第二章 再生纤维素纤维

第一节 概述

纤维素是自然界赐予人类最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是可再生的资源。自古以来，人们就懂得用棉花织布及用木材造纸，但直到1838年，法国科学家安斯姆佩恩（Anselme Payen）对大量植物细胞经过详细分析发现它们都具有相同的一种物质，他把这种物质命名为纤维素（Cellulose）。据科学家估计，自然界通过光合作用每年可产生几千亿吨的纤维素，然而，只有大约60亿吨的纤维素被人们所使用。纤维素可以广泛应用于人类的日常生活中，与人类生活和社会文明息息相关。利用纤维素生产再生纤维素纤维是纤维素应用较早和非常成功的应用实例。早在1891年，克罗斯（Cross）、贝文（Bevan）和比德尔（Beadle）等首先制成了纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的黏度很大，故命名其为“粘胶”。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出，1893年由此发展成为一种最早制备化学纤维的方法。1905年穆勒（Mueller）等发明了稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，使粘胶纤维的性能得到较大改善，从而实现了粘胶纤维的工业化生产。这种方法得到的再生纤维素纤维就是人们至今一直应用的粘胶纤维。

目前，再生纤维素纤维的生产方法具体有以下几种：

（1）粘胶法：粘胶纤维。

（2）溶剂法：铜氨纤维、莱赛尔（Lyocell）纤维等。

（3）纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维素氨基甲酸酯（Cellulose Carbamate）纤维。

（4）闪爆法：新纤维素纤维。

（5）熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维。

环境友好并可工业化生产的有生产第三代纤维素纤维的N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）法和CC法。但是，目前纤维素纤维的主要生产方法还是以粘胶法为主，产量占90%以上。所以，本书主要介绍粘胶纤维。

粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量巨大、用途广泛的化学纤维，据其结构和性能划分的品种如表2-1所示。

据有关统计，1972～1973年，世界粘胶纤维产量达到324万吨/年，到2002年降至200多万吨，随着绿色工艺生产的莱赛尔（Loyocell）纤维的出现，使得纤维素纤维又一次受到人们的重视，2005年纤维素纤维总产量又回复到330万吨，约占化学纤维总产量的10%，2012年世界纤维素纤维（含醋酯长丝和铜氨长丝）的生产量为352万吨，占世界纤维总生产量的4.59%。新中国成立后，粘胶纤维的生产才刚刚起步，随后得到迅速发展，先后建成了近50家中小型粘胶纤维厂，遍及全国20多个省、市、自治区，进入21世纪，由于受环境和规模经济效益等问题的影响，一些小厂相继关闭，生产企业减少，生产规模扩大，并大量向西部地区（新疆）转移，其产量又得到较大发展，到2005年粘胶纤维总产量达到110多万吨，2010年后产能进一步扩大，2012年产能达到200多万吨，产量一直位居世界第一，在粘胶纤维中，短纤维的产量约占80%，其余是粘胶长丝。除普通品种外，改性粘胶纤维也有生产。在改进生产设备及生产工艺方面，都取得了明显成就。

表2-1 粘胶纤维的品种

20世纪70年代，由于合成纤维的兴起及自身“三废”问题的影响，粘胶纤维的发展处于停滞状态，但因它与合成纤维具有各自的优缺点，故在化学纤维中仍占有不可忽视的地位。粘胶纤维虽然湿强低，织物易变形产生褶皱，但其具有吸湿性好、透气性强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工和可以生物降解等优良性能，恰好可以弥补合成纤维的不足。所以，粘胶纤维与合成纤维按一定比例混纺或交织，可相互取长补短，提高织物的服用性能。

合成纤维的主要原料是不同地质时期形成的石油、煤、天然气，这些原料的储藏量虽然很大，但消耗量大，而且实际上是难以再生的。据专家预测，地球上的石油资源到本世纪中叶将要耗尽。而粘胶纤维的原料——纤维素来自植物资源，储备量很大，而且有巨大的再生量（100亿～1000亿吨/年）。只要有阳光和水，树木和含有丰富纤维素的植物及农作物就能不断生长，这些原料目前只有极少一部分被粘胶纤维工业所利用。随着科学技术的发展，可被利用的植物将逐步增多。因此，粘胶纤维原料的丰富、易得，为其发展提供了可靠的保障。

通过各种方法对粘胶纤维进行改性，可以制得兼有粘胶纤维、合成纤维优良性能和特殊功能的纤维素纤维，从而又促进了粘胶纤维的进一步发展。

此外，开发环境友好型非粘胶法纤维素纤维绿色生产工艺受到国内外专家的普遍关注，如寻找少毒或无毒纺丝工艺；建立完善的回收体系；对“三废”进行综合治理；改造生产设备，提高生产自动化、连续化。这些可使纤维素纤维的生产更具活力。其中，溶剂直接溶解纤维素、纺制纤维素纤维的研究，从根本上改革粘胶体系并解决“三废”污染问题，这一生产工艺已在国外实现了工业化，这将是纤维素纤维工业的发展方向，也是纤维素纤维工业的重大变革。