漿粕質(zhì)量對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響分析

王宏元

（南京化纖股份有限公司，江蘇 南京 211511）

進(jìn)入新時(shí)期后，由于石油資源逐漸枯竭以及人們對環(huán)保、自然、健康理念的崇尚，再生纖維素纖維這種對環(huán)境污染極低的材料受到了更多重視。本研究探索漿粕質(zhì)量對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，分析何種漿粕質(zhì)量最適宜進(jìn)行Lyocell纖維生產(chǎn)，以此提升Lyocell纖維的應(yīng)用效果并拓展其應(yīng)用范圍。

1 Lyocell纖維國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用前景

在20世紀(jì)60年代末期，國外相關(guān)研究單位在Lyocell纖維方面取得了較大突破。我國由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱以及相關(guān)人才缺乏，直至80年代才有條件進(jìn)行研究。由于研究較晚，我國Lyocell纖維的產(chǎn)能、質(zhì)量相比于發(fā)達(dá)國家還有較大的差距。

目前，國內(nèi)除了保定天鵝、南京金羚、江蘇金榮泰、新鄉(xiāng)化纖、吉林化纖、湖北金環(huán)外，還有數(shù)家公司緊跟其后，如賽得利、宜賓絲麗雅等。國產(chǎn)Lyocell纖維產(chǎn)能可以突破50萬t/a。國產(chǎn)Lyocell纖維質(zhì)量缺陷較為明顯，即在強(qiáng)度、疵點(diǎn)及質(zhì)量穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大的差距。影響Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的因素較多，而原材料質(zhì)量是關(guān)鍵因素。表1為Lyocell纖維項(xiàng)目投入規(guī)劃。

表1 Lyocell纖維項(xiàng)目投入規(guī)劃

2 漿粕質(zhì)量對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.1 漿粕雜質(zhì)對Lyocell纖維的影響

制作Lyocell纖維所用的原材料主要源于天然木材，主要成分包括礦物質(zhì)（銅、鐵以及相關(guān)金屬化合物）、有機(jī)可提取物（可揮發(fā)性油類、樹脂等系列低分子物質(zhì)）、木質(zhì)素（比如芳香族化學(xué)物質(zhì)等）、半纖維素與纖維素等。漿粕成分主要包括纖維素以及半纖維素，其中，一些雜質(zhì)成分會在制漿進(jìn)程中逐步被消除，但還會有一部分殘留，這部分殘留雜質(zhì)會對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

2.2 有機(jī)可提取物

漿粕在制造過程中會殘留部分有機(jī)可提取物，如樹脂等。由于其本身屬于低分子物質(zhì)，在原液過濾時(shí)，難以將其有效去除。在原液紡絲成型時(shí)，一部分低分子物質(zhì)也會進(jìn)入紡絲浴中，其在溶劑本身的凈化系統(tǒng)中也難以消除。溶劑的反復(fù)循環(huán)利用會使其不斷累積，原液的可紡性會逐漸降低，紡絲浴中也會有泡沫產(chǎn)生，影響Lyocell纖維紡絲工藝，進(jìn)而影響成品質(zhì)量。針對漿粕中的可提取物，可選擇一些復(fù)合酶進(jìn)行對應(yīng)的處理工作[1]。

2.3 金屬離子

木材中帶有部分礦物質(zhì)—金屬離子，如鐵、銅等，雖然含量極低，但對生產(chǎn)的影響較大。微量的金屬離子會加速纖維素的分解，降低纖維素的聚合度，降低成品的強(qiáng)度。同時(shí)，這些有害的金屬離子也是纖維素溶劑NMMO的分解催化劑，含量超標(biāo)后，會加速溶劑的分解。纖維素和溶劑的分解過程是一個(gè)放熱反應(yīng)，若失控，嚴(yán)重的話會引發(fā)爆炸事故，造成嚴(yán)重的損害。針對這種情況，相關(guān)生產(chǎn)管理人員可在漿粕生產(chǎn)過程中增加一道工序，比如選擇加入對應(yīng)的化學(xué)試劑，如Na3PO4，其本身能夠吸附殘留的金屬離子，形成絡(luò)合離子，再通過洗滌將其分離出來；同時(shí)，還可選擇一些能夠去除金屬離子的設(shè)備或者工藝，皆能達(dá)到較好的效果[2]。

3 漿粕的溶解工藝

Lyocell生產(chǎn)工藝為：用NMMO溶解纖維素漿粕，制成紡絲原液，在紡絲成型后處理。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的溶解方式包括兩種：干法工藝和濕法工藝。干法工藝方式即直接將干漿粕粉碎，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%左右的NMMO溶液溶解，制得原液；濕法工藝方式即先通過水來溶解、分散漿粕，經(jīng)過壓榨粉碎后，與高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NMMO溶液混合，使其充分溶脹、溶解。濕法工藝在后期蒸發(fā)和溶解的過程中，需蒸發(fā)出大量的水分，因此，會有較高的耗能。但通過壓榨粉碎，會提高纖維素漿粕的均勻性和反應(yīng)活性，提高纖維素的溶解效率，同時(shí)，也可以提升原液本身的均勻性，對紡絲的穩(wěn)定性和成品質(zhì)量有積極的作用[3]。

4 漿粕的聚合度和結(jié)晶度

纖維素漿粕本身的性質(zhì)也會對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響，比如聚合度、結(jié)晶度等。一般情況下，纖維素漿粕的聚合度越高，纖維素的結(jié)晶度越高，NMMO與水就越難進(jìn)入漿粕內(nèi)部，溶脹的效果也會變差。因此，纖維素結(jié)晶度偏低、聚合度處于正常水平的漿粕品種，更適宜作為Lyocell纖維工藝的原材料。通常認(rèn)為，聚合度較高的漿粕可以制成高強(qiáng)度的纖維，當(dāng)其聚合度較低時(shí)，成品的耐疲勞性能、耐磨性、強(qiáng)力等都會降低。研究表明，聚合度低于200、高于1200的漿粕含量越高，纖維素紡絲溶液的過濾性能就會越差。Lyocell纖維與黏膠纖維相比有著較高的強(qiáng)度，對漿粕的聚合度要求相對較高。但若漿粕的聚合度過高，就會使得纖維素在溶解時(shí)難以取得理想的效果，Lyocell纖維生產(chǎn)就會受到影響。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Lyocell纖維的聚合度在500~600時(shí)，成纖強(qiáng)度將不再隨著聚合度的提升而提升。因此，考慮到漿粕在NMMO中溶解是部分降聚，可將漿粕原料的聚合度控制在700左右，以制得可紡性較好的纖維素溶液和強(qiáng)度較高的成品纖維[4]。

5 漿粕的半纖維素含量

漿粕中的半纖維素含量也會對Lyocell纖維的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。在經(jīng)典的黏膠工藝中，半纖維素在堿液浸漬過程中會發(fā)生溶解流失，纖維成品中的纖維素得率相對偏低。在Lyocell工藝中，使用NMMO溶劑進(jìn)行漿粕溶解，半纖維素與纖維素會溶解成紡絲原液，在紡絲時(shí)，會析出成型，半纖維的損失可忽略不計(jì)。在合理范圍內(nèi)，半纖維素含量較高的漿粕更加易于溶解，溶解條件也較為溫和，具有更好的溶解效果。此外，應(yīng)用半纖維素含量較高的漿粕制作而成的紡絲原液具有更好的過濾性能，進(jìn)而有更佳的可紡性，能夠提高Lyocell成品纖維的質(zhì)量。另外，用半纖維素含量較高的漿粕制作而成的Lyocell纖維具有更高的染色性能，且制成的原液黏度更低。因此，可適當(dāng)增加紡絲原液的纖維素含量，提高生產(chǎn)效率。

6 漿粕質(zhì)量穩(wěn)定性

在生產(chǎn)漿粕時(shí)，若同批次產(chǎn)品因工藝參數(shù)或者原材料出現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)，不同批次間的漿粕質(zhì)量也會有差異，漿粕質(zhì)量的穩(wěn)定性會對Lyocell纖維生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。比如當(dāng)漿粕的聚合度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，會使纖維素溶脹發(fā)生變化，使纖維素的溶解時(shí)間和黏度等產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致原液質(zhì)量不均勻，影響其可紡性，造成Lyocell纖維成品的質(zhì)量波動(dòng)。

7 結(jié)語

漿粕質(zhì)量對Lyocell纖維生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的影響。本研究對漿粕的有機(jī)可提取物、金屬離子含量、聚合度、結(jié)晶度、半纖維素含量、質(zhì)量穩(wěn)定性及溶解工藝等進(jìn)行了探討，總結(jié)出適宜進(jìn)行Lyocell纖維生產(chǎn)的漿粕質(zhì)量，對Lyocell纖維生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有一定的參考意義。