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国内外产业用粘胶纤维的发展

国内外产业用粘胶纤维的发展

摘要:粘胶纤维作为重要的再生纤维素纤维,其世界产量在过去的15年里一直呈上升趋势。目前,粘胶纤维的绝大多数产能仍应用在民用纺织品领域,产业用应用领域产能正逐步增加,差别化粘胶纤维品种也在逐步增多。本文介绍几种产业用粘胶纤维的国内外发展情况。
关键词:粘胶纤维;产业用;发展
中图分类号:TQ341+.1
文献标志码:A
The Development of Viscose Fiber for Technical Textiles at Home and Abroad
Abstract: As an important regenerated cellulose fiber, the output of viscose fiber has been rising over the past 15 years. At present, most of viscose fiber production capacity serve the production of general-purpose textiles; however, the capacity that serve the production of technical textiles are increasing and viscose fibers are increasingly differentiated and diversified. The development of several kinds of viscose fibers for technical textiles available at home and abroad is introduced in the article.
Key words: viscose fiber; technical textiles; development
粘胶纤维是最早应用于产业用纺织品领域的化学纤维之一,但在工业化生产后的很长一段时间里,粘胶纤维产品除少量用于轮胎帘子线以外,很少涉足产业用纺织品领域。直到20世纪70年代,粘胶纤维的应用领域才逐步扩大。然而,其在产业用方面一度受到合成纤维的冲击,但由于性能独特始终无法被合成纤维所取代。如今,新生产工艺及相关标准的日趋成熟,将为产业用粘胶纤维的开发带来新的思路。目前,国内外产业用粘胶纤维的应用主要包括以下几个方面。
1粘胶帘子线
帘子线占轮胎质量的14%左右,主要的纤维原料有聚酯、聚酰胺、芳纶、粘胶、聚萘二甲酸乙二酯、钢丝等。粘胶帘子线是最早的化学纤维帘子线,相比目前应用较多的聚酯、尼龙帘子线,粘胶帘子线在耐热性、尺寸稳定性等方面具有突出的性能,如表1所示。粘胶帘子线以纤维素为原料,与橡胶的粘合性好,纤维无熔点,比聚酯等的热稳定性好;且高温时的弹性模量较高,适用于高速运行时操纵稳定型轮胎。另外,粘胶帘子线具有良好的尺寸稳定性和低蠕变性。但由于原料是纤维素浆粕,帘子线用高强粘胶纤维的强度和模量仍相对较低,耐疲劳性不如合成纤维;且成本高,环境污染问题尚未根本性解决。
鉴于粘胶帘子线生产中的污染问题,发达国家粘胶产量早已大幅度缩减,现在世界上只有几家企业生产粘胶帘子线。CenturyTextile&IndustriesLtd.已宣布,孟买近郊Kalyan粘胶厂的轮胎帘子线用原丝生产暂时停止。Accodis公司加强了对新型环保高强纤维素纤维轮胎帘子线的研究,美国的一些大公司也有此动向。我国也做了相关研究。

由于我国工业用粘胶长丝的生产设备先天不足,产品质量欠佳,自1996年起已不再生产粘胶帘子线,国内使用粘胶帘子线的桦林、威海、青岛黄海、银川等厂家相继停止使用粘胶帘子线,改用聚酯、聚酰胺帘子线。目前我国只通过边贸从俄罗斯少量进口强力粘胶帘子布或线绳。
2阻燃粘胶纤维
易燃是粘胶纤维的缺点之一,给其应用带来阻碍。普通粘胶的极限氧指数(LOI)为19%左右,接触火焰后直接燃烧,离开火源后继续燃烧,燃烧速度快且无余灰。
20世纪50年代初国外公司就开始了阻燃粘胶纤维用助剂的开发,主要是氮、磷、硫、卤素的化合物,其中以磷系阻燃剂居多。环状二硫代焦磷酸酯(DDPS)是一种应用较多的阻燃剂,最早由瑞士Sandoz公司合成,商品名为Sandoflame5060。该阻燃剂对纤维素纤维有良好的阻燃性,多年来一直广泛应用于粘胶纤维的阻燃;芬兰Kemira纤维厂开发出一种新型含硅酸的阻燃粘胶纤维,商品名为Visil,纤维质地柔软,且容易染色;德国Hoechst公司开发的阻燃粘胶纤维DanufiL,是以不含卤素的有机磷作阻燃剂以很细的分散形式直接加到纺前粘胶液中,LOI值为27%。另外,奥地利兰精公司的Viscose FR纤维、日本东洋纺的Polynosic阻燃粘胶纤维、法国Rhone-Poulenc TF 280阻燃粘胶纤维等都是具有代表性的阻燃粘胶纤维。
我国对阻燃粘胶纤维的研究最早可追溯到20世纪70年代末,当时国际上粘胶纤维工业正在复苏。21世纪初的研究主要围绕 3 种添加型阻燃剂展开,分别是焦磷酸酯类阻燃剂、聚硅酸类阻燃剂和磷腈衍生物阻燃剂。近几年接枝改性成为研究重点,长春工业大学、天津工业大学、吉林化纤股份有限公司、东华大学、浙江恒逸集团有限公司等多家企业和高校都在此方面做了研究,经整理的阻燃粘胶LOI值大部分在30%左右,但或多或少对粘胶纤维强度有影响。
目前,国际主流阻燃粘胶纤维都能达到较好的阻燃效果,但国内外阻燃粘胶纤维普遍存在强度下降的问题。我国自主开发的阻燃剂无大规模应用,总体说来仍有很大的发展空间,未来开发的阻燃纤维应以在不损坏纤维性能的情况下满足阻燃性能为目标,同时,生产工艺和产品应符合环保、健康的要求。
3抗菌粘胶纤维
抗菌粘胶纤维广泛应用于民用纺织品,产业用方面主要体现在医用领域,如非织造布手术服、非织造布衬、口罩、创伤贴、吸水垫等。抗菌粘胶的制备方法主要有后处理法和混胶纺丝法两种。后处理法,即表面处理技术,具有工艺操作简单、易控制等特点,且抗菌剂大多分布在粘胶纤维表面,抗菌效果明显,但由于抗菌物质与纤维相互间作用力弱,耐洗牢度差,抗菌性能不持久。混胶纺丝法(又叫共混法)是将抗菌整理剂混入纺丝原液中,通过常规纺丝方法直接制备出抗菌粘胶纤维。此方法工艺流程长,且有效抗菌成分大量分散于纤维内部,抗菌效果不如后处理法明显,但制备出的抗菌纤维具有长效耐久的抗菌效果。从发展前景来看,混胶纺丝法具有较大的优势。
抗菌粘胶纤维的制备主要在于抗菌剂的选择。近20年来,国内外加工抗菌纺织品所使用的抗菌剂按成分结构可分为无机、有机和天然抗菌剂三大类。有机抗菌剂种类繁多,是目前应用最广泛的抗菌剂。但部分有机抗菌剂因潜在的毒性而在特定的领域被禁用。无机抗菌剂中以银离子的抗菌性及安全性最好,且具有防螨、防霉、防蛀等特殊效果,应用广泛。在美国,载银医用敷料占市场份额的70%,而国内载银抗菌粘胶纤维尚处于起步应用阶段。近年来,天鹅化纤集团有限公司使用纳米银抗菌剂混入粘胶中,成功地开发出纳米银抗菌粘胶长丝,项目已通过河北省技术鉴定;张家港耐尔纳米科技有限公司采用自主研发的耐尔纳米银溶液,通过浸渍法制备了医用载银粘胶纤维,据称对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌具有优异的抗菌性能。另外,国内对复合抗菌剂及季铵盐型抗菌粘胶纤维的制备也有研究,如中山大学王雪等利用接枝改性法制备了季铵盐型抗菌粘胶纤维,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的杀灭率可达到99.99%,且耐洗性良好。随着人们安全意识的增强,壳聚糖等天然抗菌剂也越来越受到人们的关注。
4导电粘胶纤维
导电纤维的制造方法包括添加法、纤维表面金属化、炭化法、涂层法等,其中添加法是最常用的方法,也是较为理想的制备方法,即用有导电性的超细粉体与成纤聚合物复合纺丝或进行添加改性,添加的超细粉体可以是碳黑、金属氧化物、金属硫化物、金属卤化物等,目前应用最多的是导电碳黑。该方法制得的导电粘胶纤维的导电性能不会因为重复洗涤而降低,可用作工业用毯和防护服中的抗静电组织,而对添加的粉体在纺丝原液中的分散均匀性及对生产工艺的影响是研究的重点。
由于粘胶纤维纺丝条件的限制和污染问题比较严重,国内外对导电粘胶纤维的研究一直少于其它种类的导电纤维,文献报道也相对较少。英国Courtaulds Research公司开发出了具有优良导电性能的两种新型粘胶纤维 —— Conflex和Conflex V;杭州蓝孔雀化学纤维有限公王雪亮利用后处理技术将纤维与导电性物质结合,利用含氮化合物溶液的预处理,使粘胶纤维更易与Cu2S吸附结合,制成性能优良的导电粘胶长丝,纤维的体积比电阻达10-2Ω•cm,与导电腈纶具有相同的导电性能;常州纺织服装职业技术学院的刘俊丽通过化学液相沉积法制备了一种镀银粘胶纤维,检测结果显示,化学镀银对粘胶纤维的结构影响较小,粘胶纤维的强度和伸长率有所降低,但文献中对镀银纤维的导电性和耐洗性未做说明,且用该方法制备导电纤维的成本会较高。
5其他产业用粘胶纤维
5.1吸附性粘胶纤维
吸附性粘胶是将致空剂(如活性炭)加入纺丝原液中,纺出的纤维中会含有各类空隙和褶皱,由于比表面积的增大,纤维具有吸附异味、除臭、吸湿、防湿等特点。目前应用较多的有两种:一种是粘胶基活性炭纤维,是将粘胶纤维经高温碳化、活化后形成的一种新型高效吸附材料,与粒状活性炭相比具有细孔发达、吸附性高、脱附速度快、可反复使用等特点;另一种竹炭粘胶纤维和椰壳炭粘胶纤维,是将纳米级竹炭和椰壳炭作为致空剂加入到纺丝液中。
吸附性粘胶纤维可用作防毒面具、口罩、滤布、有毒气体防护服和吸附材料(如工业废气吸附器等)等医疗卫生工业产品。
5.2中空粘胶纤维
中空纤维在工业、环保、医疗卫生、食品等领域具有广泛用途,早在上世纪80年代,人们就开始了对中空粘胶纤维纺制方法和中空纤维膜的研究。发达国家早已成功将高吸湿中空粘胶纤维产业化,德国、日本、美国等国都有高吸湿中空粘胶纤维纺制方法的技术专利,如德国专利DD291335和日本专利J57-199808中各介绍了一种纺制高吸湿中孔粘胶纤维的技术。1989年,由我国广西化纤研究所和江西化纤厂共同开发的中空粘胶纤维试纺成功。但由于粘胶法中空纤维素膜的工艺冗长复杂,对环境污染严重,国内外已不提倡采用。在发现NMMO纤维素溶剂之后,日本旭化成公司用这种新溶剂纺制了中空纤维素纤维用于血液透析。21世纪初,我国天津工业大学宋俊等开始了NMMO法纺制纤维素中空纤维膜工艺的研究,讨论了各种工艺参数对纤维素中空纤维膜性能的影响,并对膜的结构形态进行了分析。随后,中国科学院大连化学物理研究所也采用NMMO溶剂法制备出了新型纤维素膜,研究了其渗透性及油水分离性能。实验结果表明,溶剂法纤维素膜用于酸性气体CO2分离具有明显的优势,且对CH4、N2等特定气体具有较高的分离系数。该膜油水分离性能优异,具有较大的水通量和很强的抗污染性,有应用于油水处理的潜力。
5.3改性粘胶
适于产业应用的改性粘胶纤维主要采用粘胶接枝改性和纤维后处理化学改性两种技术手段。
MTH•JIOH和UEBAJIAH是俄罗斯研制的两个接枝改性粘胶纤维品种。MTH•JIOH由纤维素与丙烯酸接枝共聚而成,具有很高的离子交换能力,可用于回收汞、银、金等贵重金属。同一系列的MTH•JIOH-VS纤维是纤维素与聚苯乙烯接枝后的产物,纤维性能类似羊毛,弹性好、低缩率,适于代替羊毛作为工业用毡。日本J82-42746专利介绍了一种含有羧酸盐、烷基磺酸盐、高级醇的硫酸醋、高级脂肪酸胺、聚丙烯酸醋等化合物的纤维,这种改性纤维以分散性染料进行染色时,可获得色泽均匀、耐水洗牢度极优良的性能。
研制产业用功能性粘胶纤维,国外已取得不少成果,特别是粘胶纤维医用产品和室内及高级旅行工具装饰织物更受人们青睐。为了扩大粘胶纤维的使用范围,提高其附加价值,差别化产业用粘胶纤维的开发正得到行业的普遍关注。


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