程隆棣
(东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海,201620)
环境风洞摘 要：总结了再生纤维素材料开发的意义，针对不同天然材料的结构和功能特点，分析了各类材料能对再生纤维素纤维的性能所做的贡献，并提出了该类材料应突破的瓶颈所在和未来发展的建议。 关键词：纤维素纤维；再生纤维素纤维；棉花；麻纤维；纺织品
中图分类号:TS102 文献标识码:A 文章编号:100122044(2007)0820001204
Red iscussi on on regenera ted cellulose f i ber and its textiles
CHE NG Long2di
(Key Lab of Textile Science&Technol ogy,M inistry of Educati on,Donghua University,Shanghai201620,China) Abstract:I n this article is su mmarized the significance of devel op ing regenerated cellul ose fiber materials and are als o analized the in2 fluences of the materials
on the functi ons of the regenerated cellul ose fiber based on this naturalmaterial’s different structures and features with s ome suggesti ons f or the breakthr ough of their app licati on and future devel opment put f or ward.
Key words:cellul ose fibre;regenerated cellul ose fibre;cott on;Bast and leaf;textiles
纺织行业是十分依赖纤维原料的加工行业。传统的天然纤维仍然是纺织行业的主力原料之一；模拟天然纤维的纤维原料已经成为化纤的主力，正大量替代天然纤维的市场份额；差别化纤维提升了产业能级，为纺织品的升级奠定了基础；后差别化时代，纤维走向是回归自然，纤维素再生纤维将成为未来纺织品用最大宗原料；超天然的功能再生纤维素纤维材料将成为未来发展的重点。
绿、环保、低能耗、资源可循环利用已经成为现代经济发展的主旋律，纺织产业也面临同样的问题，在生态、节能、资源优化利用的主线上进行纺织产业的创新已经成为纺织行业未来发展的必然。
1 纺织用天然纤维素纤维
1.1 棉花
棉花仍然是我国纺织面料采用的最大宗天然纤维素纤维，年用量达850～860万t。但是棉花受季节、气候、水文、土壤等条件限制，纤维质量离散大，产量难以调控；棉花品种需要每年改良，种子成本
高；棉花原种抗病虫害能力衰减，需要大量的灭虫药物，为保证一定的产量，必须采用非生态的“转基因”技术培育棉种，以适应市场需求。
1.2 麻类纤维
麻纤维是我国纺织面料采用的第二大类纤维素纤维，年用量达45～50万t。
麻类纤维，就是除了籽壳类(棉花、木棉)外可以
收稿日期:2007-02-09
作者简介：程隆棣(1959-)，男，上海市人，博士，教授，从事纺织加工及其产品开发的研究。用于纺织应用的天然纤维素材料。麻纤维僵硬，手感粗糙，有一定的刺痒感；麻纤维需要脱胶，在现有生物技术还难以进行产业化加工的条件下，该工序会产生大量的脱胶废水；麻纤维缺乏纤维间的抱合能力，可加工能力差，生产效率低下；麻纤维外层均有胶类物质，上浆、染、整理难度大；麻织物抗皱性差，保养难度大。鉴于以上原因，麻纤维纺织品在服装上还没有真正达到产业化的程度，技术开发步履维艰。 1.3 木棉
木棉纤维是新型纺织面料用天然纤维素纤维，我国年产达到20万t左右。木棉纤维的线密度0.4～0.7dtex，仅为棉纤维的1/2；木棉纤维表面光滑，长度较短，导致抱合力偏低，纤维体积质量轻(比重0.29)；木棉纤维具有80%的中空度，有可能成为最理想的保暖材料。但是木棉纤维比重轻，产品加工难度大；木棉纤维壁薄，加工时容易造成破壁；木棉纤维外层具有一层木棉胶，染整加工效果较差。 2 天然纤维素纤维材料
据预测,2040年人类使用的纤维总量将突破1亿t/a，而地球上已经没有更多的土地可以用于棉花的种植和绵羊的养殖，人类只有依靠自己将天然资源进一步优化，为人类服务。世界上每年竹纤维材料循环量达到4000万t，可用于再生纤维素纤维加工的约500万t左右；木材纤维材料循环量达到1.5亿t，可用于再生纤维素加工的材料达到1500万t以上；棉纤维产量达到2400万t左右，可用于再生纤维素加工的材料可达100万t左右；麻类纤维材料产量达到300万t 以上，可用于再生纤维素加工的材料达到5万t左右。
广义的天然纤维素材料为人们提供了取之不尽、用之不竭的材料源泉，再生纤维素资源的优化应用将减少不可再生的石油资源的开采，为合理人类生存环境创造条件。
3 天然纤维素材料及其功能
3.1 竹材
全球的竹材已发展成为一个与约25亿人的生产、生活密切相关的，年产值近50亿美元的产业。
(1)竹材化学成分
纤维素、半纤维素、木质素是形成竹材细胞壁主要成分的聚合物，直接参与竹材材质的形成，三者共占总量的80%以上；油脂、精油、单宁、素、果胶、蛋白质、灰分等成分也沉积在细胞壁内，但多数存在于细胞内或特殊组织内，单宁、素、木聚糖等是抗微生物的主要元素。
(2)竹材物理性能
纤维素含量愈高，制浆得率愈高；木质素含量愈低，制浆、漂白愈容易，消耗化学药品也愈少；多戊糖则影响打浆和成纸的透明性，其含量高，打浆容易，纤维结合强度也较大；而灰分和Si O
2
模锻锤
含量高，则碱回收困难，经济效益低且污染环境。
大量去除木质素和半纤维素之后，在湿润状态下，竹材的强度显著降低。由于竹材化学成分的影响，主要是纤维素链分子中的游离羟基使竹材具有一定程度的吸湿性，竹材中的其他亲水性成分，如胶质和半纤维素也能影响竹材的吸湿性。
(3)竹浆纤维成纤性能
竹浆纤维中半纤维素和木质素将纤维细胞胶黏在一起，起着支持纤维素骨架的作用，因而赋予竹浆纤维理想的弹性和抗压强度，而制浆时其被大量去除将直接影响到该材料的抗菌性能。大量去除木质素和半纤维素之后，在湿润状态下，竹浆纤维的强度有所提高；纤维素链分子中的游离羟基使竹浆纤维具有一定程度的吸湿性，竹浆纤维中的其他亲水性成分，如残留的胶质和半纤维素也能影响竹浆纤维的吸湿性。竹浆纤维的吸湿膨胀或干燥收缩都具有各向异性的特点，通常轴向的尺度变化不大，而横向的变化较大。
(4)竹浆纤维功能性
木质素的存在影响竹浆纤维的尺度稳定性，因为木质素会占据竹浆纤维细胞壁之间的吸水空间，没有木质化的细胞壁通常比已木质化的细胞壁收缩大。纤维素的结晶度对竹浆纤维材质也起着重要作用，纤维素中结晶与无定形区的比例对于竹浆纤维的很多性质都有直接关系，例如：抗弯强度、延伸性、膨胀收缩、纤维的胶黏、染、撕裂和对化学药物的抵抗能力等，都受到纤维素结晶度的影响。
竹浆纤维中浸提物多存于浆粕里纤维组织的细胞腔内，也沉积在细胞壁和纹孔口上，因而阻碍竹浆纤维的渗透性，这种情况在整理过程中会影响化学药剂的渗透。以木质素形式存在于浆粕中的酚类物质会影响竹浆纤维强度，但这些物质是抗微生物的主要元素。3.2 麻纤维
麻纤维是我国纺织面料采用的第二大类纤维素纤维，各类麻纱年产量达44万t，并稳步增长。但是用于再生纤维素纤维生产的纤维素原料却在新的设备、工艺、化学品、产品开发等多重技术的支持下，在新的领域得到飞速增长。由传统的亚麻、苎麻、，向黄麻、水果(菠萝、香蕉)麻、罗布麻等领域拓展。麻类纤维由于纤维结构的原因，在制成率上存在较大的限制，而再生纤维素纤维的制造为这些下脚料提供了广阔的利用空间。
3.2.1 亚麻纤维结构性状
亚麻纤维存在于亚麻植物茎部的韧皮组织中。单纤维为初生韧皮纤维细胞，一个细胞就是一根单纤维。在麻茎截面中，每30～50根单纤维被胶质黏结在一起组成一个纤维束。纤维互相搭接，在韧皮组织中形成一种网状结构。
亚麻纤维横截面细胞壁中有层状轮纹形结构，轮纹由原纤层构成，厚度平均约0.4μm。原纤层由许多平行排列的原纤以螺旋状缠绕而成，原纤直径0.2～0.3μm，初生壁原纤螺旋角为10°，次生壁外层原纤螺旋角为5°，螺旋方向为Z向，取向度达74～90。亚麻纤维的双折射率为0.062～0.068，结晶度在天然植物纤维中较高，断裂伸长率约3.0%。
脱胶后亚麻纤维的化学成分含量为：纤维素70%～80%，半纤维素12%～15%，果胶物质1.4%～5.7%，木质素2.5%～5%，含氮物质0.3%～0.6%，脂肪蜡质1.2%～1.8%。亚麻纤维的聚合度约3360
(黏度法)。亚麻易被酸特别是强无机酸所水解，可溶于65%～95%的硫酸、35%～44%盐酸、73%～83%磷酸溶液和铜氨或铜乙二胺溶液中；对碱的作用稳定；在一定浓度的烧碱溶液中处理可生成碱纤维素，易被氧化剂氧化。
3.2.2 纤维结构性状
的化学成分十分复杂，已知的化学物质有400多种，其中仅酚类衍生物就有60多种，在这些化学物质中，最主要的精神活性成分是四氢酚
(THC2Δ9)，它具有强烈的致幻作用，使成为者追逐的对象。
纺织品中的纤维虽经各道工序的加工，仍然存留和吸附了微量的酚类物质。美国科学家发现，子油所含的两种酚类物质T HC(四氢酚和双酚)均为强力抗氧化剂，具有良好的抗菌效果。科学实验和大量日常使用证明：纤维纺织品内的酚类物质对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、白念珠菌等有明显的杀灭和抑制作用。
纺织品有较高的空隙率，它有很好的吸音性和透气性，并且有很好的耐热性，能经受370℃高温的考验。纤维的耐晒、耐腐蚀性能、耐日晒牢度好，耐海水腐蚀性能好，坚牢耐用。纤维分子结构稳定，分子排列的取向度好，不易产生静电；吸湿能力好，能够避免静电积聚，避免静电给人
体造成皮肤过敏、皮疹等危害。经中科院物理研究所检测：普通衣着仅能阻隔30%左右的紫外线，而一般织物，无需特别整理即可屏蔽95%以上的紫外线。
3.2.3 黄麻纤维结构性状
黄麻中纤维素含量为59%～63%，半纤维素含量为22%～26%，木质素11%～16.9%(圆果种)和10.7%～13.1%(长果种)，果胶10%左右，脂肪和蜡质0.4%～2.2%，含氮物质0.2%～0.4%。
黄麻纤维的不规则多角形混合横截面使其具有快速的吸放湿和透湿能力，具有导湿快干的特点；黄麻产品在光泽、悬垂性和织物纹理等方面都有其特殊的风格特点，黄麻织物产生漫反射现象，使黄麻产品调柔和，不刺激，使人们视觉感受舒服；从外观上看，因纤维初始模量较大，织物呈现粗犷豪放，悬垂典雅，纹理自然，调柔和，挺括大方等特点，无矫揉造作之感；黄麻纤维具有明显的抗菌性能：采用接触法进行12h的实验结果表明，白念株菌的存活率为37%，而大肠杆菌的存活率只有8%，金葡萄球菌的存活率只有6%，都优于其他传统的纺织材料。
3.2.4 水果麻结构性状
水果麻纤维伴随着相应水果的生长，每年循环，使传统的麻纤维家族得到有效扩充，人类对资源的利用水平也得到有效提升。
(1)菠萝麻纤维结构
从菠萝叶中提取出来的两种菠萝朊酶分子，具有阻止肿瘤增生的功能。它们对遏制胸部、肺部、结肠、卵巢肿瘤以及黑素瘤的生长尤其有效。其中一种分子CCZ可以刺激人体免疫系统破坏癌细胞，而另一种分子CCS则可以遏制RAS等引起癌症的蛋白质。菠萝叶提取物对脑血管也有直接的扩张作用，对于血管性痉挛所引起的疾病有较好的缓解作用，并有一定调血脂和抗氧化的作用。具体地说，该提取物可在制备高血脂症、糖尿病、餐后高脂、脑缺血、体内过氧化物升高及由此引起的一些疾病的药物中应用。
(2)香蕉麻纤维
香蕉麻的纤维细长，柔韧，拉力强，细胞组织松软，非常容易加工成浆粕。香蕉麻的纤维素、半纤维素和木质素含量高达65%以上，香蕉麻还有一个很大的特点，就是含水量多，通常含水量都在90%左右，另外香蕉麻果胶含量高，杂物多。
中国传统中医认为：香蕉麻(假茎)具有防治高血压、脑溢血等疾病的作用，其功效与其假茎所含丰富的K、Ca、Fe等元素有关。K元素参与蛋白质、碳水化合物和能量的代谢及物质转运，有助于预防和高血压;Ca元素有利于维持神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、心脏正常搏动，可预防高血压和心脏病;Fe元素又是合成血红素蛋白质的主要物质。
4 再生纤维素纤维及其纺织品
再生纤维素纤维具有制备工艺带来的不可弥补的缺陷，纤维结构稳定性较差，强力较低，但在纯纺产品中具有手感柔软、触感优异等特点。
4.1 针织内衣产品
粘胶类纤维是内衣产品的首选原料，但是要采取防缩、防皱整理。粘胶类纤维内衣产品质地柔和，立绒亲和，能触动皮下细胞活跃，具有温暖感。童装要求纤维材料有极大的皮肤亲和性和舒肤性能，在柔和的同时，要求具有相当良好的保暖、透气性，在温暖皮肤的同时，让皮肤自由呼吸。保暖内衣是现代社会冬季内衣永恒的主题，轻盈、保暖、舒体、美肤，具有一定功能的针织内衣能将人体的线条和健康协调地展示出来。该类产品可以纯纺，也可以混纺。
4.2 休闲产品
休闲类产品主要是穿着随意，以天然纤维素再生纤维与其他天然纤维混纺为主。gps组合
4.3 床上用品
床上用品是人们一生中接触时间最长的纺织品，在睡梦中享受健康，在睡梦中获得健康是人们最大的愿望。该系列产品主要以天然纤维素再生纤维与其他天然纤维混纺为主。
4.4 毛巾类纺织品
毛巾类纺织品是日常生活中搽拭肌肤的主要产品，以功能性要求为主，防污，吸水，易清洁。该系列产
品主要以天然纤维素再生纤维与其他天然纤维混纺。
4.5 袜品
袜品也是人们日常生活使用的必需品，随着人们生活水平的提高，功能性袜品的要求普遍提高，防污、吸水、抗菌等功能成为必须。该系列产品主要以天然纤维素再生纤维与其他天然纤维或功能化纤混纺。
5 再生纤维素纤维的未来发展
5.1 再生纤维素纤维现状
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目前的再生纤维素纤维具有工艺带来不可弥补的缺陷。
(1)结构稳定性较差。湿强是干强的38%～42%，尤其是纺织品缩水率超过10%;
(2)强力低。常规的粘胶纤维强度最高不超过28.2c N/dtex，一般在24.7c N/dtex以下，低于19.4c N/dtex的纤维难以正常纺纱;
(3)污染严重。目前常规粘胶生产路线都存在着大量废气、废水的排放问题，虽然在治“废”技术上有所改进，但远未达到治本的效果。
5.2 未来功能性再生纤维素纤维
在关注上述问题的同时，未来粘胶主要要解决的问题如下。
(1)功能性物质与纤维强力的矛盾。通常情况下，为保证再生纤维的强力，要大量去除木质素等低分子量物质，同时竹子、亚麻、中具有抑菌抗菌作用的酚类物质，菠萝麻中能有效抑制致癌物质RAS的CCS物质，香蕉麻中的K、Ca、Fe等物质也大量去除，削弱了天然材料的有效内容，降低了资源优化应用的水平。
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(2)功能性物质的植入技术研究。除了上述物质以外，还有诸多天然物质(如壳聚糖等)，要研究专有的非共混接枝技术，将有益物质进行提炼，在浆粕里适当保留。该技术的研究将为提高未来再生纤维素纤维的技术含量，优化天然材料的应用提供技术保障。
(3)结构差别化。合成纤维的差别化已经部分达到超越天然纤维功能的程度，而再生纤维素纤维的差别
化还远未启动。结构差别化在再生纤维素纤维体系里有一定的技术难度，尤其在本身强度较低的情况下，差别化会更加大加工难度。可以采用交联、合成等组合技术进行新型粘胶纤维的加工，探索一条全新的纤维加工路线，使差别化再生纤维素纤维的生产成为现实。
6 结 语
再生纤维素纤维已经成为国家“十一五”期间化纤生物工程技术的发展重点，主要是其具有原料生长周期短、资源丰富、功能性强、产品空间大等特点，在未来的纺织领域中，谁在再生纤维素资源的应用技术上走在前列，谁就会在纺织产业的竞争中立于不败。
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