《特种纤维介绍》PPT课件.ppt

新型化学纤维 第一章新型化学纤维概述 内容提要新型化纤概念纤维分类纤维发展概况纤维发展方向本课程新型化纤分类 教学要求 了解纤维发展概况熟悉纤维发展趋势和方向掌握新型化纤概念及分类 一 纤维分类 纤维 Fiber 的概念细而长的丝状物 通常是指长径比100 直径小于0 2mm 化纤纤维非天然生成的纤维 新型化纤纤维具有与传统纤维不同特性的一大类纤维总称 纤维分类 纤维可以按来源 用途 组成 性能以及生成工艺等进行分类 化学纤维 天然纤维 棉 麻 毛 丝 石棉 纤维 人造纤维 粘胶 莫代而 高湿模量高强度 Lyocell等 合成纤维 涤纶 锦纶 腈纶 芳纶等 例如按来源分类 二 纤维的发展概况 纺织纤维发展统计数据 二 纤维的发展概况 从20世纪50年代初到新世纪的前7年 棉纤维占纺织纤维72 7 的比例下降到40 0 降幅32 7个百分点 分析主要原因是化学纤维的生产量加快 同时期非棉纤维增长了约5倍为3354 5万吨 而棉纤维仅增长2倍 为2236万吨 从1960年到2006年 非棉纤维的增长率4 7 而棉纤维的增长率为2 0 世界各地区化学纤维主要生产国 中国 印度 美国 日本 韩国 三 化学纤维发展方向 1 差别化纤维率先兴起世界差别化纤维占40 1 异型纤维 赋予产品光泽 手感 保暖 耐污 蓬松 耐磨 导湿等特性 2 复合纤维 不同组分的收缩性 三维卷曲纤维 3 超细纤维 纤维质地柔软 光泽柔和 织物悬垂性好 纤维比表面积大 仿真丝 桃皮绒织物 仿麂皮 4 易染纤维 对于不易染色的合成纤维采用单体共聚 聚合物共混或嵌段共聚 阳离子可染涤纶 酸性染料可染涤纶 酸性染料可染腈纶等 2 功能性纤维悄然问世发达国家功能性纺织品占全部纺织品的比重 日本39 美国28 欧洲21 1 保护功能纤维 防辐射纤维 阻燃纤维 防紫外线纤维 抗静电纤维 2 物质分离功能纤维 离子交换纤维 吸附纤维 中空纤维分离膜 3 卫生保健功能纤维 抗菌纤维 防臭纤维 生物活性纤维 香味纤维 远红外纤维 4 传导纤维 光导纤维 导电纤维 超导纤维 3 高性能纤维异军突起 1 耐高温纤维 芳纶1313 Nomex 芳纶1414 Kevlar 聚苯并咪唑 PBI 纤维 2 超高强度纤维 超高分子量聚乙烯纤维 3 高强度 高模量 耐热性 阻燃性纤维 聚苯并双恶唑 PBO 纤维 5 最耐腐蚀 最难燃纤维 聚四氟乙烯 PTFE 纤维 6 无机纤维 碳纤维 耐热 自润滑 不锈钢纤维 防电磁波 防静电 导电 耐切割 4 21世纪的新宠 绿色环保纤维 1 新型再生纤维素纤维 Lyocell 竹浆纤维 甲壳素纤维 Modal纤维 2 新型再生蛋白质纤维 大豆蛋白纤维 5 可生物降解纤维 聚乳酸 PLA 5 未来的化学纤维 智能化纤维材料 1 纳米纤维 2 温控纤维 3 环境自适应纤维 四 新型化学纤维分类 1 新型再生纤维素纤维 Lyocell 竹浆纤维 甲壳素纤维 Modal纤维2 新型再生蛋白质纤维 大豆蛋白纤维 牛奶蛋白纤维 蛹蛋白纤维 蜘蛛蛋白纤维等3 新型服用合成纤维 聚乳酸纤维 异形纤维 超细纤维 水溶性纤维 抗静电纤维4 特种纤维 高强纤维 耐热纤维 阻燃纤维 思考题 1 新型化纤的含义是什么 2 新型化纤的分类 3 简述纤维发展的三个方向 第二章新型再生纤维 再生纤维又叫人造丝 是以已有的天然植物或动物纤维为原料 通过不破坏其纤维基本结构的物理或化学的方法进行加工 以改善原纤维的性能为目的而生产的一类纤维的总称 特点 原料易得可循环利用环境污染小 新型再生纤维分类 Lyocell纤维 Modal纤维蛋白纤维竹纤维粘胶基甲壳素纤维 第一节Lyocell纤维 要求了解Lyocell的发展历史及世界上的商品名 主要生产商 熟悉Lyocell的生产工艺掌握Lyocell的结构和性能的关系 一 基本概念 定义 采用N 甲基吗啉 N 氧化物 NMMO 的水溶液溶解纤维素后进行纺丝再生出来的纤维 NMMO 分子式 C5H11NO2分子量 117 15CAS No 7529 22 8性状 无色或淡黄色液体 类似氨臭味沸点 118 5 凝固点 20 自燃点 130 可溶性 易溶比重 1 14纯度 wt 60 50 用途 可用于有机合成 环氧树脂催化剂 纤维素溶液的溶剂及热稳定剂 二 发展史 1980年 AkzoNobel公司专利 1989年 布鲁塞尔国际人造丝及合成纤维标准局 BISFA 命名 Lyocell 1992年 美国联邦贸易委员会 Lyocell 1987和1990年 AkzoNobel公司分别将生产Lyocell纤维的专利转让给奥地利Lenzing公司和英国Courtaulds公司 1993年 英国Courtaulds公司在美国Mobile生产 纤维商品名称Tencel 1998年 由Courtaulds公司和AkzoNobel公司合资成立Acordis公司在英国Crimsby生产 纤维商品名称CourtauldsLyocell 1999年 LenzingAG公司在奥地利Heiligenkreuz生产 纤维商品名称LenzingLyocell 2000年 AkzoNobel公司和Lenzing公司合资 在德国Obernburg生产 纤维商品名称Newcell 2000年 台湾聚隆纤维股份有限公司 纤维商品名称Acell 2003年 韩国Hanil合成纤维公司 纤维商品名称Cocel NMMO溶解纤维素机理 甲基胺氧化物的氧原子有很强的极性 能与纤维素大分子上的羟基形成强的氢键 生成纤维素 NMMO络合物 而使纤维素溶解 络合作用先是在纤维素的非晶区内进行 破坏了纤维素大分子间原有的氢键 由于过量的NMMO溶剂存在 络合作用逐渐深入到结晶区内 最终使纤维素溶解 Lyocell特点 生产原料及生产过程对环境没有或者很少污染生产过程简单具有优良的性能 三 生产工艺 Lyocell生产工艺流程图 1 原料准备 木浆或棉浆纤维素含量为96 5 99 原料浆粕的聚合度控制在650 700杂质含量有一定要求 Fe 0 05ppm Cl 1 0ppm Cu 0 01ppm Mn 0 001 0 002ppm 其它元素 0 01ppm浆粕要经过粉碎NMMO不超过2个结晶水含量的NMMONMMO含水量13 18 2 纺丝液制备 纤维素的溶解溶解过程可分为混合 浸润 膨润 溶胀 溶解五个环节 在整个溶解过程为非连续式的 溶解时间较长 将粉末状纤维素 NMMO和过量水配成悬浊液 加热至90 125 均匀搅拌 浆粕先溶胀 继而溶解 经2h左右 得到稍呈褐色的透明而粘稠的溶液 其纤维素含量约15 18 粘度约700 750Pa s 将经过粉碎的定量的浆粕 投入60 NMMO水溶液中 然后将混合物加热蒸发 提高NMMO浓度 纤维素开始先溶胀 然后慢慢溶解 当混合物中水分降低至13 19 时 纤维素被完全溶解 过滤脱泡 原液过滤和脱泡在80 以上的保温状态下进行过滤时间越快越好 通常采用压滤机 1 称重传送皮带2 马达3 转子4 物料进口5 加热介质进口6 旋转叶片7 供热夹套8 水蒸气排出口9 浓浆排出泵10 浓缩的浆粕悬浮液11 接受器12 加热介质出口13 内壁14 分配环15 进口16 水蒸气排出口B B 造纸的制浆机C 降薄膜蒸发器D 升薄膜蒸发器 58 均匀的悬浮原液 85 均匀的一次浓缩液 105 均匀的二次浓缩液 一次浓缩器 二次浓缩器 典型的Lyocell纤维纺丝液生产系统 3 纺丝 Lyocell纤维采用干喷湿法纺丝 即通过空气夹层的湿法纺丝 1 原液罐2 计量泵3 喷丝头组件4 空气夹层5 凝固浴6 导丝辊7 水洗浴8 卷绕辊 区为液流胀大区 自喷丝孔挤出的液流由于在喷丝孔中流动时产生的法向应力差而在出口处胀大 区为液流在气体夹层中的轴向变形区 在此区内液流被强烈拉伸 变细 区为液流在凝固浴中的轴向变形区 原液细流中的溶剂 NMMO 与凝固浴中的凝固剂 水 的双扩散作用 细流表面开始形成皮层 在皮层生成之前 点S之前 液流发生一定的纵向变形 直径变细 区为固化区 此段 S点至D点 纺丝线从表面到中心迅速凝固 在离开凝固浴之前 丝条的结构已基本形成 区为导出区 丝条继续脱除溶剂和凝固剂 完成纤维结构的成形过程 四 Lyocell纤维的结构及性能 分子结构纤维素 聚合度400 700形态结构 皮芯层结构 截面 椭圆形或圆形 纵向 光滑均一 聚集态结构 高结晶 Lyocell63 9 粘胶40 且晶粒较大 使纤维弹性模量 刚性 脆性及织物尺寸稳定性提高 高取向 Lyocell双折射率0 072 粘胶0 02 不同拉伸度的Lyocell纤维 Lyocell纤维的WAXD照片 性能 机械性能 强度 较高 原因 纤维素不降解 结晶度高 取向度高 湿强 80 干强 生产高支轻薄纱线织物伸长 较低 织物水洗后变形小初始模量和湿模量 较高 织物尺寸稳定性 抗皱 结构强度 较大 沸水收缩率 较小 Lyocell2 68 粘胶4 09 原因 Lyocell结晶度较大 晶粒较大对碱溶液的稳定性 较高 丝光处理吸湿膨润性 吸湿膨润的异向特点 径向40 轴向0 03 纺丝牵伸诱导结晶 原纤的结晶化沿纤维轴向排列 轴向结合力 径向结合力 层状排列 湿润下 分子进入无定形区 大分子链间的横向结合被切断 分子间距加大 纤维变粗较高的径向膨润率 织物湿加工困难较低的纵向膨润率 在湿加工后尺寸稳定性好 舒适性 回潮率 保水率 人出汗时吸收汗液 由于热传导能力和汗湿汽传导能力 当人体蒸发的汗液和热量被织物吸收后 又能很快从织物表面扩散出去 人体感到凉爽 Lyocell纤维原纤化 原纤化定义湿态下纤维与纤维或与金属等物体发生湿磨损时 原纤沿纤维主体剥离成为直径小于1 4 m的巨原纤以及进而裂为更加细小的微原纤的过程 原纤化结果微小细原纤部分脱离纤维主体 纤维或织物多毛 染色后无光 可洗烫性差 Lyocell纤维与原纤化 1 纺丝过程 干湿法纺丝 纤维皮芯结构 皮层结构致密且较薄 芯层结构疏松且较厚 原纤化 2 水溶胀作用 A纤维轴向有排列规则的微孔 直径15 30nm 水溶胀 B纤维较高的结晶度和取向度 而微纤间的横向结合力较弱 湿润下 非晶态或无定形态的纤维素吸收相当于自身重量几倍的水而膨胀伸长 部分氢键被破坏 结合力减弱 由于连续摩擦及振动 原纤从纤维表面分离出来 原纤化 原纤化产生的原因是由于Lyocell纤维是在空气中喷丝 同时进行牵伸 因此分子取向性好 分子排列的紧密程度高于棉和粘胶 如图 在湿态下通过绳状或成衣加工 可以使织物表面产生特殊的桃皮绒效果 赋予服装优良的手感和外观 对一般织物 纤维的原纤化会使织物颜色发灰 不够鲜艳 要限制纤维的原纤化 就要进行适当的整理 Acordis公司已开发出一种新的无原纤化的Lyocell纤维 品牌号为 A100 其悬垂性极好 染色性能也好 原纤化控制 1 纤维制造阶段 A纺丝中加入交联剂B调整纺丝工艺参数C对纤维进行处理 2 染整阶段 A机械控制 气流染色机 滚筒加工设备 Belly处理机B纤维素酶处理 多组分系统 内切酶 外切酶 葡萄糖苷酶 注意表面光洁度和织物强度C交联处理 染色交联 选用多官能团的染料 活性染料 树脂交联 织物手感硬 局部变脆 故加入柔软剂 原纤化应用 仿桃皮 仿麂皮 吸水性 Lyocell纤维具有比棉还高的膨润性 当暴露在水中时 Lyocell纤维的横截面积增加50 为棉的2倍多 以重量百分比来计算 Lyocell纤维有更好的防止水的渗透并可改善通常的防护性能 悬垂性和动感 用Lyocell纤维织成的织物具有独特的悬垂性和动感 这种效果是通过前处理 染色及整理 在织物内部产生了更大的空间而形成的 Lyocell纤维应用 牛仔布 套装系列 毛型 休闲和运动装系列色织系列衬衫内衣系列针织系列产业用纺织品系列 Lyocell纤维分析 SN T1507 2005 第二节莫代尔 Modal 纤维 再生纤维素纤维 cellulosefiber 再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段 形成了三代产品 第一代是20世纪初为解决棉花短缺而面世的普通粘胶纤维 第二代是20世纪50年代开始实现工业化生产的高湿模量粘胶纤维 其主要产品包括日本研发的虎木棉 后命名为Polynosic 和美国研发的变化型高湿模量纤维HWM以及兰精公司80年代后期采用新工艺生产的Modal纤维 60年代后期开始 由于合纤生产技术的迅速发展 原料来源充足和成本低廉 合成纤维极大地冲击了再生纤维素纤维的市场地位 许多研究机构和企业更多地关注了新合纤的开发和应用 在此期间 世界再生纤维素纤维的发展趋于停滞 第三代产品是以20世纪90年代推出的短纤Tencel 天丝 长丝Newcell为代表 定义教材 Modal纤维是奥地利兰精公司开发并大规模生产的 由木浆粕制造而成的新一代再生纤维素纤维 具有环保性 使用后可生物降解处理 GB T4146 1984 Model纤维是具有较高的聚合度 强力和湿模量的粘胶纤维 在湿态下可承受22 0cN tex 2 5g D 的负荷 且在此负荷下的湿伸长率不超过15 通常 奥地利兰精公司开发的高湿模量的纤维素再生纤维 原料采用欧洲的榉木 先将其制成木浆 再纺丝加工成纤维 因该产品原料全部为天然材料 是100 的天然纤维 对人体无害 并能够自然分解 对环境无害 从纤维性能及分类上讲 Polynosic和变化型HWM均可称为Modal纤维 因此Modal纤维可以成为高湿模量粘胶纤维 高湿模量纤维可以分为两类 一类为波里诺西克 polynosic 纤维 我国商品名为富强纤维 日本称之为虎木棉 另一类为变化型高湿模量粘胶纤维 其代表是奥地利Lenzing公司的莫代尔 Modal 纤维和山东海龙公司开发的Newdal 纤维 国际人造丝和合成纤维标准局把高湿模量粘胶纤维统称Modal Modal纤维的制造工艺 1 富强纤维生产特点 1 采用纯度高 分子量大的浆粕 PO 以提高产品的强度 2 为减少纤维素分子在加工中的降聚 富强纤维在常温下进行浸渍和粉碎 粉碎后的碱纤维素一般不经过老成工序 以避免纤维素的降解 3 在进行碱纤维素的黄化反应时 使用较多的二硫化碳 其用量为纤维素的45 普通粘胶生产在用32 36 4 凝固浴中硫酸和硫酸钠含量都较低 以缓解纤维素再生凝固速度 以利于改善纤维的性能 5 凝固浴温度和纺丝速度都比粘胶纤维低 如温度在20 25度左右 速度在20 25米 分 而普通粘胶纤维温度在50度左右 速度在50 90米 分 有利于提高强度和湿模量 6 拉伸 富强纤维的拉伸度比普通的高 因而不用传统的一级拉伸方式 而用多级拉伸 3级或5级 这样拉伸比较缓和 纤维内部结构比较稳定 内应力较小 2 变化型高湿模量粘胶纤维的工艺特点 富强纤维虽然好 但生产效率低 同时又由于二硫化碳用量太大 增加其回收和环保的负担 变化型高湿模量粘胶纤维可以说是对富强纤维的折中和改进 即解决了湿模量问题 又有较高的生产效率和比富强纤维低的生产成本 其工艺条件基本上基于普通和富强之间 生产效率高于富强而低于普通 同时除锌的回收设备需要增加外 其余生产设备基本与普通粘胶纤维的生产设备相同 因而可利用现有的设备稍加改进即可生产变化型高湿模量粘胶纤维 而且还克服了富强纤维钩结强度差 脆性大的缺点 更适合与合成纤维混纺 Modal纤维的结构与性能 形态结构纤维素大分子构成Modal纤维属于皮芯纤维 具有与超强力粘胶纤维近似的皮层结构 而其芯的结构则与波里诺西克纤维比较近似 皮层贡献了韧性 而芯层则贡献了刚性 因此 Modal纤维的湿模量略低于波里诺西克纤维 而钩接强度则超过它 纤维聚合度 几种纤维素纤维聚合度比较 纤维素纤维的结晶度 几种纤维素纤维结晶度比较 Modal纤维与波里诺西克纤维 粘胶纤维在结构上的差异 性能 Richcle纤维与Newdal Modal等纤维在干湿态强度比较 化学性质Modal纤维耐化学性与粘胶纤维基本相同 耐碱性较好 但不耐酸 在在强碱中发生膨胀 强力下降 在冷的弱酸条件下 纤维性能不变 加热时强力降低 在热稀酸 冷浓酸中强力开始逐渐下降 进而分解 容易受强氧化剂腐蚀 但使用次氯酸盐 过氧化物漂白Modal织物时 由于时间比较短 漂白后纤维无损伤 染色性Modal纤维的染色性能较好且经过多次洗涤仍保持鲜艳如新 且吸湿透彻 色牢度好 色泽鲜艳明亮 与棉混纺可进行丝光处理 染色均匀 浓密 色泽保持持久 而且常洗常新 越洗越柔软 越洗越亮丽 耐热性 耐目光性在150 左右强力开始下降 180 200 分解 因此 Modal纤维同粘胶纤维一样 属于易燃性纤维 长时间日光照射 强力降低 颜色略变黄微生物降解性Modal纤维的原料来自于大自然的木材 使用后可以自然降解 符合环境与可持续发展的要求 耐洗性与棉织物一起经过25次洗涤后 柔软度 亮洁度都比棉好 传统的棉织物经多次水洗后 手感将越来越硬 而Modal面料则相反 越洗越柔软 越洗越亮丽 其它性能Modal纤维柔软 光洁 色泽艳丽 织物手感特别滑爽 布面光泽亮丽 悬垂性均比现有的棉 涤 人棉好 有真丝般的光泽和手感 是一种天然的丝光面料 Modal纤维吸湿能力比棉纤维高出50 这使Modal纤维织物可保持干爽 透气 是理想的贴身织物和保健服饰产品 有利于人体的生理循环和健康 第三节竹纤维 竹纤维是从竹类中提取出来的一种再生植物纤维 是继棉 麻 毛 丝之后人类应用的的第五大天然纤维 竹纤维源起于中国 被东南亚和欧美国家称为 中国纤维 会呼吸的纤维 竹纤维产业是我国林业产业领域新兴产业的典型代表 竹纤维具有良好的透气性 瞬间吸水性 较强的耐磨性和良好的染色性等特性 同时又具有天然抗菌 抑菌 除螨 防臭和抗紫外线功能 专家指出 竹纤维是一种真正意义上的天然环保型绿色纤维 竹纤维分类 一 竹原纤维 竹原纤维是指采用独特的工艺从竹子中直接分离出来的纤维生产工艺前处理工序分解工序成形工序后处理工序 前处理工序前处理工序分为整料 制竹片 浸泡 首先将竹材去枝节与尖梢 根据纺纱系统的要求切成定长竹简 然后采用机械或手工方式将竹筒劈裂成一定宽度的竹片 最后将竹片浸泡在特制的脱胶软化剂中 浸泡一定时间 分解工序分解工序分3步 蒸煮 水洗 分丝 蒸煮 将竹片连同浸泡液一起加热到某一温度 同时施加一定的压强 蒸煮一定的时间 对其进行脱糖 脱脂 脱胶与杀菌 水洗 将蒸煮过的竹片取出 用水洗净 去除附着的浸泡液 分丝 采取机械方式压扁竹片 接着用成丝机分解出粗纤维 成形工序成形工序大致要经过蒸煮 分丝 还原 脱水 软化等几个步骤 蒸煮 将分解工序获得的粗纤维置于蒸煮皿中 加入浸泡液 加热到一定的温度 加压处理一定的时间 分丝 将粗纤维分为更细的纤维 并用水冲洗脱胶 还原 将竹纤维置于浸泡液中 加入适量的助剂 由此来增加竹原纤维的强度 脱水 一般采用离心式脱水 软化 采用软化剂将竹纤维软化 使其具有一定的柔软度 后处理工序后处理工序一般分3步 干燥 梳纤 筛选检验 在专用干燥设备上将纤维烘燥一定的时间 使含水率低于10 用梳纤机对其进行梳理 整理成竹纤维丝 去除短纤维及其粉末 对其进行检验 如果合格则打包 竹原纤维的化学成分与组成竹原纤维的化学成分主要是纤维素 半纤维素和木质素 表1 3者同属于高聚糖 总量占纤维干质量的90 以上 其次是蛋白质 脂肪 果胶 单宁 色素 灰分等 大多数存在于细胞内腔或特殊的细胞器内 直接或间接地参与其生理作用 竹原纤维的结构形态 竹原纤维的物理性能 纤维的长度可根据使用者的要求 制成棉型 中长型和毛型所需要的长度 长度整齐度较好 竹原纤维的一般技术参数见表2 竹原纤维具有较强的毛细管效应 试验条件 30 预张力4g 5min时为6 74cm 15min时为6 85cm 30min时为6 90cm 60min以后保持不变 略高于棉纤维 远高于苎麻 粘胶纤维和再生竹纤维 竹原纤维具有较强的抗菌和杀菌作用 按照AATCC6538对竹原纤维 亚麻纤维 苎麻纤维与棉纤维进行抗菌性能测试 结果见表3 可以看出 竹原纤维与亚麻 苎麻均具有较强的抗菌作用 其抗菌效果是任何人工添加化学物质所无法比拟的 天然 环保 持久 保健等特点与人工加工的抗菌纤维截然不同 且其抗菌效果具有一定的光谱效应 由于竹原纤维中含有叶绿素铜钠 因而具有良好的除臭作用 实验表明 竹原纤维织物对氨气的除臭率为70 72 对酸臭的除臭率达到93 95 另外 叶绿素铜钠是安全 优良的紫外线吸收剂 因而竹原纤维织物具有良好的防紫外线功效 天然竹纤维优点天然竹纤维保持了竹子纤维原有的天然特性 其微观结构与麻纤维相似 根据开发该纤维企业介绍 这种纤维具较高强度 它和其它纤维交织混纺性能良好 如与真丝 天丝等混纺 另外 该纤维与亚麻相似 具较强抗菌性能 该纤维生产适合中小规模 设备投人较少 容易实现产业化 天然竹纤维缺点第一 天然竹纤维中的纤维并非单纤维 它是由单纤维叠合的纤维束 长度可达到竹材竹节之间长度 不可能象竹粘胶纤维那样生成长纤 第二 由于是天然的纤维束 纤维有粗细不均 细度不太可能小于6d 否则会造成纤维束分裂 强度大幅度下降 甚至不能纺织 第三 这种纤维只适合中小规模主产 二 化学竹纤维 竹浆纤维 竹浆纤维是一种将竹片做成浆 然后将浆做成浆粕再湿法纺丝制成纤维 其制作加工过程基本与粘胶相似 但在加工过程中竹子的天然特性遭到破坏 纤维的除臭 抗菌 防紫外线功能明显下降 竹炭纤维 是选用纳米级竹香炭微粉 经过特殊工艺加入粘胶纺丝液中 再经近似常规纺丝工艺纺织出的纤维产品 竹浆纤维生产工艺 竹粘胶纤维的生产类似于粘胶纤维等再生纤维的生产 即先将竹子制成浆粕 再纺丝而成 浆粕的生产纺丝 后处理及后加工 竹纤维浆粕的加工工艺主要有两种 一种是预水解 碱煮法 另一种为二次蒸煮法 预水解 碱煮法预水解 蒸煮 氯化 碱精制 漂白 酸处理 抄造二次蒸煮法碱预浸债 疏解 平板 带 式洗料 除砂 浓缩 渗漂 洗料 漂白 酸处理 洗料 后除砂 浓缩 抄造 竹纤维的纺丝 后处理及后加工浆粕 浸渍 压榨 粉碎 老成 黄化 研磨 溶解 过滤 脱泡 过滤 纺丝 牵伸 切断 后处理 干燥 打包 竹粘胶纤维生产中的注意事项 由于竹浆的聚合度 反应性能等指标均与棉浆有所区别 若按普通粘胶纤维制造方法 磺化后加入中途水 溶解水和回用水 则结团现象严重 甚至影响出料 为缓解这一矛盾 在磺化后停车 再逐一加入中途水 溶解水和回用水 以缓解竹粘胶纤维的结团现象 保证竹粘胶纤维顺利出料 为了保证竹粘胶的质量 延长研磨时间 必须严格控制研磨时的温度 确保出料温度在13 21 之间 最好在15 19 之间 由于竹子本身蜡质 油脂成分较高 在制成竹纤维用浆粕的过程中未能完全去除 所以所制成的竹粘胶中油与蜡的含量较高 造成竹纤维脱泡困难 因此 必须控制脱泡温度计脱泡时间 竹粘胶纤维优点粘胶纤维有其自身的优点 大家对粘胶纤维都有比较深的认识 首先 竹粘胶纤维与普通粘胶纤维一样 具有相同的优良服用性能 其次以竹材为原料加工粘胶纤维比棉花还具经济上优势 竹材的亩产比棉花高 就高产的竹种而言 每亩山田可产竹浆粕800公斤 这是棉花无法比拟的 且竹子主要种植在山地 坡地 投人和维护成本相对较少 第三粘胶纤维生产工艺非常成熟 设备现成 竹粘胶纤维相对开发容易 开发成本相对较低 竹粘胶纤维缺点竹粘胶纤维采用传统粘胶生产工艺 在保持粘胶纤维优良性能同时 难免也存在与普通粘校纤维一样的缺点 如湿强度不够 下水发硬 织物易变形 生产工艺难克服对环境的污染 环保投人较大 这种纤维的竞争对手是粘胶纤维 竹Lyocell纤维生产工艺 竹Lyocell纤维是以我国资源极其丰富的竹材为原料 一般采用生长1 2年竹材 按以下工艺制造 竹Lyocell纤维优点首先 竹Lyocell纤维与普通的Lyocell纤维一样 加工过程对环境不产生污染 其纤维为纤维素结构 可天然降解 其次 这种纤维与普通Lyocell纤维一样也具棉的舒适性 聚酯纤维的强度 粘胶纤维的悬垂性和蚕丝般的柔感 具较好服用性能和市场前景 第三 竹Lyocell纤维符合我国资源结构特点 原料成本低于普通Lyocell纤维 第四 可生产长丝 短丝及功能化纤维 适合大规模生产 竹Lyocell纤维开发难点虽然开发出竹Lyocell纤维样品 但实现工业化还有一些技术难点需要突破 首先 要解决竹Lyocell纤维制造过程中分子量控制 尽量减少降解 如开发高效 快速双螺杆纺丝机 争取在几分钟内实现从脱水 溶解 制胶 纺丝全过程 减少纤维素降解 第二 提高NMMO回用率 要提高NMMO回用率 一要减少制丝 NMMO回用和纯化等过程中的NMMO分解 二要减少NMMO随纤维 废水流失 NMMO的回用率高低 也是决定Lyocell纤维产业化成败关键 第三 实观竹Lyocell纤维产业化 需要跨行业 许多企业合作 才能从原料 工艺 设备多方面获得创新和突破 竹炭纤维 是选用纳米级竹香炭微粉 经过特殊工艺加入粘胶纺丝液中 再经近似常规纺丝工艺纺织出的纤维产品 竹炭纤维制取过程 竹材炭化 将老竹材加热到450 550 加以炭化 然后进行高温炭化 即在上述低温炭化工程后 再度将该炭化物加热到800 900 持续处理 竹炭活性化 将经过上述两种加热处理之后的竹炭进行喷雾处理 竹炭急剧冷却消火 此时因水的物理与化学作用 竹炭产生复杂多孔质之结构 表面积增加数倍 大幅地提高吸着能力 经过活性化处理的竹炭 其组织结合密度提高 变的极为坚硬 炭素率可达85 以上 竹炭的粉碎 将前述活性化的竹炭加以粉碎 制成亚纳米级的竹炭粉 均匀分散 将竹炭粉掺入涤纶或粘胶等原浆中并加以搅拌 使其均匀分散在原浆中 纺丝 从原浆中 透过抽丝设备 抽出含竹炭粉的长丝 也可根据需要切成棉型或毛型的短纤 中长纤维等 从而制得竹炭纤维 竹纤维的化学成分 主要是纤维素 木质素和半纤维素 另外还有脂蜡质等少量杂质 但竹纤维的纤维素明显低于棉和麻 超分子结构 结晶度31 6 聚合度28O 取向度0 023 较低 导致吸湿 优良的染色性 强度 性能 强度较低 伸长度较大 结晶度 取向度 吸湿 强度 伸长度 卷曲性能好 可纺性好抗菌 抑菌 防紫外线性和保健功能 竹醌 抗菌 抑菌 竹蜜和果胶 皮肤保健 紫外线透过率几乎为零较好的吸湿性 透气性 羟基 横截面的高度中空 低结晶较好的染色均匀性 羟基生物降解性 微生物 二氧化碳 水 其它良好性能 良好的悬垂性 耐磨性 光泽亮丽 不易褪色 丝质感觉 手感柔和 光滑 第四节大豆蛋白纤维 大豆蛋白纤维是中国第一个拥有自主知识产权的纺织纤维 通过近十年的研发 大豆蛋白纤维发明专利同时获得联合国知识产权局和中国发明两项专利金奖 被认定为世界第八大人造纤维 更被纺织业内专家誉为 21世纪健康舒适纤维 一 概述 定义以榨油后的的大豆废粕为原料 利用高新技术 将豆粕中的球蛋白分离提纯 并通过助剂 药物分子处理 使提纯的球蛋白改变空间结构 再添加羟基和氨基等高聚物改性剂 制成一定浓度的的大豆蛋白质纺丝液 经湿法纺丝工艺和后加工处理而成大豆分离蛋白质和聚乙烯醇高分子共聚共混纺丝而成 蛋白质 23 55 聚乙烯醇 77 45 再生蛋白质纤维发展史 1894年 明胶 甲醛 明胶纤维 1904年 牛乳中提炼酪素 酪素纤维 TodtenHaupt 1935年 酪素蛋白纤维 意大利SNIA公司 1938年 花生蛋白纤维 英国ICI公司 商品名称Atdil 1938年 大豆蛋白纤维 日本油脂公司 1939年 玉米蛋白纤维 CornproductRefining公司 1940年 酪素蛋白纤维 商品名称 Aralia 美国 Fibralane 英国 1945年 大豆蛋白纤维 商品名称 Soylon 美国 1948年 玉米蛋白纤维 美国CarolChenical公司 商品名称Vicara 1969年 牛奶蛋白纤维 日本东洋公司 商品名称Chinon 上述再生蛋白质纤维强力低 纤维粗 物理和机械性能差 无服用价值 制造难度大 未能实现工业化生产 1990年 酪素蛋白纤维 日本东洋公司 商品名称Chinon 以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接枝共聚 世界上唯一工业化生产的酪素蛋白纤维 1994年 玉米蛋白纤维 美国杜邦公司 玉米蛋白质溶解于溶剂中进行干法纺丝 玉米蛋白质溶解于碱液中 加入甲醛或多聚羧酸类交联剂进行湿法纺丝 2000年 大豆蛋白纤维 中国河南濮阳华康生物化学工程联合集团公司与河南遂平华康生物工程公司的李官奇工程师 棉型和毛型 1 34 1 67dtex 38 76mm 从 年起 李官奇开始湿法小试 搞了一年半 包括自制设备 干法纺丝实验也搞了二年半 这其中也包括自制设备 干喷湿纺法又进行了一年 最后 根据 种小试工艺数据结果确定了湿法的中试工艺 路线 根据中试工艺要求设计制造了中试设备 安装了 条生产线 进行了 年的中试 经过 多次试验 实验的重点是对动物蛋白质 植物蛋白质 特别是大豆蛋白纤维物理性能和指标进行创新 通过各种牵伸倍数 得出不同牵伸倍数的强度 尽管有了强度 但由于纤维模量大 太硬 为解决这个问题 他采用了降低模量的处理办法 使纤维达到柔软程度 还要通过纺丝工艺参数和纺丝设备工艺使纤维有很好的导湿快干性 透气性和适中的吸湿性 使纤维圆形截面改变成哑铃形和不规则的三角形截面 并且使纤维的表面产生沟槽凹凸现象 有一种海岛结构 通过仪器检测 既有天然纤维的良好透气性 也有化学纤维的快速导湿性 大豆蛋白质纤维制造技术不仅成本低 而且纤维性能优良 具有很高的经济价值 公斤大豆可以榨出 公斤的大豆油 榨油后 剩下的 公斤的大豆粕中含有 的有效蛋白质 以往大豆粕主要用于牲畜的饲料 而现在 从大豆粕中提取蛋白质与高聚物共混制成纺丝原液后 再纺成大豆蛋白纤维 还剩余 的大豆饼粕仍可用于饲料 吨大豆粕市场售价 元 经提炼蛋白质 公斤 加入 公斤的高聚物可制成 吨大豆蛋白纤维 其成本价为 万元左右 市场销售价为 万元左右 也就是说 吨大豆粕可提高 的新使用价值 可带来 万元的经济效益 这就意味着目前全国大豆总产量 万吨可带来巨大的经济效益 不仅如此 农业作物结构也将发生重大调整 我国河南濮阳华康生物化学工程联合集团公司李官奇先生于2000年3月试纺大豆蛋白改性聚乙烯醇纤维成功 并在国际上首次成功地进行了工业化生产 目前第一条生产线年生产能力达1500 左右 在国内已开发兴建的还有江苏常熟 浙江绍兴 山东安丘等多条大豆纤维生产线 这些生产线建设投产后 预计年产量可达34万吨 在大豆蛋白纤维实现工业化生产前后 国内对该纤维进行了大量性能研究 并对纺纱 织造及染整工艺进行了探索性实验 生产工艺 工艺流程 纺丝溶液粘度纺丝溶液粘度取决于蛋白质的浓度 pH值 反应时间和温度 在粘度小于410MPa s范围内 粘度越大 可纺性越好 蛋白质浓度大于14 时 纺丝溶液粘度过大 无法纺丝 低于12 5 时 纺丝溶液粘度太低 纺不出理想纤维 蛋白质溶液pH值大豆蛋白纺丝液是将高纯度大豆蛋白质在碱的作用下 调制而成 在碱性条件下 有助于分子间相互作用 蛋白质中的疏基 SH 和二硫键 S S 的交换反应较易进行 有利于提高蛋白质的溶解度 增加纺丝液粘度 当溶液pH 4 6时 酸性增强 蛋白质溶解度随pH值的增加而减小 当pH 4 6时 碱性增强 其溶解度明显增大 因此 从大豆分离蛋白质的溶液pH值控制在蛋白质的等电点4 6 4 8较适宜 喷丝孔的长经比由于大豆蛋白质纤维可纺性较差 因而选择大的长径比有利于纤维成形 提高可纺性 在蛋白质浓度 纺丝速度一定的情况下 喷丝孔长径比为60时 纤维可纺性以及强度最好 2 美国 大豆蛋白 聚乙烯醇双组分纤维 皮芯复合 二 组成 结构 性能 组成 10余种氨基酸的缩聚大分子物 但其各种氨基酸含量与动物蛋白质区别很大 结构皮芯结构 共聚部分蛋白质在湿法纺丝中先凝固 纤维芯层共混部分蛋白质在湿法纺丝中后凝固 纤维皮层截面 哑铃形或不规则三角形 纵向 表面光滑 凹凸沟槽 具有一定卷曲 2 大豆蛋白质与聚丙烯腈复合纤维 强伸度较高 聚丙烯腈也为合成高分子物 分散性 混容性好于聚乙烯醇基大豆蛋白纤维 3 2002年新乡白鹭化纤股份公司与我河南纺织高等专科学校合作研制并工业化生产了大豆蛋白粘胶纤维 其染色性好 分散性 混容性好于聚乙烯醇基大豆蛋白纤维 性能 1 外观 视角效果 光泽 悬垂性 织纹细腻 2 舒适性 手感柔软 滑爽 质地轻薄 3 染色性能 本色为淡黄色 酸性染料 活性染料染色 色牢度好 物理机械性能强度 大豆蛋白纤维单纤维强度较高 仅次于涤纶等高强度纤维初始模量 较大 而沸水收缩率低 尺寸稳定性好 保健功能性 大豆蛋白纤维 氨基酸 与人体皮肤亲和性好 养肤活力因子 异黄酮 保健中草药 纺丝时加入 与蛋白质链以化学键相结合 药效持久1 抗菌抑菌功能大豆功能纤维中含有大豆蛋白质中独有的大豆低聚糖 大豆皂苷 大豆异黄酮等对各种病菌 如 沙门菌 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 白色念珠菌 志贺杆菌等 的生物活性具有长效抑制作用的物质 权威检测证明 大豆功能纤维对金黄色葡萄球菌 大肠杆菌和白色念珠菌或肺炎菌等代表菌均有抑制作用 也就是说具有广谱抑菌作用 2 远红外功能权威机构证实 远红外线作用于人体皮肤 便与人体细胞所发生的远红外线产生共振活化现象 能调节皮肤的毛细血管的微循环 有助于调节人体细胞健康状况 大豆功能纤维利用生物技术 加入大豆蛋白质多功能催效素 使其具有了发生远红外线的性能 权威机构检测证实 大豆功能纤维具有有益于人体的远红外线发生功能 其发生的远红外线最适于人体吸收的能量在总能量中占有相当高的比例 3 负氧离子功能在大豆蛋白质 多功能催效素 的作用下使大豆功能纤维发生负氧离子 负氧离子是一种具有很高活性的氧离子 其含量是衡量空气质量的重要指标 长期处在富含负氧离子的环境下可以改善睡眠与情绪 活化人体细胞 扩张毛细血管 促进新陈代谢 负氧离子具有很强的杀菌作用 有助于保持皮肤清洁 权威检测证明 纯大豆功能纤维织物的负氧离子发生量达到5000个 CM3以上 达到郊区田野空气中的含量 与棉50 比例混纺的织物发生量还要更大 穿着有良好负氧离子功能的服装产品 可以随时随地改善自己周身的微气候小环境 更有利于维持身体健康 穿上大豆功能纤维制作的服装产品 就像随身带了一个负氧离子发生器 周身沐浴着郊区 田野间的清新空气 随时保证自己周身空气的新鲜 4 防紫外线功能过量的紫外线照射会损伤皮肤 大豆功能纤维使用生物技术加入的大豆蛋白质多功能催效素 使大豆蛋白质产生了活性 使之具有吸收 反射紫外线的功能 经权威机构检测 大豆功能纤维有很强的紫外线吸收功能 其他性能 导湿性 纤维表面沟槽 导湿性优于棉 避免织物由于汗湿而紧贴在身体上吸湿性 蛋白质分子中含大量氨基 羧基 羟基等亲水基团 吸湿好湿热稳定性 大豆蛋白纤维主要成分之一 聚乙烯醇 OH 湿热稳定性 110 水浴明显收缩 解决方法 缩甲醛 封闭 OH 湿热稳定性 收缩率 注意纤维游离甲醛含量 纺纱 体积质量 较小 纺纱时飞花 疵点 静电 较大 解决 给湿或加入抗静电剂表面 光滑 纤维间抱合力 可纺性 解决 加入防滑剂开清棉 短流程工艺及 多松少打 薄喂少落 防绕防粘 车间相对湿度大于70 梳棉 轻定量 中隔距 低速度 大转移比 多梳少落 车间相对湿度70 75 并条 顺牵伸 胶辊表面抗绕涂料处理 增加胶辊抗静电能力 轻定量 重加压 重牵伸 低速度罗拉隔距 条干不匀率 前罗拉输出速度 防止堵条粗纱 粗纱定量 细纱机牵伸倍数 成纱品质 粗纱捻度 和轴向卷绕密度 粗纱光洁度 卷装直径 粗纱冒纱和脱圈 细纱 选择亚光纲领 镀铬钢丝圈细纱捻度 成纱品质 增加压力 减少牵伸力 牵伸平稳 织造 络筒 低速度 轻张力 小伸长 保弹性浆纱 重渗透 求被覆 小伸长 轻张力染整 烧毛 谨慎采用该工序 采用高速轻烧工艺前处理 漂白染色 活性染料最好 日晒 汗渍色牢度均好 酸碱条件下均可染色 100 以下烘干后整理 柔软剂 氨基硅油类乳液 三 大豆蛋白纤维的应用 针织内衣和睡衣 纤维柔软 光滑 保健 抗菌 吸湿 透气衬衫用面料 梭织物产品光泽上有麻绢混纺风格 手感比绢挺 悬垂好 抗皱性优于真丝 色牢度好混纺面料 与蚕丝混纺 导湿性 避免真丝织物由于汗湿而紧贴在身体上所产生的湿冷感与羊毛混纺 生产成本 与阳离子涤纶混纺 舒适性 第五节蜘蛛蛋白纤维 第五节蜘蛛蛋白纤维 蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维 是天然的高分子纤维和生物材料 具有比重小 较耐紫外线 耐低温 生物可降解等优点 很高的强度 弹性 柔韧性 伸长度和抗断裂性能 是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的 是新一代的天然高分子纤维和生物材料 其优良性能已引起世界各国关注 早在1864年 美国已制造出蜘蛛丝长统袜 1900年巴黎展出了蜘蛛丝束制作的长16 47m 幅宽45 72cm的织物 蜘蛛吐丝量较小 且它们在群居时相互残杀 所以无法获得大量的天然蜘蛛丝 从而极大地制约了蜘蛛丝在各领域的应用 毫不夸张地说 蜘蛛丝是自然界产生的最好的结构材料之一 从某种程度上讲 蜘蛛丝的综合性能无比优越 迄今为止人类还无法生产出像它那样具有超强度和弹性极强的化合物 蜘蛛丝尤其是它的牵引丝在力学性能上具有蚕丝和一般的合成纤维所无法比拟的突出优势 其比模量优于钢而韧性优于Kevlar纤维 蜘蛛丝的分类和形成 能吐丝织网的蜘蛛有2万多种 按纺出丝种类多少分为古蛛亚目 1种丝 原蛛亚目 3种丝 新蛛亚目 7种丝 天然蜘蛛丝的产生过程 蜘蛛能从食物中摄取氮素营养 在体内绢丝腺中合成蛋白质腺液 经绢丝腺管从吐丝口喷吐出来 由于绢丝腺管到吐丝口之间有种特殊的细胞 它能将蛋白质腺液中取出的氢原子泵入绢丝腺管的前部形成酸浴 当浓缩的蛋白质腺液与酸浴接触时 蛋白质分子相互叠和 连接成链状 在吐丝器的作用下被牵伸 从而使丝的强度大增 形成蛛丝的优良性能 蜘蛛丝结构 1 化学组成 蜘蛛丝和蚕丝相似 蛋白质 基本组成单元为氨基酸酸 蚕丝丝素氨基酸组成相似 主要是三个小侧链氨基酸 甘氨酸 丙氨酸 丝氨酸 与蚕丝丝素明显不同的是 大侧链氨基酸如脯氨酸和谷氨酸含量较高 2 形态结构 横截面 接近圆形 蜘蛛丝是单丝 不需要丝胶来粘住两根丝 纵向 丝中央有一道凹缝痕迹平均直径是6 9 m 大约是蚕丝的一半 3 超分子结构 蜘蛛丝蛋白 spidroin 构成的高分子化合物 微原纤 原纤 蜘蛛丝结晶度 55 60 蚕丝结晶度 4 蜘蛛丝网主要包的丝 扑捉丝 扑获猎物 蜘蛛的鞭毛腺体中合成拉索丝或径向丝和园周网丝 径向丝和园周丝蛋白则是在蜘蛛的壶腹腺中合成 蜘蛛丝的性能 1 力学性能 高强 高弹 韧性强 初始模量大 断裂功高 耐低温性高强 结晶区的分子链间以氢键结合 分子间作用力 强度 6 4 8 2cN dtex 高弹 不规则纠结状的蛋白分子链 蜘蛛丝上80 的水分 薄膜 包住蜘蛛网中的连接点 丝纠结 稳固 弹性 初始模量大 断裂功大 初始模量 芳纶Kevlar纤维的高强高模断裂伸长率36 50 Kevlar2 5 2 耐低温性 40 时仍有弹性 3 其它性能 质轻 比重小 光滑 闪亮 耐紫外线性能强 热分析表明 蜘蛛丝在200 以下表现热稳定性 300 以上才黄变 而蚕丝在110 以下表现热稳定性 140 就开始黄变 此外蜘蛛丝还具有特殊的溶解特性 它不溶于稀酸 稀碱 仅溶于硫酸 溴化钾 甲酸等 并且对大部分水解蛋白酶具有抗性 不同聚酚胺纤维的初始模量 相对湿度65 温度20 初始模量蜘蛛网圆周丝锦纶6对位芳纶cN tex5261021754N mm26789116325433 应力与松弛的联合试验结果蜘蛛丝锦纶6对位芳纶蚕丝杨氏模量N mm2570015191229310825粘性模量SKN mm2345136356607200松弛时间S597239460665 再生蜘蛛蛋白纤维 1 牛羊乳蜘蛛丝法 生物技术 复制蜘蛛丝蛋白的合成基因 山羊乳腺细胞 山羊生产的羊奶中就含有类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质 提炼出蜘蛛蛋白 纯度可高达70 90 再生蜘蛛蛋白纤维 2 微生物植物吐丝法 蜘蛛丝基因 细菌 酵母或植物 微生物发酵 蜘蛛丝的蛋白质 纺嘴挤出 再生蜘蛛蛋白纤维 3 植物生产蜘蛛丝蛋白质法 转基因方法或将能产生蜘蛛丝蛋白的基因 植物 花生 烟草和谷物 大面积种植植物 植物大量生产出类似蜘蛛丝蛋白的蛋白质 提取 再生蜘蛛蛋白纤维 4 蚕吐蜘蛛丝法 转基因技术中 电穿孔 的方法 将蜘蛛的基因注入只有半粒芝麻大的蚕卵 家蚕分泌出含有蜘蛛丝基因的丝 再生蜘蛛蛋白纤维 5 化学合成蜘蛛丝方法 模仿蜘蛛丝的组成元素和结构 化学合成 有蜘蛛丝功能 的高分子纤维 应用 1 军事 蜘蛛丝强度大 弹性好 柔软 质轻 吸收巨大能量 防弹衣 坦克和飞机的装甲重量轻 防缠绕 展开力强大 抗风性能佳 坚牢耐用 降落伞绸 2 航空航天 结构材料 复合材料和宇航服装等高强度材料 3 医疗卫生 天然产品 蛋白质 和人体相容性好 韧性好 可降解 生物材料 人工关节 人造肌健 韧带 假肢 组织修复 缝线 4 建筑 结构材料和复合材料 第三章新型合成纤维 聚乳酸纤维PTT纤维氨纶纤维水溶性纤维 第一节聚乳酸纤维 一 概述 1 定义 聚乳酸纤维PLA是以玉米 小麦 甘蔗或甜菜等淀粉为原料 经发酵转化成乳酸 再经聚合 熔融纺丝而制得的合成纤维 聚乳酸纤维是一种新型的可完全生物降解的合成纤维 可以加工成短纤维 复丝和单丝形式 与棉 羊毛或粘胶等可分解性纤维混纺 可制得类似丝的织物 制成内衣和衬衫等服装 不但耐用 吸湿性好 而且通过加工形成优良的形态稳定性和抗皱性能 2 聚乳酸纤维的自然循环系统 环化二聚开环聚合 乳酸 丙交酯 PLA树脂 发酵 纺丝淀粉直接聚合PLA纤维 植物光合作用 加工 水解 微生物分解代谢应用 二氧化碳 水 PLA废弃物 PLA纤维制品 3 聚乳酸纤维的发展 1 日本岛津制作所Shimadzu 钟纺Kanebo公司 20世纪90年代初 注册商标Lactron 2 美国卡吉尔 道 CDP 公司 注册商标NatureWorksPLA 3 中国仪征化纤公司计划与美国卡吉尔 道 CDP 公司合资生产 4 日本东丽 Toray 计划与美国卡吉尔 道 CDP 公司合资生产 聚乳酸国内外开发历史及现状 美国和日本掌握了主要生产技术近年来 国外聚乳酸技术的开发和工业化生产得到了突破性进展 现在市场上的PLA纤维及其原料大部分来源于美国和日本1932年 DuPont 杜邦 公司的Carothers在真空条件下加热乳酸就得到了低分子量的聚乳酸 因其分子质量低而放弃了研究1948年美国维吉尼亚卡罗来纳化学公司利用玉米残渣提取玉米醇熔蛋白质 生产出Vicara纤维1962年美国Cyanamid公司用聚乳酸制成了可生物吸收的医用缝合线1991年美国Cargill 卡吉尔 公司6000t a高分子量PLA装置 1997年 美国DowChemical 陶氏化学 与Cargill合作成立CargillDowPolymers 简称CDP 同年CDP公司在明尼苏达州建成了世界最大生产规模的PLA中试工厂 其产能达到6300t a 2001年11月该公司投资3亿美元 采用二步法聚合技术 在美国内布拉斯加州Blair投产兴建了一套14万t a的PLA生产装置 这是目前世界上最大的聚乳酸生产工厂 2005年 陶氏退出股权 并将其全部股份转让给了日本帝人公司 CDP公司更名为NatureWorks公司 其PLA纤维称为IngeoTM2009年7月 帝人公司宣布退出在NatureWorks的经营 并将其在NatureWorks公司所占有的50 的股份转让给合资的另一方Cargill公司 至此 NatureWorks成为Cargill公司的全资公司 国内PLA的生产技术仍处于起步阶段 已建的生产线很少 且规模较小 不能满足市场需求 所建项目中多为PLA塑料加工 而对纤维纺丝的生产技术研究屈指可数 特别是PLA纤维的工业化生产 国内基本上还是空白 目前国内从事PLA及其纤维基础理论研究和生产技术应用研究的高校较多 其中如青岛大学纺织服装学院 华南理工大学材料学院 北京理工大学 东华大学等高校已在PLA及其纤维的制备 纺丝成形 非织造布制造等方面取得了较多的科研成果 上海华源股份有限公司开发了PLA纤维加弹丝和拉伸丝及其布样 仪征化纤开展了PLA的聚合 纺丝及其结构性能的研究 进行了纺丝 织造 染整到服装的一条龙开发 已取得初步成效 上海市合成纤维研究所于2005年底开始试制PLA短纤 目前已成功生产出了纤度为1 9 2 2dtex 强度为3 5 4 5cN dtex 伸长38 45 卷曲度为l0 12 的短纤维 二 聚乳酸纤维制造 1 乳酸聚乳酸的原料是乳酸 即 羟基丙酸 2 羟基丙酸 由于乳酸分子中有一个不对称碳原子 所以具有d 型 右旋光 和L 型 左旋光 两种对映体 等量的L 乳酸和d 乳酸混合而成的dL 乳酸不具旋光性 成纤聚乳酸以L 乳酸为单体 L 乳酸的工业化生产主要有微生物发酵法和化学合成法两大类 中国发酵乳酸工业主要采用玉米 大米 薯干粉等为原料 以谷糠 麦皮等为辅料 以 淀粉酶 糖化酶为液化剂 糖化剂 CaCO3为中和剂 经发酵生产乳酸钙 再进一步酸化纯化得到乳酸产品 70 生物工程发酵法 30 化学合成法 1 生物工程发酵法 糖化酶乳酸菌35 45 OH C6H12O6 n C6H12O6 2CH3CHOOH淀粉葡萄糖乳酸玉米 含淀粉 糖化酶 生物催化剂 葡萄糖 乳酸菌 由麦芽汁培养 发酵6 8h 均匀搅拌 35 50 再发酵80h 发酵液用石灰乳中和至微碱性 煮沸 杀菌 冷却 过滤 重结晶 热水 50 硫酸 硫酸钙沉淀 乳酸 减压蒸发 70 工业用乳酸 乙醚溶解工业乳酸 脱色 活性炭 过滤 蒸发 乙醚 纯乳酸目前最大生产商 美国卡吉尔Cargill 荷兰purao公司 2 化学合成法 乙醛 氢氰酸合成法 丙烯腈合成法 2 聚乳酸 1 直接缩聚法 溶液缩聚 原始 聚合度低 M 5000 反应体系存在乳酸 水 聚酯 丙交酯平衡 反应副产物水在粘性物中难以除去 不能保证反应向正反应进行 聚合物带色 聚合温度 180 改进 二苯醚添加溶剂中共沸除水 二氯化锡催化剂 对甲苯磺酸阻色剂 先溶液缩聚 低分子聚乳酸 固相后缩聚 高分子聚乳酸 M 300000 熔融固相缩聚 密闭体系 乳酸固相缩聚 氧化钙脱水剂 高分子聚乳酸 M 250000 微波辅助聚合 微波加热 热从材料内部产生 有利于水脱除 2 开环聚合 应用广 M 200000 1000000 脱水在乳酸 丙交酯这步 体系粘度低 容易脱水 乳酸 丙交酯粗制品 二聚物 纯丙交酯 PLA PLA纤维 颗粒PLA于挤出 注射 由于原料原因 聚乳酸有聚d 乳酸 PDLA 聚L 乳酸 PLLA 和聚dL 乳酸 PDLLA 之分 生产纤维一般采用PLLA 3 聚乳酸纤维 PLA纤维 熔融纺丝 溶液纺丝 1 熔融纺丝 工艺流程 同PET纤维 工艺控制 原料预处理 聚乳酸树脂 高真空干燥 PLA酯键水解 M 纤维质量 醋酸酐 吡啶 使PLA末端 OH乙酰化 PLA热稳定性 抗氧剂 亚磷酸三壬基苯酯 TNPP 聚乳酸树脂热氧稳定性 工艺参数 纺丝温度185 230 拉伸倍数4 7倍 特点 工艺成熟 环境污染小 生产成本低 成为主导方法 但PLA水解和热降解 故必须原料预处理 2 溶液纺丝 工艺流程 聚乳酸树脂 纺丝溶液 过滤 计量 喷丝板出丝 溶剂蒸发 纤维成形 卷绕 拉伸 纤维成品 特点 聚乳酸树脂热降解小 纤维强度较高 但溶剂 二氯甲烷 三氯甲烷 甲苯 有毒 纺丝环境恶劣 溶剂回收困难 需作特殊处理 纤维生产成本高 中试阶段 3 静电纺丝 定义 带电荷的高分子溶液或熔体 静电场 流动形变 溶剂蒸发或熔体冷却 固化 纳米级至亚微米级 5 1000nm 的超细纤维 接收屏 非织造超细纤维膜 附加特殊装置 将超细纤维纺成纱线 装置 高压电源 给料装置 喷射装置 收集