功能性粘膠纖維的開發及應用

趙秀媛

隨著科學技術的不斷發展,以粘膠纖維為基體的各種新型功能性粘膠纖維不斷開發成功,進一步拓展了粘膠纖維的應用市場。本文介紹了幾種功能性粘膠纖維的生產工藝特點、應用領域及發展趨勢,并簡單分析了當前我國功能性粘膠纖維開發面臨的問題。

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世紀初就實現了工業化生產。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,目前已廣泛應用于服裝、家紡、非織造布等都領域。隨著科學技術的不斷發展,以粘膠纖維為基體的各種新型功能性粘膠纖維不斷開發成功,進一步拓展了粘膠纖維的應用市場。

功能性粘膠纖維根據其功能可分為多種,如阻燃粘膠纖維、抗菌粘膠纖維、負離子粘膠纖維、遠紅外粘膠纖維、相變粘膠纖維、抗紫外線粘膠纖維、導電粘膠纖維、高吸附粘膠纖維、醫用粘膠纖維、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發展簡況

國外在20世紀50年代初就開始了阻燃粘膠纖維用助劑的開發,瑞士Sandoz公司(現在的Clariant(科萊恩)公司)最早開發出了sandoflam5060 焦磷酸酯阻燃劑。隨著阻燃劑的開發成功,阻燃粘膠纖維的開發進入新階段,不斷有其他公司開發新的阻燃劑,并有幾家公司實現了阻燃粘膠纖維的工業化生產。代表性產品有有奧地利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。這些產品均達到紡織用要求,同時具有良好的阻燃效果。

國內對阻燃粘膠纖維的開發比國外稍晚,在1990年前后出現一個高峰期,均采用sandoflam5060阻燃劑。但因該阻燃劑價格昂貴,而國內生產的同類阻燃劑存在粒徑大、粒徑分布寬、阻燃劑分散液穩定性差等問題,當時最終沒有實現阻燃粘膠纖維的規?；I生產。經過最近十幾年的不斷努力,國內新的阻燃粘膠纖維生產技術不斷涌現,現已開發出了共混法、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尚處于開發完善期,質量穩定性相對較差,且價格較高,制約其實現大規模應用。在磷系阻燃粘膠纖維開發的同時,已有幾個公司進行了無機硅系阻燃粘膠纖維的開發,該種纖維因阻燃劑價格低廉,且產品具有較好的阻燃性,根據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、沙發的內填充等。

1.2生產加工方式

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,通過調整粘膠生產工藝,獲得具有良好物理機械性能的阻燃粘膠纖維。其生產工藝的難點是如何保證阻燃劑均勻穩定地加入。

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,同時調整粘膠及紡絲浴,采用濕法紡絲,在后處理過程中進行交聯處理,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無關,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的粘膠為基體,因此制得的纖維具有傳統粘膠纖維的舒適性、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,用于作戰服、防護服、消防服、電工服及油田等特殊作業環境,其純紡產品也可用于老人及兒童內衣;無機硅系阻燃粘膠短纖在家紡領域有較大應用,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。但目前國內用焦磷酸酯類阻燃劑生產的阻燃粘膠纖維仍存在阻燃劑脫落現象,影響其阻燃效果,限制了使用環境,而硅系非織造布用阻燃纖維在國內市場較小,有待開發。

2抗菌粘膠纖維

2.1發展簡況

抗菌紡織品的開發源于20世紀四、五十年代,到80年代初期,開始出現抗菌纖維的開發,主要是采用高分子改性技術和共混紡絲改性方法獲得抗菌效果,到90年代,日本生產的抗菌纖維制品居于世界領先地位,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世紀進行了抗菌粘膠纖維纖維的開發,其產品為Modal Fresh纖維,該公司將使用在化妝品行業的抗菌劑SR98與其Modal纖維生產工藝結合,采用共混技術生產出了抗菌粘膠纖維,其抗菌性能通過了AATCC 14和瑞士SNV 195920標準的檢驗。國內山東海龍集團生產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生產加工方式

抗菌粘膠纖維的生產方法主要有兩種,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,再擴散到細菌的細胞內,通過破壞細胞的蛋白質結構,引起細菌代謝障礙而使其死亡,達到抗菌的目的。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胞表面的陰離子部位,以物化方式破壞細菌的表面結構,使細胞內溶物泄露而死亡,達到抗菌效果。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,這些天然物質與粘膠混紡,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化為銨鹽,吸附帶負電荷的細菌,破壞其細胞壁,從而阻礙其發育;同時殼聚糖可分解成低分子物,吸附細菌后,穿過微生物細胞壁進入細胞內與細菌的DNA結合,形成穩定的化合物,干擾了細菌的正常繁殖,達到抗菌目的。

抗菌粘膠纖維應用領域廣泛,包括服裝特別是運動衣、內衣、襪子、床上用品、家紡用品、醫療衛生材料等。

雖然抗菌粘膠纖維有較廣泛的應用市場,但整體上發展較慢,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、丙綸體系中可應用的鋅及氧化鋅系抗菌劑,在粘膠體系中相當受限,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到與粘膠共混的要求。因此抗菌粘膠纖維要想得到發展,關鍵一點是要制得質優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負離子粘膠纖維

負離子粘膠纖維是將能夠產生負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產生負離子功效,達到保建和廣譜抗菌效果。目前已開發出電氣石法、奇冰石法粘膠負離子功能纖維。

負離子粘膠纖維同時擁有負離子所具有的優點與粘膠纖維的特性,因此具有較廣泛的應用市場,可應用在家紡、服裝、汽車內飾及醫療用品等中。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相變過程中釋放或吸收潛熱、溫度保持不變的特性開發的一種蓄熱調溫功能粘膠纖維。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,在不同環境溫度下表現出不同的吸、放熱功能,并且保持溫度相對恒定,獲得具有良好調溫功能的功能性粘膠纖維。

相變材料有無機、有機、復合之分。無機類主要有結晶水合鹽類、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,復合相變儲熱材料應運而生,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用效果,并拓展其應用范圍。

美國Outlast公司生產各種相變纖維,其中就包括相變粘膠纖維。國內河北吉藁化纖有限責任公司與北京巨龍博方科技研究院合作,成功開發了被稱為“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生的熱量,使體表溫度較恒定,達到涼爽的目的。

3.3珍珠粘膠纖維及珍珠負離子纖維

珍珠粘膠短纖維和珍珠負離子纖維是最近幾年開發成功的功能性粘膠纖維,是將珍珠粉單獨或與負離子粉以一定的配比進行研磨達到納米級,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。經檢測,珍珠粘膠短纖維富含多種氨基酸,具有遠紅外線發射和抗紫外線功能,而珍珠負離子粘膠纖維在具有上述功能的同時還具有激發負離子的功能,具有良好的發展空間。

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、細孔發達、吸附性高、脫附速度快、可反復使用等特點;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用則更廣泛,它們具有良好的紡織性能,可應用于家紡、服裝、醫療、礦山防護以及車、船、飛機等交通工具的內飾中,達到凈化空氣、去臭除味的目的。

4結語

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,因此具有良好的應用和市場前景,但國內功能性粘膠纖維的開發任重而道遠。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品仍有較大差距,不能實現真正替代進口;而抗菌粘膠纖維雖有很大的應用市場,但除Lenzing公司形成產品外,國內的開發仍停留在小試階段。

功能性粘膠纖維的開發瓶頸,一是功能性材料的品質,如粒徑、分布、分散性、與粘膠的相容性等;二是如何準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合性也是許多功能性粘膠纖維開發的重點。

參考文獻

[1] 張瑩,段亞峰,李維鵬. 負離子粘膠纖維及其功能性紡織品的開發狀況與展望[J]. 絲綢,2005(5):36 - 38.

[2] 左凱杰,霍瑞亭,趙廣明. 新型抗菌防臭纖維概述[J]. 染整技術,2009(9):13 - 15,19.