 Modal纖維

Modal纖維是一種新型再生纖維素纖維，屬于變化型高濕模量纖維，原料為中歐森林中的山毛櫸木漿粕。該纖維的濕度損失約為40%，斷裂伸長率較小，纖維的大分子聚合度為2 500～4 000，其干強比棉和黏膠纖維好，濕強與棉纖維相近［6］。因此Modal纖維具有合成纖維的一些優(yōu)異性能，如較高的干、濕強力和韌性，良好的吸濕溶脹性能，輕柔、滑順［7］。此外，Modal纖維的濕強度高、濕伸長率低的特性使得該纖維制成的織物在服用時具有較好的尺寸穩(wěn)定性。

2.3 Lyocell纖維

Lyocell纖維的開發(fā)是再生纖維素纖維生產(chǎn)中的一次重大突破，其制造工藝綠色環(huán)保，生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品可循環(huán)利用。Lyocell纖維是其商品名稱，在我國稱其為天絲［8］。Lyocell纖維是采用干濕法紡制的再生纖維素纖維，以N-甲基氧化嗎啉(NMMO)—H2O為試劑。該纖維集合成纖維和天然纖維的優(yōu)點于一體，并且還為其紡織品提供了一些特定的優(yōu)異性能［9］。Lyocell纖維是在空氣中進行牽伸的，因此其分子取向性好，分子排列的緊密程度高，纖維中縫隙孔洞少［10］。但正因為Lyocell纖維結晶度高，故纖維較脆，這是值得進行深入研究的課題。Lyocell纖維既有滌綸的“韌性”、毛的“豪華美感”、棉的“舒適性”，又有真絲的“光滑觸感”及“柔軟墜感”，無論在干或濕的狀態(tài)下，均極具韌性。此外，該纖維還具有原纖化特性，此特性經(jīng)過一些處理后可獲得獨特的桃皮絨風格［11］，但若利用不當則會變成缺點，易起毛起球。

2.4 里奧竹纖維

Lyocell纖維的原料是木漿(少量棉短絨)，由于木材受到土地資源、自然條件、生長周期等因素的約束，已不能滿足生產(chǎn)的需求，尋求新型的資源迫在眉睫。我國是世界產(chǎn)竹大國，且竹子的主要成分是纖維素，其分布廣泛，成材迅速，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。竹纖維的一個獨特之處是具有天然殺菌性，在服用時不會對皮膚造成過敏性反應。通過顯微鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)棉纖維成網(wǎng)狀結構，而竹纖維則多呈縱向伸展，更奇特的是，其橫截面布滿了橢圓形的空隙［12］。上海里奧纖維企業(yè)發(fā)展有限公司開發(fā)出用溶劑紡絲法生產(chǎn)的竹Lyocell纖維，將其命名為里奧竹纖維。里奧竹纖維的橫截面基本呈橢圓形，布滿了大小不等的圓形空隙，縱面光滑無溝槽，手感光滑，光澤度好，是一種高結晶度、高取向性、全芯結構的纖維素纖維。因而吸水性比棉強，能快速蒸發(fā)水分，被稱為“可呼吸的纖維”。從表1中可以看出，里奧竹纖維的力學性能可與天絲媲美。里奧竹纖維的原料為竹漿，因此其還具有天絲不具備的抗菌、防螨、抗紫外線等性能。

3 新型纖維素纖維的鑒別

由于再生纖維素纖維有許多相似的性能，所以鑒別時存在一定的難度。纖維的生成和加工工藝不同必然會導致這些纖維在結構上有所差異，本文對這些纖維進行了鑒別。顯微鏡觀察法、燃燒法、溶解法、藥品著色法是最為常用的鑒別方法［13］，但在用藥品著色法鑒別纖維時，會發(fā)現(xiàn)顏色區(qū)別不是特別大，容易受人為因素的影響，如水洗程度等，所以必須重復驗證，且需要熟練技術，這里不建議使用此鑒別方法。

3.1 燃燒法

燃燒法的試驗原理:利用纖維燃燒時、燃燒后的不同現(xiàn)象來區(qū)分纖維種類［14］。有些纖維的化學組成相似，如棉、黏膠、Modal、Lyocell等，故用燃燒法來鑒別這些纖維具有一定的難度，但還是可以通過纖維在燃燒時的冒煙及灰燼方面的不同來進行區(qū)分。燃燒法可以作為預備試驗，用以鑒別纖維素纖維。試驗結果見表2。

燃燒這些纖維，接近火焰時，可以直接分辨出竹漿纖維，棉與黏膠、Modal現(xiàn)象相近，Lyocell與里奧竹漿相近;在火焰中，Modal會有少量白煙;離開火焰后，棉迅速燃燒，黏膠繼續(xù)燃燒，而Lyocell則停止燃燒;Lyocell的灰燼為黑色絮狀粉末，而里奧竹的灰燼為淺灰色。由此，可以分辨出這些纖維。

表2 各種纖維燃燒時及燃燒后的特征

3.2 溶解法

溶解法的試驗原理:利用各種纖維在不同化學溶劑中不同溫度下的溶解特性來確定纖維品種。試驗結果如表3所示。

表3 各種纖維的溶解情況

一般的再生纖維素纖維耐堿性好，而耐酸性則結果不一。如里奧竹纖維的耐酸性比Modal好，但不及天絲和棉。

3.3 顯微鏡觀察法

顯微鏡觀察法的試驗原理:使用顯微鏡觀察，根據(jù)纖維縱向和橫截面形態(tài)的差異來鑒別纖維。現(xiàn)對棉、黏膠、Modal、Lyocell、竹漿、里奧竹纖維的形態(tài)進行對比，試驗結果如表4所示。

圖1為里奧竹、Lyocell、黏膠、竹漿纖維的橫截面形態(tài)。

表4 纖維的形態(tài)

4 結語

資源豐富、可再生、環(huán)保是再生纖維的優(yōu)勢，再加上采用的是新型溶劑型制造工藝，注定了再生纖維素纖維將會繁榮發(fā)展，為紡織業(yè)的發(fā)展帶來了新的希望。充分利用再生資源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，具有深遠的社會意義。根據(jù)各種纖維獨有的性能及特點，將它們與其他纖維如棉、羊絨、麻等混紡，可開發(fā)出風格各異的紡織品，擴大市場的需求，提高我國紡織品在世界的地位，具有巨大的經(jīng)濟效益。

再生纖維素纖維從普通黏膠纖維、高濕模量黏膠纖維，到當今流行的Modal纖維和Lyocell纖維，纖維性能得到了很大的改進。這些纖維不僅性能優(yōu)良，而且使傳統(tǒng)生產(chǎn)中的環(huán)境污染問題得以解決。相信在不久的將來，一定會有更多具有優(yōu)異性能的新型再生纖維素纖維面世，以滿足人們不斷增長的需求。

圖1 纖維的橫截面形態(tài)(SEM)

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