Tencel纤维的生产工艺,染整加工过程及前景

Tencel纤维的生产工艺、染整加工技术及其在纺织服装方面的应用前言随着人类对合理利用有限天然资源和对环境保护观念的深入，再生纤维素纤维的绿色制造技术越来越受到人们的重视。Tencel纤维是上个世纪末才实现工业化生产的一种新型的再生纤维素纤维，它是通过将天然纤维素原料（浆粕）直接溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物（简称NMMO）和水的混合溶剂中，进行特殊纺丝制得的，因而又称为溶剂法纤维素纤维。国际人造纤维标准化局（BISF）将Tencel纤维作了定义：一种用有机溶剂纺制而成的新的纤维素纤维的通称，包括长丝、短纤维、薄膜等。溶剂纺丝不同于传统的纤维素酯化，在纤维素溶解与纺丝时不生成纤维素衍生物。Tencel纤维已经通过国际化标准组织（ISO）备案，被列为与Gupro、Model、Viscose、Acetate、Triacetate并列的六大纤维素纤维成员之一。天丝简介Tencel纤维，音译为坦西尔纤维，又叫做“天丝”，是以针叶树为主的木浆、水和溶剂氧化胺混合，加热至完全溶解，在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用，经除杂而直接纺丝，其分子结构是简单的碳水化合物。天丝纤维在泥土中能完全分解，对环境无污染；另外，生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害，几乎完全能回收，可反复使用，生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，是环保或绿色纤维。天丝品牌目前使用Tencel(天丝)的有国际著名品牌Diesel、DKNY、ESMA艾诗曼家纺等十五个，以及国内知名品牌维科、逸飞、雅戈尔、男士令、恒源祥、汤尼威尔、巴豹、Sundance（圣得西）、acetex等。天丝特性1.天丝的规格:细度:1.4dtex.1.7dtex.2.4dtex.3.3dtex.平均长度:38mm51mm(适合棉纺中长型纺纱.)60mm80mm(适合毛纺系统纺纱.)型号:标准型(G100)为原纤化天丝.A100型称为非原纤化天丝.2.天丝的特性:天丝兼具普通型粘胶纤维优良的吸湿性，柔滑性，飘逸性，舒适性等优点外，克服了普通粘胶纤维强力低,尤其是湿强低的缺陷,它的强力几乎与涤纶相近.天丝物化性能:外观:白色.有光.纤维截面呈圆形.比重:1.5.回潮率：11%熔点：无着火点：约400度毒害测试：按照欧洲67/584/EEC及其它相关规定，天丝纤维不属有害物品，其中天丝A100是一种非原纤化纤维，在纺标准型天丝后，通过用Axis助剂交联处理后，使天丝纤维不会发生原纤化。根据日本家用纺织品有害物质含量规定，测试结果为低甲醛，在规定范围内。Tencel纤维与其他纤维物理性能比较项目Tencel纤维粘胶纤维波里诺西克纤维棉纤维线密度/tex0.170.170.170.17强度cN/tex37.9～42.322.1～25.633.53～36.220.3～23伸度/(％)14～1620～2513～157湿强cN/tex34.4～37.99.7～15.018.5～21.225.6～30湿伸度/(％)16～1825～3013～1512水膨润度/(％)6590755Tencel纤维生产工艺Tencel是一种溶剂型纤维素纤维，原料来自木材，可不断自然再生，将木材制成木浆，采用（NMMO）纺丝工艺，将木浆溶解在氧化铵溶剂直接纺丝，完全在物理作用下完成，氧化铵溶剂循环使用，回收率达99%以上，无毒、无污染、天丝产品使用后可生化降解，不会对环境造成污染。天丝G100与天丝A100的区别之处天丝(Tencel)是Lyocell纤维的商品名称。是采用N-甲氧基吗啉(简称NMMO)的水溶液溶解纤维素后，进行湿法纺丝生产的一种高湿模量再生纤维素纤维。生产在密闭系统中进行，有机溶剂NMMO的回收率可达到99%以上，对环境无害。Lyocell纤维可生物降解。天丝纤维有长丝和短纤维，短纤维分普通型(未交联型)和交联型。前者就是TencelG100，后者是TencelA100。两者区别首先从生产工艺上：TencelG100：木浆NMMO溶解过滤纺丝凝固浴凝固水洗干燥卷曲切断成纤维TencelA100：未烘干的纤维丝束交联剂处理高温焙烘水洗烘干卷曲普通型TencelG100纤维具有很高的吸湿膨润性，特别是径向。膨润率高达40%-70%。当纤维在水中膨润时，纤维轴向分子间的氢键等结合力被拆开，在受到机械作用时，纤维沿轴向分裂，形成较长的原纤。利用普通型TencelG100纤维易于原纤的特性可将织物加工成桃皮绒风格。交联型TencelA100纤维素分子中的羟基与含有三个活性基的交联剂反应，在纤维素分子间形成交联，可以减少Lyocell纤维的原纤化倾向，可以加工光洁风格的织物，而且在服用过程中不易起毛起球。Tencel纤维聚合度聚合度表示聚合体中分子的大小程度，Tencel纤维的聚合度较高，与原料浆粕的聚合度非常相似，具体如下所示。纤维名称聚合度普通浆粕200～600Tencel纤维500～550普通粘胶纤维250～300高湿模量粘胶纤维350～450强力粘胶纤维300～350波里诺西克纤维500左右在一般情况下，随着聚合度的提高，纤维具有如下性能：纤维取向度、结晶度提高纤维具有高强、低伸性能纤维耐碱性提高纤维结节强度、弹性模量提高。随着纤维聚合度的提高，纺织品加工的适应性，织物尺寸稳定性,耐洗性也相应提高，作为服装面料也扩大了适应性。Tencel纤维的性能分析1、较高的干强和湿强。2、Tencel的应力应变特点便它与纤维素纤维间抱合力较大，较易混纺。Tencel纤维3、高湿模量赋于Tencel织物缩水率很低。纱线缩水率仅为--044%。4、高强度适于制造超细纤维。适于织造轻薄织物（80g/m2）和厚重织物。5、Tencel织物可用传统纤维素纤维的预处理，漂白和染色工艺进行加工。6、Tencel纤维圆形截面和纵向良好的外观使Tencel织物具有丝绸般的光泽，优良的手感和悬垂性，服装具有飘逸感。7、Tencel具有原纤化的特性。易原纤化、摩擦后起毛，呈现出桃皮绒感。天丝纤维截面均一，但原纤间结合较弱且没有弹性，如受机械摩擦，纤维外层会发生断裂，形成长度约1~4微米的毛茸，特别在湿态情况下，更易产生，严重时还会缠结成棉粒。但在湿热的环境下面料会稍微变硬，这是较大的缺点。通过对原纤化的控制，可做成桃皮绒，砂洗，天鹅绒等多种表面效果的织物，形成全新美感，适合开发具有新的细条，光学可变性的新潮产品。天丝纤维的生产工艺Tencel纤维生产工艺就是用N-甲替吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂的纺丝工艺。其具体方法是把纤维素浆粕与N-甲替吗啉-N-氧化物(NMMO)直接混合，加入添加剂（如CaCl2）和抗氧化剂（如PG）以防止纤维在溶解过程中氧化分解，并调节溶液的粘性和改善纤维的性能。控制水分的含量小于133%，使之达到最好不溶解能力。在85-125℃下溶解，得到较高浓度的溶液，溶液经过滤，脱泡，在88-125℃下用湿法或干法纺丝，在低温水溶或水/NMMO体系凝固成形，经拉伸，水洗，去油，干燥和溶剂回收等工序，制成Tencel纤维。生产Tencel纤维的原材料以针叶树为原料，采用于喷湿法纺丝，其工艺流程为：浆粕一预混一溶解于氧化胺一除杂一水中凝固一后加工。溶剂NMMO为叔胺氧化物,其中的N、O与纤维素上的羟基形成氢键,使纤维素溶解。溶解纤维素的溶剂，有以下四大类:LiCl/DMAc、TFA/CH2Cl2、DMSO/PF、NMMO/H2O。其中使用NMMO/H2O的技术最成熟,只有使用它才能实现大批量的工业生产。NMMO回收率大于99%才能保证Tencel纤维生产的经济运行，这也是我们为什么选择NMMO做溶剂的原因。NMMO的制备制备方法一般为：二乙醇胺加硫酸脱水制成吗啉，再甲基化制成甲基吗啉，然后用过氧化氢氧化。由于NMMO性能不稳定，极易变质，一般都是用时现配。溶解机理纤维素羟基中氢原子呈酸性性质，NaOH能使浆粕膨润；叔胺氧化物的氧原子有较大活性，当NMMO与纤维素在一起时，纤维素羟基的氧原子与胺氧化物的氧原子先形成强的氧键，使纤维素与NMMO之间形成络合物，在过量的NMMO溶剂化作用下，纤维素逐渐达到溶解。氧化胺具有破坏甚至位于纤维素结晶区的氢键的能力。但NMMO对纤维素的溶解条件是很苛刻的，它紧在一个很窄的范围内溶解纤维素，在含水15～20%时溶解性能最好，可得到30%的纤维素溶液。纺丝液的制备和制丝溶解、纺丝设备流程图1—料斗；2—搅拌叶;3—悬浮液;4—螺杆;5—排气孔;6—计量区;7—过滤器;8—静态混合器;9—计量泵;10—导管;11—喷丝头;12—纺丝流体;13—导丝辊;14—凝固浴;15—导丝辊;16—卷绕辊Tencel纤维在生产过程中条件的控制：1）体系中纤维素含量2）NMMO中结合水的含量3）纺丝液温度4）凝固浴组成及温度5）拉伸比6）喷丝头到凝固浴液面的空气距离天丝纤维生产流程图溶剂回收的几种方法1.凝聚法加入聚丙烯酰胺类絮凝剂，除去其中的固态和胶态的非溶解性杂质。2.过滤法分粗滤和深度过滤两种，主要去除溶液中的固体性杂质。3.离子交换法阴离子交换树脂可以去除溶液中降解的阴离子，使溶液脱色；阳离子交换树脂可以去除溶液中溶解的吗啉、Ｎ一甲基吗啉和铁铜等阳离子性杂质。4.双氧水氧化法将回收液中的Ｎ一甲基吗啉氧化成ＮＭＭO。5.吸附法用活性碳、氧化铝、分子筛和硅藻等来吸附。6.紫外光照射法回收液中含有的微量吗啉极易被氧化成强致癌性的Ｎ一亚硝基吗啉，用低压汞灯发出的波长２５４nm的紫外光照射，可以有效破坏Ｎ一亚硝基吗啉。Tencel纤维与粘胶纤维的比较粘胶纤维和Tencel纤维同属于再生纤维素纤维。毫无疑问，粘胶纤维行业所面临的严峻形势主要还是环境问题。2005年我国生产粘胶纤维118万吨，约占全世界产量的50％，大约有1/3的量是低价格出口，污染源则留在国内，环境代价太大了。工艺过程比较:从生产工艺上看，粘胶纤维的生产工艺复杂，所用化学药品多，所需要的设备台数多。碱化、黄化反应均为多相反应，副反应多，不容易控制；粘胶溶液随温度、时间的变化不断地发生皂化、水解反应，难以实现产品质量均一。粘胶工艺总停留时间长约24小时，而Tencel纤维的工艺流程则相对简单，总停留时间只有3～6小时。对环境影响程度比较:粘胶纤维生产的每一生产过程，几乎都有废气产生，据估计，每生产一吨粘胶纤维，大约有150m3气体释放出来，主要是H2S、CS2，还有少量的SO2、甲硫醇、糠硫醇等。每生产一吨粘胶纤维通常要排放500～1200吨废水，废水中含有烧碱、硫化物、硫酸、硫酸盐等多种化学成分，其中锌的危害性最大，对淡水植物、浮游生物都有强烈的毒害性。另外还有大量的有毒化合物的废渣排出。尤其对废气的回收治理,目前没有可以经济运行的工业化方法。Tencel纤维的生产符合环保要求，溶剂NMMO几乎是闭路循环。这种新的溶剂法纤维素纤维合的生产工艺是一种不经过化学反应生产纤维素纤维的新工艺，采用封闭式的溶解、纺丝、溶剂回收工艺流程，耗水量紧为粘胶生产的1/10，排放废水无毒且量少，对环境无污染。产品性能比较：Tencel纤维的化学结构与粘胶纤维基本相同，除了具有天然纤维本身的特性如吸湿性、透气性、舒适性、光泽性、可染色性和可生物降解性外，还具有良好的强伸特性，适宜与其他天然纤维或合成纤维混纺。还能经受剧烈的机械和化学处理，使织物有仿丝、棉、麻、毛等各种手感。根据Tencel纤维的特性和成品的要求，常规Tencel织物的染整加工一般采用前处理、初级原纤化及后续染整加工。由于Tencel纤维纺丝后超分子晶体含有原纤明显，有高取向度、结晶度和高溶胀性，织物润湿后纤维横向增大，织物会变硬，造成擦伤。为防止织物在湿态时受到机械摩擦作用，发生过早不均匀的原纤化及擦伤等问题，根据Tencel特性，采用平幅加工的前处理工艺。Tencel织物的前处理烧毛烧毛的目的是去除Tencel纤维织物表面不规则的茸毛，以有利于后续染整加工，采用二正二反气体烧毛，车速为90-ll0m／min，烧毛质量要求达到3～4级。烧毛机有气体烧毛机、热板烧毛机