粘膠纖維
粘膠纖維(Viscose),是粘膠纖維的全稱,與“木”作為原料,纖維素纖維是通過從天然木質纖維素中提取纖維分子并對其進行整形而獲得的。
粘膠纖維的吸濕性符合人體皮膚的生理要求,滑爽涼爽、透氣、抗靜電、抗紫外線,色澤鮮艷,染色牢度好等特點。它有棉花的精華和絲綢的品質。是正宗的植物纖維,來源于自然,優于自然。目前廣泛應用于各類內衣、紡織、服裝、無紡等領域。
歷史起源
粘膠纖維是古老的纖維品種之一。在1891年,克羅斯(Cross)貝文(Bevan)和比德爾(Beadle)首先以棉花為原料制備纖維素磺酸鈉溶液,因其粘度高而得名“粘膠”粘膠遇到酸后,纖維素再次沉淀。根據這一原理,1893年發展成為制造纖維素纖維的方法,稱為“粘膠纖維”到1905年,M(Muller)發明了由稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴,實現了粘膠纖維的工業化生產。因此,粘膠纖維的名稱是其工藝過程中中間產品的狀態其實粘膠纖維是從天然木質纖維中提取的纖維素纖維。
粘膠纖維屬于纖維素纖維。它是以天然纖維(木纖維,棉短絨)為原料,經堿化、老化、磺化等工藝制成可溶性纖維素黃原酸酯,再溶于稀堿溶液制成粘膠,經濕法紡絲制成。采用不同的原料和紡絲工藝,可分別獲得普通粘膠纖維高濕模量粘膠纖維和高強度粘膠纖維。普通粘膠纖維具有一般的物理機械性能和化學性能,分為棉型、羊毛型和長絲型,俗稱人造絲、人造毛和人造絲。高濕模量粘膠纖維具有較高的聚合度、強力和濕模量。這種纖維在潮濕狀態下能承受22特的壓力.0cN載荷,在此載荷下的濕伸長不超過15%,主要是纖維豐富而結實。高強度粘膠纖維具有較高的強度和抗疲勞性。
粘膠纖維可分為普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維強力粘膠纖維和改性粘膠纖維。在強力粘膠纖維中,干強度超過30.0cN/特克斯長絲被稱為強力長絲;超過38.0cN/特克斯被稱為超強長絲;超過44.1cN/特克斯 s二階超強絲;超過48.5cN/Tex被稱為三重超強紗;超過53.0cN/Tex被稱為四倍超強長絲。在高性能粘膠纖維中,濕態下彈性模量高的纖維稱為Porino Sike纖維,也叫高濕模量纖維,我國稱為付強纖維,簡稱富貴纖維。濕模量介于普通纖維和polynosic纖維之間,但具有較高的結合強度、脆性較小的纖維稱為改性高濕模量纖維。
產品結構
普通粘膠纖維結晶度和取向度較低,截面呈不規則鋸齒形,皮芯結構明顯不均勻,皮層較薄。
粘膠纖維
強力粘膠纖維具有細小均勻的微晶結構,取向適中,截面均勻、輪廓光滑的全真皮結構。Porino Sike纖維具有高結晶度、較大的晶區尺寸和較高的取向度,截面近似圓形。Porino Sike纖維成型的主要特點是盡可能避免纖維素的降解,在溶解和固化過程中盡可能保持天然纖維素的結構不變,采用溫和均勻的固化條件,如低酸、低鹽、低溫和低紡速。可變高濕模量纖維屬于厚皮層皮芯結構,截面外緣光滑。表層提供韌性,而芯層保持剛性。其韌性低于高強絲但高于波里諾絲克,剛性高于高強絲但低于波里諾絲克它是一種結合了Porino Sike和高強度紗線特性的纖維。纖維的結晶度、晶粒尺寸和取向低于Porino Sike,但高于高強度線材。其成形特性與高強絲基本相似。永久卷曲粘膠纖維的橫截面形狀是不對稱的、皮層厚度分布不均勻,橫向鼓面各部分存在大小不一的內應力。粘膠纖維永久卷曲的工藝特點是提高粘膠的成熟度指數,凝固路徑中硫酸濃度低、梳酸鈉濃度較高、當浴溫較高時,適當增加拉伸倍數,特別是在塑化和拉伸控制后增加一段空氣拉伸,有利于增加纖維的卷曲度。
特點性能
粘膠纖維的基本成分是纖維素(C6H10O5)n普通粘膠纖維的橫截面為鋸齒形皮芯結構,縱向平直,橫向有溝槽。然而,富含纖維的無皮層芯結構具有圓形橫截面。
粘膠纖維吸濕性好,回潮率為13%左右。吸潮后膨脹明顯,直徑增大50%所以面料水后手感硬,縮水率大。
普通粘膠纖維的斷裂強度比棉小,約為1.6~2.7cN/dtex;斷裂伸長率大于棉,為16%~22%濕強度下降很大,約為干強度的50%,濕伸長增加了約50%其模量低于棉,小載荷下易變形,但彈性回復性能差,因此織物易拉伸,尺寸穩定性差。富纖維的強度尤其是濕強度比普通粘膠高,斷裂伸長率較小,尺寸穩定性好。普通粘膠的耐磨性較差,而富纖維則有所提高。
粘膠纖維的化學成分和棉相似,所以耐堿比耐酸強,但耐堿耐酸比棉差。豐富的纖維具有良好的耐堿性和耐酸性。同樣,粘膠纖維的染色性能與棉相似,染色色譜完整,染色性能良好。此外,粘膠纖維的熱性能與棉相似,密度與棉接近,為1.50~1.52g/cm。
纖維素大分子的羥基容易發生各種化學反應因此,可以通過接枝等方法對粘膠纖維進行改性,改善其性能,生產各種專用纖維。
普通粘膠纖維吸濕性好,易染色,不易靜電,可紡性好。短纖維可純紡或與其他紡織纖維混紡,織物柔軟、光滑、透氣性好,穿著舒適,染色后色澤鮮艷、色牢度好。適宜于制做內衣、大衣和各種裝飾品。長絲織物輕薄,可用作服裝面料,也可用作被套和裝飾織物。這種粘膠纖維的缺點是牢度差,濕模量低,收縮率高易變形,彈性和耐磨性差。
主要品種
普通粘膠纖維
1)粘膠棉短纖維的切斷長度為35~40mm,旦數為1.1~2.8dtex(1.0~2.5旦)與棉花混合制成精細的布料、凡立丁、華達呢等。
2)粘膠羊毛短纖維,切長51~76mm,旦數3.3~6.6dtex(3.0~6.0旦),可以純紡,也可以與羊毛混紡,可以制成花呢大衣等。
富強纖維
1)它是粘膠纖維的改良品種。
2)純紡可做細布、府綢等。
3)與棉、滌綸等混紡面料,制作各類服裝。
4)耐堿性好,織出的面料挺括,洗后不會縮水變形,經久耐用。
粘膠絲
1)可做服裝、被面、床上用品和裝飾品。
2)粘膠紗和棉紗交織成羽毛紗和線被套。
3)粘膠絲與蠶絲交織,可做喬其紗織錦。
4)粘膠線與滌、錦緞和長絲交織成水晶緞、古香緞等。
粘膠強力絲
1)強度是普通粘膠絲的兩倍。
2)捻織成簾子布,用于汽車、拖拉機、馬車輪胎。
高卷曲高濕模量粘膠纖維
高卷曲高濕模量粘膠纖維(以HR表示)是新一代高強度高濕模量的粘膠纖維、伸長適中,卷曲性能好,加上粘膠纖維本身具有優異的吸濕性、透氣性、不產生靜電、染色性能好、細度和長度可靈活調節,是一種綜合性能優良的紡織纖維原料,可根據不同需要用于提純。粘膠纖維的吸濕性和染色性以及纖維本身含有大量的羥基(OH)有密切的關系,羥基(OH)該基團吸收大量水分子或其他分子,吸濕性越好,纖維的可染性越好。粘膠纖維在制造過程中發生了許多物理化學反應,導致纖維素大分子開裂,使其大分子變短,分子間隙變大,排列松散雜亂,分子中的羥基(OH)但是極性不錯,在這些方面都比棉花好。所以粘膠纖維的可染性比棉好,不僅適用染料多、色譜寬,染出的顏色鮮艷。
醋酸纖維屬于纖維素再生纖維(包括二醋酸纖維和三醋酸纖維)然而,它們的染色性能明顯不如粘膠纖維。這是因為醋酸纖維分子中的大部分羥基(OH)乙酰化形成疏水基團。所以粘膠纖維和棉花可以用染料,但不一定管用。可以看出,在纖維素纖維中,粘膠纖維的可染性最好,容易染色,印染成本也較低。
雖然活性染料可以替代一些有害的化學染料,但是在印染過程中會形成很多有色污水。此外,粘膠纖維在某些印染中的色牢度和耐光牢度不如某些合成纖維。雖然這與染料性能和工藝有關,但是粘膠纖維的可染性、色譜全、色澤鮮艷、成本低還是一大優勢。
生產方法
純α是從纖維素原料中提取的-纖維素(稱為漿粕),用燒堿、經二硫化碳處理后,得到橙黃色的纖維素黃酸鈉,再溶于稀氫氧化鈉溶液中,成為粘稠的紡絲原液,稱為粘膠。粘膠經過濾、熟成(在一定溫度下靜置約 18~30h,以降低纖維素黃原酸酯的酯化度)脫泡后進行濕法紡絲,凝固浴采用硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅。粘膠中的纖維素鈉黃原酸鹽在凝固浴中與硫酸反應分解,纖維素再生沉淀,所得纖維素纖維水洗、脫硫、漂白、干燥后成為粘膠纖維。
工藝流程
① 粘膠的制備:包括浸漬、壓榨、粉碎、老化、黃化、溶解、熟成、過濾、脫泡等工序。漿紗濃度為18%氫氧化鈉溶液浸漬,使纖維素轉化為堿纖維素,半纖維素溶解,聚合度部分下降;然后通過擠壓去除多余的堿液。塊狀堿纖維素在粉碎機中粉碎后成為松散的絮狀物,由于表面積的增加,提高了以后化學反應的均勻性。堿纖維素在氧氣作用下的氧化裂解,降低了平均聚合度,稱為老化。聚合度下降和溫度升高、時間有關。堿纖維素老化后與二硫化碳反應生成纖維素黃原酸酯,進一步削弱大分子間的氫鍵由于黃原酸酯基團的親水性,纖維素黃原酸酯在稀堿溶液中的溶解度大大提高。將固體纖維素黃原酸酯溶解在稀堿溶液中是粘膠。新做的粘膠粘度大,鹽值高,不易成型必須在一定的溫度下靜置一定的時間,使粘膠中的纖維素鈉黃原酸鹽逐漸水解皂化,降低酯化度,改變粘度及其對電解質作用的穩定性。熟化過程中要進行消泡過濾,去除氣泡和雜質。
制備粘膠纖維的設備主要有經典法、連續浸漬壓榨

粘膠纖維
粉碎和五合一機等。
② 旋壓成形:采用濕法紡絲。粘膠通過噴絲孔形成細流進入含酸凝固浴,粘膠中的堿被中和,細流凝固成長絲,纖維素黃酯分解生成水合纖維素。固化和分解可以同時或相繼發生。在同一浴中完成凝固和分解的方法稱為單浴紡絲。粘膠長絲采用一浴法紡絲。在一個浴中固化,在另一個浴中分解再生的方法稱為兩浴紡絲。高強度長絲或短纖維通常采用兩浴法紡絲。為了改善纖維的某些性能,還采用了三浴法、四浴甚至五浴。凝固浴是硫酸和硫酸鋅的水溶液,各組分的含量因纖維品種而異。
③ 后處理:形成的纖維需要用水清洗、脫硫、酸洗、上油干燥等后處理。水洗是去除硫酸其鹽類和一些附著在纖維表面的硫。脫硫可以在氫氧化鈉中進行、亞硫酸鈉或硫化鈉水溶液。金屬離子可以通過鹽酸處理去除。上油可以降低纖維的摩擦系數,減少靜電效應,改善纖維的手感,提高纖維的可紡性。涂油后的絲條干燥后即可包裝出廠。粘膠短纖維的切斷工藝通常在后處理之前進行。強力紗主要用作輪胎或傳送帶的簾布,對纖維的外觀沒有特殊要求只需用熱水洗去纖維上的硫酸及其鹽類,然后上油即可、干燥后,可在紡絲機上進行后處理。
應用范圍
粘膠纖維是最早投入工業化生產的纖維素纖維之一。由于其良好的吸濕性,舒適的穿著和優良的可紡性,它經常與棉一起使用、羊毛或各種合成纖維混紡、交織、用于各種服裝和裝飾紡織品。高強度粘膠纖維也可用于輪胎簾線、傳送帶等工業用品。粘膠纖維是一種應用廣泛的纖維素纖維。
50年代開發的高濕模量粘膠纖維具有較高的強度、延伸度低、高濕模量和耐堿性的特點基本克服了普通粘膠纖維的缺陷。其織物牢度、耐水洗性、形態穩定性接近高品質棉。波里諾賽克纖維是一種高強度高濕模量的粘膠纖維,又稱富纖維或富纖維它在水中的溶脹度低,彈性回復率高,所以織物的尺寸穩定性好。
強力粘膠纖維強度高,抗變形能力好,可用作輪胎簾子線、傳送帶、三角皮帶、繩索和各種工業織物,如帆布、塑料涂層織物等。
改性粘膠纖維有多種用途例如,與聚丙烯腈或聚乙烯醇復合的粘膠纖維具有羊毛感和膨松感,適合制作西服、毛毯和裝飾織物。具有扁平的形狀和粗糙的感覺“稻草絲”即扁絲)適用于針織女帽、包和各種裝飾用具。接枝丙烯酸的粘膠纖維具有較高的離子交換容量,可用于回收廢液中的金、銀、汞等貴重金屬。含有多種阻燃劑的粘膠纖維可用于高溫和防火工業部門。粘膠纖維經過處理后,還可以制成止血纖維中空粘膠纖維可用作具有透析功能的人工腎,含鋇粘膠長絲適用于醫用縫合線。此外,由粘膠纖維制成的碳纖維和石墨纖維具有較高的強度和模量,由粘膠纖維和環氧樹脂制成的復合材料可用作空間技術的燒蝕材料;由粘膠和硅酸鈉共混原絲制成的陶瓷纖維經處理后可作為耐高溫酚醛樹脂的增強材料,用于液體火箭發動機、噴氣發動機的噴嘴和空間再入裝置的隔熱罩。
環境污染
粘膠纖維生產中的主要污染是嚴重的廢水污染。
粘膠纖維生產中的廢水主要包括酸性廢水和堿性廢水,其中酸性廢水主要來自紡絲車間和酸站,包括塑化槽溢流水、洗紡絲機水、酸站過濾器洗滌水、洗絲水和后處理酸洗水等:堿性廢水主要來自堿站的排水、原液車間廢水橡膠罐及設備沖洗水、濾布洗滌水、脫硫廢水與出水及更換噴絲板時的后處理。粘膠纖維生產廢水主要含有酸、鋅離子和少量有機物。
粘膠纖維生產混合廢水中的特征污染物是硫酸、硫化物、鋅鹽和纖維素。其中硫酸、硫化物(主要是H2S、CS2等)鋅鹽主要以硫酸鋅和纖維素磺酸鋅形式存在:纖維素主要是堿性廢水和酸性廢水中的粘膠纖維素混合后酸沉產生的。
粘膠纖維生產中的老化、發黃過程中會有CS2、H2S等廢氣的產生和泄漏會造成廢氣污染,并可能引起安全問題。
粘膠纖維生產會使用大量蒸汽,鍋爐會排放大量燃料燃燒產生的煙氣。