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制备工艺与影响因素:Lyocell纤维制造的关键

【摘要】:早在一百多年前,人们就以纤维素为原料开发出了黏胶纤维的生产工艺,开创了纺织行业利用纤维素的先例。黏胶长丝的情况更为严重,目前较先进的工艺其回收率仅为30%,2019年长丝的产量是18.4万吨,这就意味着长丝生产中年排放的二硫化碳达到3.24万吨,排放的硫化氢接近1万吨。一方面是对再生纤维素产品的需求,另一方面则是面临着巨大的环境压力,寻找更安全可靠的纤维素的溶解体系和工艺,从源头上消除污染是人们一直在追求的目标。

纤维素是自然界中广泛存在的可再生资源,它不仅存量巨大,而且每年新生成的纤维素量高达70亿吨,可谓是取之不尽、用之不竭。早在一百多年前,人们就以纤维素为原料开发出了黏胶纤维的生产工艺,开创了纺织行业利用纤维素的先例。再生纤维素可以通过改变工艺条件,制备出各种各样的差别化产品,通过设计不同的细度、不同的截面,添加功能性成分等,它不仅可以替代棉花,而且可以赋予天然纤维所不具备的多种功能,大大丰富了纺织原料的供应,同时,它还具有穿着舒适及弃后可自然降解的特点。正因为如此,黏胶纤维在纺织行业始终占有重要的地位。但黏胶纤维制备过程中会产生大量的有毒、有害废水和废气,这些废气和废水成了制约黏胶纤维快速发展的障碍。几百年来黏胶行业治理废气、废水的工作从来没有停止过,也取得了卓越的成绩,全行业全硫回收率不断提高,最先进的黏胶企业其全硫回收率已经达到95%,尽管如此,由于黏胶行业巨大的体量,即便是5%的排放量,仍然会对自然界造成很大的影响。2019年我国黏胶短纤的产量是394万吨,5%的排放就意味着每年要向大气中排放4.97万吨的二硫化碳和1.53万吨的硫化氢。黏胶长丝的情况更为严重,目前较先进的工艺其回收率仅为30%,2019年长丝的产量是18.4万吨,这就意味着长丝生产中年排放的二硫化碳达到3.24万吨,排放的硫化氢接近1万吨。显然,对于越来越关注环保的当今社会而言,如此大量的排放不得不引起人们的关注。但由于生产工艺的特性,目前回收工艺已经做得相当不错,因此,剩余的有毒、有害气体的处理难度会越来越大,它也意味着治理成本会越来越高。一方面是对再生纤维素产品的需求,另一方面则是面临着巨大的环境压力,寻找更安全可靠的纤维素的溶解体系和工艺,从源头上消除污染是人们一直在追求的目标。

NMMO溶剂体系的开发成功,为人们提供了一种近乎完美的技术,它以无毒、无味的N-甲基氧化吗啉(NMMO)为溶剂,并经适当的回收工艺重复使用,按照现有的回收工艺水平,NMMO的回收率可以高达99.7%。NMMO可以与水混溶,纤维素在NMMO水溶液中的溶解性取决于NMMO水溶液的浓度,只有在NMMO水溶液达到一定浓度时纤维素才会溶解,一旦脱离这个区域,纤维素便不再溶解,正是这个特性使我们有可能首先将其制成NMMO/水/纤维素组成的纺丝溶液。而后,溶液进入凝固浴,在低浓度的NMMO/水的凝固浴中通过双向扩散,使纤维素溶液脱离溶解区而形成纤维。整个过程无任何化学反应,从源头上解决了黏胶工艺的污染问题。用这种工艺生产的纤维不仅保留了纤维素自身化学结构所赋予的一系列优异的特性,而且还具有很高的机械强度,使它的使用范围进一步的拓展,为纺织行业可持续发展奠定了坚实的基础。