摘要：纤维素是重要的可再生纤维原料。改善再生纤维素纤维生产的可持续性，减少对环境的冲击是再生纤维素纤维生产商的重要任务。本文重点介绍了近年来再生纤维素纤维技术的新进展，主要包括熔纺再生纤维素纤维、生物酶纤维素直接纺丝工艺、原纤化制纳米纤维素纤维以及高附加值铜氨纺粘非织造技术等，并对我国以粘胶纤维生产为主的再生纤维素纤维行业提出了环境友好发展建议。

　　关键词：环境友好；熔法纺再生纤维素纤维；粘胶纤维；铜氨纤维

　　中图分类号：TQ341文献标志码：A

　　近年来，新型溶剂的开发以及生物技术等的发展与应用，为替代传统粘胶纤维的高污染工艺提供了可能。与此同时，纤维素熔法纺丝工艺、Lyocell纺熔非织造布技术、原纤化制纳米级再生纤维素纤维等新技术和新成果也表明，再生纤维素纤维工业的发展与环境友好同行。

　　1再生纤维素纤维生产的环境评述

　　1.1粘胶纤维生产的环境因素分析

　　纤维素系可再生资源，可通过化学改性转化成多种高附加值的纤维产品。再生纤维素纤维生产可能带来的环境冲击，对纤维素资源的合理利用和企业的持续发展至关重要。以下就每生产一吨产品，涉及到的环境因素进行分析。（注：该部分所有数据均基于以针叶木溶解浆为原料的粘胶纤维。）

　　（1）大气环境

　　每生产一吨再生纤维素纤维对大气的冲击主要包括：氧化氮（NOx）排放量2.32kg，颗粒物0.63kg，二硫化碳0.95kg，总硫降低（TRC）0.08kg，挥发性有机化合物（VOC）1.85kg。

　　（2）碳足迹（GHG）

　　每生产一吨再生纤维素纤维的GHG排放为535kgCO2e，其中直接GHG排放245kgCO2e，占总GHG的46%；购买电力34kgCO2e，占6%；运输等56kgCO2e，占10%；添加剂200kgCO2e，占38%。

　　（3）能源

　　100%电能靠自给，为清洁能源；生物质（木材残留物）占90%，燃油占10%。

　　（4）残留物管理

　　总残留物对环境的冲击为350kg/t，其中已燃烧能源占80%，重复使用占6%，焚烧掩埋危险废物占14%。

　　（5）生产用水

　　水资源的利用对水环境的冲击包括：总悬浮物（TSS）1.44kg/t，BOD0.77kg/t，总氮0.23kg/t，总磷0.07kg/t，可吸附有机卤化物0.11kg/t，废水排放58.1m3/t。

　　1.2国内粘胶纤维生产的环境状况

　　国内再生纤维素纤维生产中，醋酯纤维主要用于烟用丝束，纺织用再生纤维素纤维基本采用粘胶纤维工艺，其中兰精（南京）纤维有限公司的短纤维生产在“三废”治理与管理水平上居领先水平，国内其他粘胶纤维企业尚无法与之相比。虽然如此，但依据2011年奥地利Lenzing（兰精）集团纤维素纤维生命循环的研究报告，兰精（南京）纤维有限公司的粘胶短纤维生产对环境的冲击还要远高于兰精集团奥地利工厂的指标。其中臭氧层损耗高达10倍，光化学氧化高3.6倍，环境毒性高2.4倍，详细数据如表1所示。这说明，即便是在国内达标的粘胶企业其环境状况也与国际水平有较大差距，这应该引起国内粘胶纤维行业的重视。

　　2再生纤维素纤维生产的环保新技术

　　2.1热塑性再生纤维素纤维熔法纺丝新技术

　　对纤维素分子链上的氢氧基进行化学改性处理，可以取得提升纤维素热塑性的明显效果。例如采用开环聚合方法，于纤维素主上链镶嵌环状酯基，可以制得热塑性纤维素衍生物，纤维素酯基可以是CH3—CO—或CH3CH2—CO—基团。亦可采用大型取代基与纤维素氢氧基进行酰化反应，进而制得热塑性纤维素，纤维素醚可以使用CH3—O—或CH3CH2—O—基团。

　　日本东丽公司开发了商品名为Foresse的熔融纺再生纤维素纤维，改性后的纤维素酯经过混合工序，送入挤压装置与水溶性塑化剂捏合，形成热塑性纤维素复合物料。热塑性纤维素的成形采用熔法纺丝工艺，卷绕速度为2000m/min。卷装的长丝纱需经过皂洗处理以去除塑化剂，亦可以织物的形式进行皂洗。东丽熔融法再生纤维素纤维的工艺流程为：标：模量30～50cN/dtex，遮光指数1.84，静电势2～3kV，标准吸湿率4.0%。

　　熔法成形可以有效地生产多类异形截面的纤维，亦便于更换品种，具有十分好的生产灵活性。目前已成功制得的热塑性再生纤维素纤维主要包括三叶形异形长丝、中空纤维和海岛型双组分纤维。其中中空纤维的表现比重0.80，孔隙率40%，非常适用于加工超轻织物，如单丝直径0.08dtex（直径3μm）的细旦丝，可以织制手感超柔软的纺织品。改性的异形截面熔融纺再生纤维素纤维具有吸湿快干的特点。

　　德国纺织与化纤研究所（ITCF）与Rhodia公司合作，制得具有优良膨润性和渗透性的三甲基甲硅烷纤维素（TMSC），而后采用熔法纺丝工艺，后经水解处理制得100%再生纤维素纤维。在这一工艺中，熔融纺温度低于250℃，纺丝卷绕速度为1000m/min。表2为该纤维的品质指标。

　　2.2纤维素纺熔非织造新技术

　　20世纪60年代，英国Courtaulds（考陶尔兹）公司、德国Enka（恩卡）公司开始进行以纤维素为初始原料的纺丝成网非织造技术研究。进入21世纪以来，众多的纤维生产商尝试改进纤维素非织造产品的性价比，纤维素纺熔技术与产品的开发日趋活跃。立足于Lyocell技术，兰精集团、美国Weyerhaeuser制浆造纸公司、欧洲Fraunhofer应用聚合物研究所和德国非织造机械制造商Reifenhauser（莱芬豪舍）公司、Biax等在纤维素直接成网技术上均进行了研究和探索。

　　2.2.1纤维素纺粘非织造新技术

　　德国Fraunhofer研究所、美国制浆造纸企业公司和莱芬豪舍合作进行纤维素纺丝成网非织造布产品的开发，试验以针叶木溶解浆为原料。以低聚合度原料浆粕制得低粘度Lyocell纺丝液，纤维素组分浓度7.5%。纺丝成网使用的纺丝板孔径为0.4mm，每孔挤出量为0.2g/（m2？min），纤网单丝纤度1dtex。以纤网克重22g/m2计，纤维素纺粘产品的品质指标为：湿态强力110N/m（MD）、95N/m（CD），伸长率19%～36%；干态强力700N/m（MD）、500N/m（CD），伸长率10%～20%。试验在幅宽为600mm的Reicofil试验设备上完成。

　　德国SME公司开发的全新纤维素纺粘非织造工艺采用NMMO/水溶液系统，纺丝成网装置具有结构简洁实用的特点，对初始浆粕的品质适应性好，并可最大限度将纤维素转化为纤维素网材，网的单丝直径分布在1～15μm范围内。产品适用于医用、卫生保健和防护服装等领域。目前这一装置和工艺正在商业化试验中。

　　台湾地区聚龙（Alon）公司采用NMMO溶剂系统，纤维素纺粘非织造产品的克重可控制在10～300g/m2之间，纤网强力MD>196N，CD>118N，单丝直径约15μm，空气透过率3500cm3/（cm2？min）。装置的加工速度为200m/min。

　　在纤维素纺粘非织造产品的开发中，Nanoval公司的Nanovlisz纤维素纺粘产品在细旦化和生产效率方面具有优势。该工艺采用DMMO溶剂系统，纺丝液浓度8%，商业化设备幅宽750mm，喷头孔密度250～400孔/m，纤网单丝直径分布为1～15μm。纺丝组件和喷头呈三排孔分布，排间距10mm，生产效率可达到20kg/（h？m）。

　　2.2.2纤维素熔喷非织造新技术

　　随着消费者环保诉求的日益强烈，近年来非织造布工业使用生物可降解原料的趋势明显增长。以纤维素为原料的熔喷非织造布的研究也取得了很大进展，这主要包括纤维原液的制备工艺、挤压装置，微细再生纤维素纤维成形、后整理技术等。Biax公司选择的NMMO溶剂系统，其纺丝液纤维素浓度控制在6%～15%之间。纺丝温度在70～120℃之间，溶剂回收率可达到99.6%。

　　Biax公司专门设计的纤维素熔喷成形组件为多排孔分布，喷头的孔密度为200孔/英寸，具有高产、高效特点。整个纺丝系统在高压条件下运行，挤出效率要大大高出传统熔喷系统。Biax的熔喷系统使用的纺丝液在常温下呈固状，随着温度变化其流动性能发生变化，所呈现出来的的物理状态和普通热塑性树脂十分相似。

　　使用的初始纤维素原料的平均聚合度DP在330～420之间。熔喷工艺的基本条件为：挤压机三区温度分别控制在165℃/198℃/230℃，法兰区温度为230℃，过滤网调节装置为230℃，输送泵温度为230℃；组件喷头的使用压力为650psi；热空气温度250℃，压力14psi。纤网单丝直径可控制在4～25μm内。表3为Lyocell与PP、PET熔喷非织造产品的性能特征。

　　实验室规模制得的Lyocell纤维素熔喷网，克重为50g/m2，在干态条件下，其纵横向强力比为75/60，干伸长比达1∶1。最大吸附率为0.3g/s，动态吸附能力7.0g/g（前/后，Gats），压力条件下的水吸附性能为6.5g/g。

　　目前，Lyocell纤维素熔喷试验在提高成本效率、可行的纺丝液配置及成形系统以及溶剂回收技术等方面的研究正稳步向商业化阶段推进。

　　纤维素熔喷材料取材于可再生资源，产品具有生物可降解性能，在高温条件下也具有较好的耐用性，制品的强度、抗静电性和染色性优越，可用于纸尿裤、卫生巾、医用绷带、揩巾和清洁袋等领域。工业领域的使用主要为空气过滤介质、液体过滤介质、电池隔膜等。

　　2.3原纤化纳米纤维素纤维的开发技术

　　采用原纤化工艺制备纳米纤维素纤维技术目前已实现了商业化运营，并由美国EFT公司建设了产能规模为300t/a的装置。

　　原纤化Lyocell纳米纤维，即通过原纤化和连续的撕裂（Splitting）作用，形成单丝直径在50～500nm之间的原纤化纳米纤维素纤维。原纤化纳米纤维素纤维网材具有静电纺或其他熔纺纳米纤维产品的基本技术特征，纤网中单纤的平均直径在300nm左右。以Lyocell纤维网的单丝直径分布为例，直径<200nm的纤维占15%，200nm的占21%，300nm的占23%，400nm的占14%，500nm的占10%。直径大于2～5μm的纤维所占比例很少，一般来说原纤化纳米纤维素纤维的长径比可达到1000∶1以上。

　　原纤化纳米纤维素纤维适用于加工特种纸制品、湿态或干态加工的多种工程用材料。据了解，EFT的原纤化纳米纤维材料已得到美国食品药品管理局（FDA）的使用认证。原纤化工艺对原料的适应性很强，除正规原料外，对含固量为20%的湿态颗粒料、含固量为5%的液态浆料亦可正常使用。

　　原纤化法制纳米纤维成本较低，同时更能适应规模化生产的需要。表4为原纤化Lyocell纳米纤维生产工艺与其他工艺生产效率的对比情况。

　　旭化成公司的纤维技术研究中心通过原纤化技术，成功制得了纳米再生纤维素纤维非织造布。该产品的单纤直径在30～400nm之间，克重为3～20g/m2。纤网的透明度为70%（浸入苯溶剂中），厚度7μm，干态强力为8.8～12.7N/15mm。

　　原纤化Lyocell纳米纤维的湿态纸制品，孔隙尺寸<1mm，目前已在空气过滤、液体过滤、医用屏蔽材料和室内清洁揩巾等领域得到使用。旭化成公司开发的纳米纤维网材具有十分好的热性能，是功能性过滤、高性能电池隔膜材料的理想选择。

　　2.4生物基再生纤维素纤维生产技术

　　欧盟开展的EO-PR6计划系采用安全、可生物降解的生物酶纤维素为原料，将其直接溶于碱溶液，进而纺制新型再生纤维素纤维。该方法摒弃了传统粘胶纤维生产中使用的溶剂CS2和纤维素磺化工序。目前其生物基再生纤维素纤维（Biocelsol）已进入半放大试验（semi-pilot）阶段。

　　2.4.1生物酶纤维素制备

　　首先将初始纤维素原料进行机械粉碎处理，时间为5h；生物酶在50℃下处理3～5h，pH值控制在5左右。生物酶制剂采用已商业化的市场供给产品，生物酶处理得率在97%左右。表5为采用生物酶工艺的Biocelsol纤维素与普通粘胶的技术特征。

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