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可再生纤维道路的艰辛探索
发布时间:2019/3/30   浏览量:891

上个世纪初,为了解决棉花资源短缺的状况,第一代再生纤维素纤维——普通粘胶纤维实现了工业化生产。此后,随着技术进步和研究范围的拓展,可再生纤维衍生出了其他类型。到目前为止,可再生纤维大致可以分为几类:纤维素纤维、甲壳素纤维、藻类纤维,以及聚乳酸纤维、PTT纤维等其他品种。

  最好的“范本”

  纤维素纤维是可再生纤维中的大类,也是发展可再生资源的关键。目前,全球天然纤维素产量达到1000亿吨/年,而世界纺织业的纤维素用量不到2200万吨/年。

  如果说奥地利兰精公司在上世纪80年代生产的Model纤维是世界纤维素纤维开发的典范,那么对树木资源缺乏的中国而言,粘胶纤维的发展更具“范本”意义。

  迄今为止,粘胶纤维仍在纤维素纤维家族中具有举足轻重的地位。在前不久召开的第十五届中国国际化纤会议上,国内粘胶纤维的相关企业来了一次大集合。虽然需求形势依然严峻,内外部环境还很恶劣,但他们对行业的未来仍然信心十足。

  让这些企业保持信心的理由,除了粘胶纤维本身具有一系列可贵的物理机械性能和符合卫生要求的性质,并通过产品创新、提高质量和染色水平,大大拓宽了应用领域之外,还因为行业已经在清洁生产方面取得了阶段性胜利,而且仍在不断研发新技术,改进不合理的生产方式。如山东海龙开发的废水综合处理技术,浙江富丽达开发的废气处理技术等,都为建立环境友好型行业奠定了基础。

  业内人士指出,粘胶纤维行业今后的持续发展,必须依靠三方面的创新:工艺技术与装备创新,产品创新,原料应用创新。工艺技术及装备创新使中国粘胶纤维行业实现了生产装备的大容量、柔性化、低污染、低能耗,开辟了我国粘胶纤维产业发展的新时代。高湿模量粘胶纤维、硅系、磷系阻燃粘胶纤维等新品种,拓宽了粘胶纤维的应用领域。尤其在国内外需求形势严峻的当下,产品创新具有重要的现实意义。

  目前,粘胶纤维原料中应用成熟的主要有棉浆和木浆。受棉花产量增长的限制,棉浆粕资源增长将受到较大制约;在木浆应用方面,国外速生材发展较成熟,但国内木材资源紧缺,林浆一体化将受到较大影响。因此,原料应用创新是当前粘胶纤维发展面临的重大课题。目前,行业已成功开发了竹、麻、棉杆等制浆原料,随着技术发展,原料来源将得到进一步拓展。

  新鲜的血液

  虽然可再生资源纤维有着其他纤维不可比拟的优势,但对它进行大范围推广仍然受到多重因素的限制。与石油基纤维材料相比,可再生纤维的原料复杂多样,难以控制。同时,它的加工适应性差,制成率低。因此,力学性能低、生产成本高是限制可再生资源纤维利用的主要瓶颈。

  来源于节肢动物、软体动物、环节动物,通过壳聚糖纺丝工艺制成的甲壳素纤维,具有良好的生物活性、生物降解性,毒性极低;采用天然海藻中的提取物纺丝加工而成的海藻纤维,具有良好的生物相容性、可降解吸收性、生物相容性等特殊性质;聚乳酸以淀粉、糖类发酵的L-型乳酸聚合而成,一切农产品,甚至普通植物都可提取淀粉生产聚乳酸,用以摆脱石油资源的威胁;PTT纤维的主要原料1,3-PDO可以采用生物工程技术生产,标志着传统石油化纤的聚酯产品开始摆脱对石油的依赖……丰富的可再生纤维品种,不断为可再生纤维家族注入新鲜血液。

  工艺的斟酌

  不可否认,很多纤维生成过程中使用的大量诸如NaOH、H2SO4等化学物质,排放出H2S、SO2等有毒气体和含锌废水,都会对空气和水造成污染,使生态环境遭到破坏。为此,除了在传统生产过程中做到节能减排,更彻底的办法是研究应用环保的生产工艺,实现全程清洁生产。比如纤维素熔体纺丝和利用溶剂法生产纤维。

  将纤维素进行热可塑化后,用环境负荷小的熔融纺丝法将其纤维化,生产出新纤维的过程,是纤维素熔体纺丝过程。与传统干法或湿法纺丝工艺相比,此法省去了使用溶剂和溶剂回收的步骤,无有毒副产物产生,对能源需求较低。

  溶剂法生产纤维素中,比较成功的案例是Lyocell纤维的生产工艺。它是将木浆溶于NMMO溶剂体系,不经化学反应,用干喷湿法工艺得到的新一代再生纤维素纤维。废弃物可自然降解,生产过程中的氧化胺溶剂可99.5%回收再用,毒性极低,且不污染环境。

  1980年,德国Akzo Nobel公司首先取得了该工艺和产品专利,后由英国Courtaulds公司和奥地利Lenzing(兰精)公司成功将其商业化,推向世界各地市场。到2004年5月,兰精公司全面收购了Lyocell纤维(包括长丝和短纤)的生产业务,一度垄断了全球市场。Lyocell纤维于20世纪90年代中期进入中国市场,引发了我国Lyocell纤维系列产品的研发生产热潮。

  自20世纪90年代后期起,东华大学、上海纺织控股集团等单位进行了长期研究,并和德国某研究所进行联合攻关,取得了一些成功。目前,Lyocell纤维产业化的相关问题还有待进一步解决。但可以预计,随着该纤维国产化成功,产量不断扩大,我国Lyocell纤维的市场价格将不断走低。