新溶劑法纖維素纖維開(kāi)發(fā)概況與展望

　　生物源纖維制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員 孫玉山

　　生物基化學(xué)纖維中已開(kāi)發(fā)的生物基合成纖維包括PLA、PTT、PBT、PDT、PHBV、PBS纖維等。由于最近幾年國(guó)際上開(kāi)發(fā)出生物質(zhì)經(jīng)催化熱裂解得到芳香烴原料的新技術(shù)，生物基PET纖維成為可能，加之已具備可行性的生物基尼龍纖維等，未來(lái)生物基合成纖維的最大品種有待確定。

　　已開(kāi)發(fā)的纖維素新溶劑體系有多種，可分為衍生化和非衍生化溶劑、水相和非水相溶劑、有機(jī)和無(wú)機(jī)溶劑；成為研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)的有NMMO胺氧化物體系、纖維素氨基甲酸酯/NaOH體系、堿/尿素體系、離子液體體系、磷酸體系；其中基于NMMO體系的Lyocell纖維已形成了規(guī)?；a(chǎn)。

　　Lyocell纖維溶解將主要采用薄膜蒸發(fā)溶解技術(shù)，紡絲為干噴濕紡技術(shù)，溶劑回收將采用進(jìn)一步的節(jié)能技術(shù)。

　　纖維素氨基甲酸酯/NaOH體系屬衍生化溶劑體系，大分子鏈羥基已封堵。需通過(guò)工藝技術(shù)的進(jìn)一步完善，使纖維性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到粘膠纖維的水平。

　　堿/尿素水溶液溶劑體系具有環(huán)保性好、成本低的特點(diǎn)。該體系屬非衍生化溶劑體系，大分子鏈羥基未封堵。需開(kāi)發(fā)新型溶解、紡絲技術(shù)，以使纖維各方面性能指標(biāo)達(dá)到粘膠纖維的水平。

　　離子液體溶劑體系與NMMO溶劑體系相比，在穩(wěn)定性方面，離子液體溶劑體系具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)；在環(huán)境毒性方面，NMMO溶劑體系具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)；在溶解與溶劑回收能耗方面，尚缺乏兩種溶劑體系的定量對(duì)比數(shù)據(jù)。

　　利用離子液體溶劑體系的廣譜溶解性，可先期開(kāi)發(fā)功能性纖維，如：纖維素/丙烯腈共聚物纖維、纖維素/殼聚糖纖維、纖維素/蛋白纖維等。

　　膠原蛋白/聚乙烯醇復(fù)合纖維

　　四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院教授 葉光斗

　　膠原蛋白(Col)是一種白色、不透明、無(wú)支鏈的纖維蛋白質(zhì)，是由動(dòng)物細(xì)胞合成的一種生物性高分子。Col存在于動(dòng)物的骨、腱、肌鞘、韌帶、肌膜、軟骨和皮膚中，占哺乳動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的25%~30%，相當(dāng)于體重的6%；真皮蛋白質(zhì)中，膠原蛋白含量可達(dá)85%。

　　膠原蛋白分子鏈含三條肽鏈，它們分別呈左手螺旋構(gòu)象，組成一個(gè)大的三股螺旋體，分子量約30萬(wàn)。肽鏈間的相互作用力保證了螺旋體的牢固。

　　肽鏈間的相互作用力：極性基團(tuán)產(chǎn)生離子鍵、氫鍵、范德華力；非極性基團(tuán)產(chǎn)生疏水鍵、范德華力。聚乙烯醇（PVA）大分子鏈為伸直鏈構(gòu)型，結(jié)構(gòu)規(guī)整、分子鏈柔順，易結(jié)晶。其結(jié)晶結(jié)構(gòu)為斜方晶系，晶格中大分子呈鋸齒狀分布，每個(gè)晶胞含兩個(gè)單元鏈結(jié)，具有高的理論強(qiáng)度。PVA的Tg為80℃左右，熔點(diǎn)與分解溫度相近，在210℃~270℃。其具有良好的生物相容性、無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性好，同時(shí)，具有良好的成纖性、成膜性、吸濕性和韌性。在化纖、膜材料、藥物、醫(yī)學(xué)、食品、封裝等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。

　　根據(jù)兩者的特點(diǎn)，其復(fù)合纖維可在毛制品、醫(yī)療衛(wèi)生用品、藥物控釋等領(lǐng)域發(fā)揮作用。但Col/PVA復(fù)合纖維紡絲也存在問(wèn)題，如可紡性差、纖維綜合性能低等。在復(fù)合原液中添加與Col和PVA均能反應(yīng)的交聯(lián)劑可有效解決這些問(wèn)題。

　　經(jīng)過(guò)一系列的制備過(guò)程，我們得出結(jié)論：交聯(lián)Col/PVA復(fù)合纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)更加致密，纖維結(jié)晶度較PVA纖維低，殘?zhí)柯瘦^PVA纖維高；交聯(lián)Col/PVA復(fù)合纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和RP值分別可達(dá)4.0cN/dtex、12%以上、110℃以上；交聯(lián)Col/PVA復(fù)合纖維生產(chǎn)過(guò)程中Col保留率可達(dá)90%以上。

　　純殼聚糖纖維工業(yè)化綠色紡絲技術(shù)與應(yīng)用

　　海斯摩爾生物科技有限公司董事長(zhǎng) 胡廣敏

　　殼聚糖纖維具有天然抑菌及優(yōu)異的生物學(xué)特性，是一種既安全又具有多種生物活性的功能性纖維，成為倍受?chē)?guó)際關(guān)注的海洋生物質(zhì)纖維主要品種。

　　殼聚糖纖維的紡絲液是一種觸變性膠體，其輸送、擠出成型都與常規(guī)化纖紡絲有巨大差異，目前的設(shè)備紡制的纖維強(qiáng)度較低，飽和力較差，后道加工困難，無(wú)法突破規(guī)?；款i。

　　紡絲關(guān)鍵技術(shù)在四方面進(jìn)行了突破：包括紡絲級(jí)高品質(zhì)片狀殼聚糖可控提取技術(shù)；片狀殼聚糖高剪切直接反應(yīng)、溶解一體化技術(shù)。

　　復(fù)合高效脫泡技術(shù)高壓大流量計(jì)量泵觸變性流體擠出技術(shù)；分區(qū)高密度大直徑噴絲板；平推流高溫凝固技術(shù)。

　　在進(jìn)行千噸級(jí)生產(chǎn)線全流程節(jié)能環(huán)保、綠色紡絲的過(guò)程中，突破原液制備與緊湊型設(shè)計(jì)、氣壓輸送技術(shù)，研發(fā)往復(fù)式逆流水洗裝置，利用2000噸級(jí)中水回用系統(tǒng)。

　　在制品與產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)方面，我們研發(fā)了無(wú)卷曲海斯摩爾制條技術(shù)；多組分多形態(tài)殼聚糖材料的全色系染色技術(shù)；對(duì)水刺非織造布技術(shù)和熱風(fēng)非織造布技術(shù)進(jìn)行了突破。

　　該纖維的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，如醫(yī)療領(lǐng)域，包括外科植入物外科手術(shù)無(wú)針線縫合貼布、疝修補(bǔ)片等膜類(lèi)產(chǎn)品。衛(wèi)生領(lǐng)域，海斯摩爾公司正在與國(guó)際前十的知名品牌企業(yè)合作開(kāi)發(fā)衛(wèi)生巾、紙尿褲、濕巾、面膜等。在航天領(lǐng)域，海斯摩爾與阻燃纖維制成的特種功能布具有無(wú)毒、阻燃、防靜電、抗菌、防毒的功能。

　　纖維素高效綠色紡絲技術(shù)

　　東華大學(xué)教授 余木火

　　課題組的研究重點(diǎn)，一方面是強(qiáng)極性高分子加工中分子鏈間相互作用調(diào)控，包括芳綸（聚合誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變與高粘度紡絲）；PAN增塑熔體紡絲及其低成本碳纖維-973課題、紡織基礎(chǔ)研究基金；纖維素高效綠色加工技術(shù)-江蘇省前瞻性戰(zhàn)略新產(chǎn)品專(zhuān)項(xiàng)、紡織基礎(chǔ)研究基；SiBN前軀體聚合物及其陶瓷纖維。

　　另一方面是復(fù)合材料，相關(guān)項(xiàng)目合作包括民用航空復(fù)合材料協(xié)同創(chuàng)新中心、上海市高性能纖維與復(fù)合材料產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)、國(guó)家863項(xiàng)目碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)零部件快速成型技術(shù)及NSFC重點(diǎn)項(xiàng)目多級(jí)層狀結(jié)構(gòu)高分子制備的新方法。

　　其中，高性能芳綸纖維制備國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究已通過(guò)鑒定，我們與河北硅谷化工有限公司建立了1000噸芳綸生產(chǎn)線，主要突破聚合誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變技術(shù)和高粘度液晶紡絲技術(shù)。

　　東華大學(xué)在高效綠色纖維素纖維生產(chǎn)新技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，通過(guò)與江蘇龍馬綠色纖維有限公司的合作，我們以“先實(shí)驗(yàn)室小試、探索原理及可行性，再在工廠逐步擴(kuò)大、達(dá)到產(chǎn)業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)”的機(jī)制。主要進(jìn)展包括：

　　1.建立新方法的溶解中試設(shè)備，并在中試裝備上開(kāi)展一系列實(shí)驗(yàn)工作。

　　2.攻克提高濃度的難題，已經(jīng)在工程實(shí)驗(yàn)線，將纖維素溶解度從4%提高到了9%；高于粘膠纖維。

　　3.攻克凝膠化難題，凝膠時(shí)間達(dá)到72h。

　　4.溶解溫度提高，從-12℃提高到了-5℃，節(jié)約能耗。

　　5.實(shí)驗(yàn)室紡絲實(shí)驗(yàn)，得到纖維強(qiáng)度高于粘膠纖維。