工艺技术

纤维素直接成网技术的新进展

发布日期:2021-03-19 点击数:17

纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,预计占生物质总量的2%。纤维素及其衍生物在各个领域的用量急剧增长。纤维素是纤维的基本组成部分之一,主要用途是制浆造纸,亦可加工成人造纤维及一系列衍生产品,另外,将纤维素转化为生物燃料也在研究中。在选择与使用生物质时一般遵循以下原则:土地使用量少;对生物多样性无潜在危险;不会对粮食供给产生威胁。

常用可再生纤维素资源的主要组分(单位%


 

纤维素直接成网是纤维材料工业重要的研究开发课题。Lyocell纤维展现出较好的经济和环境效益,并在纺织品和非织造布产品市场备受青睐。其纺丝液具有适合直接成网的基本技术特征,本世纪初已经有人进行基于新溶剂系统和熔喷法工艺直接成网技术的可行性研究,其后数支研究队伍相继投入纤维素直接成网技术的研究与开发工作。

 

LENZINGTM Web Technology成网技术

采用LENZINGTM Web Technology可生产新一代生物基非织造布产品,其加工工艺大致为:以NMMO水溶液为溶剂的纺丝液配制-纺丝-凝固-成网-洗涤-水刺-干燥-卷取。这种100%纤维素直接成网产品克重为15 80 g/m2,网材白度好,兼有良好的干态网透明度。网材单丝的平均直径在 5 40 μm之间,纤网伸长低,尺寸稳定性好,无味。且无后加工助剂,无聚合物类黏结剂。由其生产的产品柔软性、吸湿性优异,并表现出良好的屏蔽性能,在医疗和卫生保健用品领域具有十分好的应用潜力。

 

Nanoval工艺

分裂纺丝技术源于Laval喷嘴纺丝方法,技术特征与熔喷技术相近,成网单丝直径在亚微米级。标准条件下,纤网的单丝直径在3.5 10 μm之间,而采用Nanoval工艺可得到单丝直径在0.4 1.5 μm范围内的产品。分裂纺产品的能耗通常可达到0.4 0.8 kW•h/kg,意味着生产同样单丝直径的纤网其能效是传统熔喷工艺的15倍,因此也被认为是可与熔喷法竞争的技术。

进入新世纪以来,Nanoval公司与TITK研究所合作,基于分裂纺工艺探索开发纤维素直接成网新产品。选择使用纤维素/NMMO/水纺丝液系统,棉短绒原料平均聚合度(DP)约为465,配置的纺丝液质量分数为12%;使用溶解浆(DP650),原液中纤维素的质量分数为11%Nanoval公司的100%纤维素直接成网产品已进入商业化生产。


 

溶液吹纺法(SBS

溶液吹纺法已被广泛用于开发亚微米级纤维,如利用可再生资源制备纤维素非织造布网材。瑞典RISE研究所的研究人员利用SBS技术成功制得了100%纤维素非织造布网材,是一种高效、无毒的方法。SBS方法通过高速气流对纺丝溶液进行超细拉伸,制得微纳米纤维,并使溶剂挥发。较之于静电纺丝法的高压电场其更易于模拟放大,因此可作为商业化生产方案之一。选用黏度为465 mL/g的亚硫酸盐浆粕为原料,粉料外形尺度<1 mm,溶解前需干燥处理,烘燥时间 4 h,温度105 ℃;选择使用1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐([EMIM]OAc)溶剂系统,纤维素质量分数为2% 12%,使用Biax公司喷头,基础纺丝速率最高2.3 mL/min,温度65 95 ℃,成形组件与收集装置的间距为20 30 cm。得到的100%纤维素非织造布网材克重为28 g/m2,单丝直径分布在 2 20 μm范围内。研究试验显示,当[EMIM]OAc溶剂系统纺丝液的剪切黏度为100 Pa•s时,可成功得到单丝直径在亚微米级的非织造布网材,试验设备可适应纤维素溶液吹纺工艺的要求。SBS技术作为一种沉积成形方法具有制备多功能纤维素材料的条件,如用于生产阻燃、抗菌以及具有疏水功能的非织造布网材。

(来源:纺织导报)

 

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