2023年生态环保纤维研究应用进展.doc

生态环保纤维研究应用进展 2011年01月13日14:49　【 陈向玲 宋睿 王华平 王朝生】 【字体： 大 中 小 】     摘  要：生态环保纤维按来源不同，可分为植物资源天然环保纤维、动物资源天然环保纤维和人工合成环保纤维三大类。主要介绍了竹纤维、甲壳素纤维、海藻纤维等三种新型生态环保纤维的制备、改性、功能化、染色等研究进展。     关键词：生态环保纤维；竹纤维；甲壳素纤维；海藻纤维     生态环保纤维是纺织业开展的主题之一，体现了可持续开展的时代要求。目前，生态环保纤维的开展趋势是日趋理想化。按照来源的不同，生态环保纤维可以分为植物资源天然环保纤维、动物资源天然环保纤维和人工合成环保纤维等三大类。     (1)植物资源环保纤维：棉纤维(有机棉、彩色棉、不皱棉)，Lyocell纤维，以及麻类纤维、植物蛋白纤维等。     (2)动物资源环保纤维：甲壳素纤维、有色羊毛、蚕丝、蜘蛛丝、奶类蛋白纤维等。     (3)人工合成环保纤维：聚己内酯纤维和聚乳酸纤维等可降解纤维，也包括聚酯和锦纶等可回收合成纤维。     本文仅介绍其中的竹纤维、甲壳素纤维以及海藻纤维的开发研究进展。 1 竹纤维     竹纤维是我国自行开发研制并产业化的新型再生纤维素纤维。竹纤维分竹素纤维和竹原纤维。竹原纤维是采用物理脱胶法或微生物脱胶法从竹材中直接提取的纤维。国内竹原纤维制取有化学机械法、蒸煮锤击法或碾压开纤法、机械梳解制纤法等儿种传统方法。其中，化学机械法是比拟常用的。竹素纤维是以竹子为原料，经一定工艺制成满足纤维生产要求的竹浆粕，再将竹浆粕加工成纤维。目前，制造竹素纤维主要有溶剂纺丝法(竹 Lyocell纤维)和粘胶纺丝法(竹粘胶纤维)。     文献中最早报道进行天然竹纤维纺纱实验的国内企业是四川阆中棉纺织厂。该厂将生长12～18个月的慈竹，经过去青，齿轮反复轧压，再进行不完全脱胶，制成竹子柬纤维(工艺纤维)，在棉纺没备上进行纺纱，于2023年4月底试纺出纱。浙江丽水地区缙云县南方竹木制品在国内最早提出有关纺织用天然竹纤维提取方法的中国专利申请(2023年4月)。东华大学纺织学院俞建勇教授的硕士研究生万玉芹对竹子脱胶工艺进行了研究，并首先对竹子工艺纤维的细化进行了探讨，同日寸首次对竹子工艺纤维的根本物理性能和吸湿性能进行了实验研究。     竹粘胶纤维近年在我国已实现了工业规模的批量生产。首先生产竹浆粘胶短纤维的是河北吉藁化纤有限责任公司，后来上海月季化学纤维、上海天竹纺织纤维、浙江安吉上纺控竹纤维制品厂、山东海龙股份等企业也投产了竹浆粘胶短纤维。河南新乡白鹭化纤集团公司和上海天竹纺织纤维纺制了竹浆粘胶长丝，并已开始批量生产。上海天竹纺织纤维已用竹粘胶纤维开发了抗菌防臭鞋垫。上海锦乐纺织装饰品开发了新的含竹纤维(粘胶)纱毛巾织物的生产方法，而青岛美好巾被股份已经抢先申请了竹纤维床单及其生产方法的专利。我国天然竹原纤维还在实验阶段，近儿年申请的专利多为将成竹加工成可用于纺织力u工的竹纤维的制备方法和加工工艺。因为竹材加工受竹子种类、生长时间、生长地域、取材部位、处理工艺等很多条件限制，现在也没有一种很完善的提取工艺。从现有专利来看，我国的竹纤维提取一般是机械加工法、化学提取法或生物酶提取法等，或是这儿种方法的综合使用。目前，纺织工业利用竹子资源大批量开发的纤维制品以竹浆粘胶纤维为主。     无论是从纤维规格、纱线品种，还是纺织产品种类和性能用途，竹浆粘胶纤维已经呈现出良好的开展态势。竹浆粘胶纤维不仅可以纯纺，也可与其他纤维混纺。纤维已有不同线密度的棉型、中长型、毛型品种，也有长丝，可供毛纺、棉纺、麻纺、绢纺以及丝绸和化纤织造行业选用。竹浆粘胶纤维已广泛应用于机织和针织面料、针织毛衫内衣类，用于开发各类大圆机、横机、罗纹机产品。不仅如此，竹浆粘胶纤维还可用于生产医院的护士服、手术服、口罩、纱布、绷带、病服床被等，此外还可用于生产各种装饰用品，如地毯、凉席、玩具、毛巾、浴巾、床单、被罩、窗帘、汽车座垫等。随着竹浆粘胶纤维的使用，相应的染整加工技术也给我国的科技人员提出了新的挑战，因此许多与竹粘胶纤维有关的染色工艺也开始不断地进行研究探讨。     竹原纤维是一种高结晶度、高取向度的天然纤维素纤维，染色较困难，并且其刚度也比常用纤维素纤维高许多，纤维在开松和梳理等加工工艺中落纤率极为显著，纤维易脆断。根据最新的研究进展，在染色方面主要采用碱处理和阳离子改性，在柔软性能方面主要采用了酶处理技术和等离子体处理技术。     直接染料对天然竹纤维的直接性、上染速率、提升性能和深染性比对棉纤维的差，染相同深度的颜色，竹纤维需要更多的染料。经碱处理引起了竹纤维分子链问的氢键作用强度的降低，导致竹纤维 膨胀，染色性得到增强。唐人成等研究发现，在可染性方面，当碱浓度低于115g/L时，并未改变竹纤维的结晶结构，但可引起纤维膨胀，提高其上染率；碱浓度到达130g/L后，竹原纤维的结晶度和取向度都有所降低，可染性得到提高。采用190g/L以上浓度的碱处理，可使直接染料对竹纤维的平衡上染率、深染性和染色速度到达与碱处理棉纤维相同的水平。     在竹原纤维织物阳离子化改性方面，东华大学等主要采用碱处理→阳离子化接枝改性处理→水洗→烘干方法。首先对其进行碱变性处理，使纤维在溶胀状态下，用反响性阳离子接枝化合物对其进行接枝改性，在纤维上导入阳离子基团。纤维经过阳离子改性后，超分子结构发生了变化，大分子变得松散，结晶度、取向度降低，从而阻碍纤维素分子的重新靠近形成氢键，防止了纤维素分子的重结晶，改善了纤维的物理性能。另一方面，由于纤维素分子的羟基接枝上了阳离子基冈，使竹原纤维外表带上了正电荷，从而有效提高与活性染料、酸性染料等阴离子染料的结合能力，提高了纤维的上染性能。竹原纤维接枝改性后，改变了阴离子染料对纤维的染色行为，由依靠一般的分子间的亲和力上染方式改为正负电荷的库仑力上染，提高了上染率。     酶处理技术是采用酶能够在适当的条件下水解竹原纤维内的葡萄糖苷键，破坏竹原纤维的高结晶度、高取向度结构，使纤维素分子降解、水解和减量，纤维外表变得光滑整洁，手感柔软。纤维的初始模量和动、静摩擦因数之差明显降低，对竹原纤维的柔软性能有较显著的改善作用。此外，酶处理后竹原纤维的强力略有下降，因此在实际生产中仍需通过严格控制酶处理的工艺条件和参数将强力的损失降到最低。     竹原纤维等离子体处理工艺流程为：试样，烘干，等离子体处理，烘干，离子改性竹原纤维。竹原纤维经等离子体处理后，纤维的外表形态、组成成分和晶胞结构都没有发生明硅的变化。纤维的细度，初始模量和动、静摩擦因数之差值没有显著变化，但静摩擦凶数显著增加，对竹原纤维的外表摩擦性能具有良好的改善作用，对其柔软性能和拉伸性能没有显著性影响。 2甲壳素纤维     甲壳素广泛存在于虾、鳖等水产品和昆虫等节肢动物的外壳中，也存在于菌类、藻类的细胞壁中。粘胶基甲壳素纤维是以甲壳素、壳聚糖与纤维素混合通过常规的湿纺工艺制成的纤维，具有生物活性、生物降解性和生物相容性，有优良的吸湿、保湿功能。采用甲壳素纤维与棉混纺的织物服用性能优良，柔软滑爽，对人体无刺激性，具有抗菌除臭的功能，在保健服饰应用开发方面有着广阔的开展前景。     目前普遍采用的纺制甲壳素纤维的方法是湿法成形法。首先将甲壳素或壳聚糖溶解在适宜的溶剂中，配制成一定浓度的纺丝原液，纺丝原液经过滤脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入凝固浴槽中，呈细流状的原液在凝固浴中形成固态纤维。甲壳素和壳聚糖纺丝的工艺流程如下：     溶解→过滤→脱泡→计量→纺丝→凝固浴→拉伸→二浴→定形→洗涤→枯燥→纤维     目前其强度尚不能满足使用要求，科学家们花费了大量精力、财力去研究如何提高甲壳素纤维的强度。目前主要采用对甲壳质进行改性、采用特种纺丝技术或特殊后处理的方法以到达提高纤维强度的目的。     (1)提高甲壳质、甲壳胺的溶解度     利用甲壳质和甲壳胺上的羟基、酰胺基和氨基的反响活性引进一些基团以提高甲壳质和甲壳胺的溶解性能，然后制取含固量较大的纺丝原液，可以提高可纺性。如在甲壳质中C3和C6位上引入两个较大的丁酰基团，可使得二丁酰甲壳质在有机非极性溶剂中有着较好的溶解性能，制备的干纺纺丝原液浓度可到达20％～22％之问，可纺性提高，所得纤维的强度大大提高。     (2)初生纤维特殊热处理     甲壳胺纤维纺丝成形后，假设在随后的枯燥过程中采用直接与间接的辐射照射、压缩空气吹射以及使用化学枯燥剂(如丙酮、异丙醇、甲醇)等各种技术对甲壳胺初生纤维进行热处理加工，那么纤维的性能与结构有很大的变化，机械性能有所提高。     (3)初生纤维交联处理法     针对甲壳质、甲壳胺在溶剂中的溶解度较小导致纤维强度不够的问题，没法对初生纤维进行交联处理以提高纤维强度。     方法之一是将脱乙酰度为95．28％±3％的高度脱乙酰化甲壳胺制成4％的原液，纺丝成形后浸没于含有戊二醛和乙二醛或其他二醛类的溶液中，这些醛类起着交联剂的作用。在一定的条件下醛基翻开与甲壳胺分子链上的羟基反响生成缩醛，理论上一个二醛分子可以与四个羟基反响，这样就将甲壳胺大分子像例络般联结在一起，随后再经水洗、烘干便得到强度提高了的甲壳胺纤维。交联剂浓度、反响温度、反响时间对纤维的最终强度都有影响。此外，不同的醛对纤维强度的影响也有很大差异。     方法之二是用磷酸和邻苯二甲酸盐作为交联剂对甲壳胺纤维进行交联改性，处理方法与前根本相同。     方法之三是用表氯醇(ECH)作交联剂。其优点是它并不影响甲壳胺环上阳离子氨基的作用，而氨基对甲壳胺纤维性能具有较大的影响。本方法最主要的优点是ECH可以提高甲壳胺纤维的湿强度。     (4)液晶纺丝法     甲壳质与纤维素的结构有较大的相似性，人们早已发现纤维素衍生物的液晶性并进行了许多研究。与此相比，对甲壳质及其衍生物的研究那么比拟落后。已经报道具有液晶性的甲壳质衍生物只有羟丙基甲壳胺、乙酸酯甲壳胺、N-邻苯二甲酰化甲壳胺、O-氰乙基甲壳胺、丁酸甲壳胺等少数几个品种。用液品性甲壳胺衍生物可以得到较高强度的膜和纤维产品。 3海藻纤维     海藻纤维吸湿、、易去除、高透氧、与人体相容性好，非常适合做医用外科材料，所以以海藻酸纤维为根底的医用敷料、纱布、绷带便得到了广泛应用。而为了得到高吸湿性海藻纤维，东华大学等现阶段采用钙／钠海藻纤维，或将海藻酸钠与其它高吸湿原料(如羧甲基纤维素)进行共混纺丝。 Masahiro Tachi制备吸湿性医疗敷料和绷带，而且吸湿后可以隔绝或阻止细菌的进入，防止伤口的感染；Otsuka T制的锌伤海藻纤维，有明显的抑菌效果和消肿效果。     国内外生产的海藻纤维，由于其含有大量的金属离子，所以纤维的强度较低，一般只能作为医用敷料使用，这就给海藻纤维的产业化生产带来一定的困难。青岛大学利用海藻酸钠分子中的仲羟基能与环氧氯丙烷发生醇羟基交联反响，制得交联海藻酸钠。由于交联反响所获得的醚键键能比原海藻酸钠分子之间的氯键键能强，同浓度海藻酸钠黏度明显上升，同时由交联海藻酸钠制备的海藻纤维物理机械性能得到提高。     功能性海藻纤维中较新的研究主要有纳米银海藻纤维和相变调温海藻纤维。     在保持海藻纤维原有性能的根底上，附加其他性能如抗菌、远红外等性能以改善其应用深度已成为这一领域的重要研究方向。通过在海藻酸纤维中参加具有抗菌性能的银离子，含银的海藻医用敷料吸收伤口的渗出液后，纤维与渗出液发生离子交换后，纤维高度膨胀，从而使随渗出液进入敷料的细菌失去活性，起到抑制细菌泳移的作用。而从纤维上释放出来的银离子可以杀死伤口渗出液中的细菌，从而阻止细菌的繁殖以及在病区内可能产生的交叉感染，可以使海藻酸医用敷料在具有高吸湿性的同时也具有很好的抗