生物基再生纖維的加工過(guò)程

以再生纖維素纖維為例，其加工過(guò)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(lái)自于原料中的纖維素不能直接利用，需要經(jīng)過(guò)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(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)去除，然后將其制成漿粕(制漿過(guò)程)。常用的處理方式有化學(xué)處理，大多是采用酸堿水解的方式進(jìn)行處理，但是這種處理方式對于環(huán)境的危害較大，已經(jīng)逐漸開(kāi)發(fā)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(zhì)素、角質(zhì)以及其他物質(zhì))、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(kāi)始制作纖維所需要的纖維素主要來(lái)自于棉花、木材，但是受到我國耕地面積和林業(yè)資源的限制，原料來(lái)源開(kāi)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(chǎn)品，比如甘蔗渣、農作物秸稈、椰子殼等，利用這些農副產(chǎn)品作為纖維的原料可以實(shí)現變廢為寶，降低產(chǎn)品成本，為擴大產(chǎn)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(jìn)行預處理之后，接下來(lái)就是纖維成型加工，已經(jīng)實(shí)現工業(yè)化的紡絲技術(shù)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(chǎn)工藝流程圖

粘膠法是最廣泛采用的纖維素纖維生產(chǎn)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(jīng)過(guò)拉伸等加工后得到人造纖維。生產(chǎn)過(guò)程包含復雜的化學(xué)反應，工藝流程長(cháng)，生產(chǎn)效率低，并生產(chǎn)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(chǎn)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(kāi)發(fā)。NMMO法生產(chǎn)工藝是一種不經(jīng)過(guò)化學(xué)反應而制得纖維素纖維的過(guò)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(jīng)過(guò)濾、脫泡后紡絲。具有工藝流程短、污染小、溶解性能好等優(yōu)點(diǎn)。NMMO法生產(chǎn)的再生纖維素纖維稱(chēng)為“Lyocell纖維”（萊賽爾），它被譽(yù)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(xué)處理的過(guò)程，縮短了生產(chǎn)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(kāi)發(fā)。

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(fā)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(guò)生物質(zhì)原料的衍生化制備纖維原料，然后再進(jìn)行熔融紡絲。然而由于天然生物質(zhì)原料化學(xué)結構復雜，包含多個(gè)羥基官能團，容易發(fā)生高溫降解，其工藝雖已有報道，但尚未形成商品。

編寫(xiě)丨東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 王華平教授

           東華大學(xué)紡織協(xié)同創(chuàng )新中心 烏婧副教授

審稿丨中國紡織科學(xué)研究院原副院長(cháng)、顧問(wèn) 趙慶章