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      [再生纖維素] 生物基再生纖維的加工過程

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      發表于 2020-9-18 23:08:42 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
      以再生纖維素纖維為例,其加工過程可大體分為纖維素原料預處理加工和纖維成型加工兩道工序:

      纖維素原料預處理加工:來自于原料中的纖維素不能直接利用,需要經過提純處理才可以用于制備纖維,提純處理的目的是將原料中的木質素、半纖維素等物質去除,然后將其制成漿粕(制漿過程)。常用的處理方式有化學處理,大多是采用酸堿水解的方式進行處理,但是這種處理方式對于環境的危害較大,已經逐漸開發了多種新型處理方式,如生物處理(利用真菌和細菌去除木質素、角質以及其他物質)、酶處理、物理處理(利用機械力、高能輻射、微波處理)、蒸汽爆破等。

      最開始制作纖維所需要的纖維素主要來自于棉花、木材,但是受到我國耕地面積和林業資源的限制,原料來源開始向我國其他的可再生資源轉移,比如竹、麻、香蕉、甘蔗等,尤其是一些農副產品,比如甘蔗渣、農作物秸稈、椰子殼等,利用這些農副產品作為纖維的原料可以實現變廢為寶,降低產品成本,為擴大產量提供了廣闊的可能。

      纖維素成型加工

      纖維成型加工:對纖維原料進行預處理之后,接下來就是纖維成型加工,已經實現工業化的紡絲技術是溶液紡絲,其中最為典型的是粘膠法和直接溶劑法。

      再生纖維素纖維生產工藝流程圖

      粘膠法是最廣泛采用的纖維素纖維生產方法,先將纖維素用強堿處理生成堿纖維素,再與二硫化碳反應得到纖維素磺酸鈉,再將該衍生物溶于強堿中制成粘膠(紡絲液),紡絲溶液從噴頭的細孔中壓入由硫酸、硫酸鈉和少量硫酸鋅所組成的凝固浴中凝固、再生,經過拉伸等加工后得到人造纖維。生產過程包含復雜的化學反應,工藝流程長,生產效率低,并生產CS2、H2S等廢氣、含酸、堿、Zn2+的廢水、含CaO、Al2O3、MgO、Fe2O3等的污泥,消耗大量水、電、煤等能源。

      新溶劑法再生纖維素纖維生產工藝流程

      直接溶劑法的代表是以N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)為代表的新溶劑體系的開發。NMMO法生產工藝是一種不經過化學反應而制得纖維素纖維的過程,首先將漿粕與含結晶水的NMMO充分混合、溶脹,然后減壓除去大部分結晶水,溶解,形成一穩定、透明、粘稠的紡絲原液,經過濾、脫泡后紡絲。具有工藝流程短、污染小、溶解性能好等優點。NMMO法生產的再生纖維素纖維稱為“Lyocell纖維”(萊賽爾),它被譽為21世紀的綠色纖維。

      由上述內容可看出,溶劑法可以省略一系列化學處理的過程,縮短了生產流程,減少了污染。目前國內外研究人員正致力于其他溶劑體系的開發。

      其他溶劑有離子液體和低溫堿/尿素體系等,其中低溫堿/尿素體系是由我國自主研發的纖維素溶解體系。

      纖維素纖維清潔化加工工藝的研究還包括纖維素酯的熔融紡絲法,即通過生物質原料的衍生化制備纖維原料,然后再進行熔融紡絲。然而由于天然生物質原料化學結構復雜,包含多個羥基官能團,容易發生高溫降解,其工藝雖已有報道,但尚未形成商品。

      編寫丨東華大學材料科學與工程學院 王華平教授
                 東華大學紡織協同創新中心 烏婧副教授
      審稿丨中國紡織科學研究院原副院長、顧問 趙慶章


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