Artificial Fibre
2019年4月版
April,2019
＜专题论述＞
Lyocell纤维及其功能化研究进展透镜体
李景盛高建李倩倩续虎
山东英利实业有限公司山东潍坊262700
【摘要】介绍了Lyocell纤维的生产工艺、性能及用途，综述了Lyocell纤维在功能化方面的研究进展，包括多孔Lyocell纤维、抗菌Lyocell纤维、吸水Lyocell纤维、导电Lyocell 纤维、抗紫外线Lyocell纤维、发光Lyocell纤维、阻燃Lyocell纤维、相变Lyocell纤维等。 加强差别化Lyocell纤维研究，提高产品附加值，以满足消费者对功能性纺织品的需求。棉花糖机械
关键词Lyocell纤维工艺性能用途
化学纤维的问世极大满足了人们对衣着、装饰和产业用纺织品的需求，但随着世界石油储备量的减少，以石油为主要原料的合成纤维的开发也将受到限制不可再生纺织原料的短缺迫使人们的利用焦点转向可再生的纺织原料，而且随着人们对环境保护的关注，以可再生天然资源为原料开发人造纤维越来越受到重视。
Lyocell纤维为100%的纤维素，可在较短时间内完全生物降解为无机物co2和也0，重新参与自然生态系统的物质循环，对环境无任何污染，被誉为21世纪的“绿纤维”：Lyocell纤维的问世为生产纺织品提供了优良的原料，世界权威机构预测，Lyocell纤维将成为继棉、毛、丝、麻四大天然纤维之后的第功能化 五大纤维"
1Lyocell纤维概述
聚光体纤维素纤维由于具有独特的光泽、良好的吸湿性、优美的悬垂性与天然的透气性，成为纺织品中的主要原料。其中，Lyocell纤维是采用NMM0溶剂法生产的再生纤维素纤维，因其符合环保要求、加工过程简单、服用性能独特等优点，而迅速成为极具竞争力的新型纺织原料。
1.1Lyocell纤维的工艺流程
Lyocell纤维的工艺流程为：
作者简介：李景盛（1987年~），男，助理工程师，从事溶剂法纤维素纤维生产管理及纤维检测.
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人造纤维Artificial Fibre 2019年第2期2019,No.2Lyoeell 纤维的生产以木浆为原料，该工
艺利用NMMO 与纤维素分子上的多释基可产 生氢键而使纤维素溶解的特性，把木浆、水及
溶剂NMMO 混合加热，木浆溶解（物理性溶
解），得到粘稠的纺丝液（粘度可达几千泊左 右），然后以干湿法纺丝方法纺制而成⑴。在 纺丝凝固浴、清洗槽中析出的NMM 0可以回 收、精制，溶剂回收率高达99%以上。在
Lyoeell 纤维的生产过程中由于省去了粘胶纤 维生产中因加入二硫化碳等各种化学试剂而产
生的大量废液、废气和废渣，以安全的化学品
NMMO （毒性比乙醇还要低）为溶剂，整个生 产系统形成闭环回收再循环系统，没有废料排
放，对环境无污染。
1.2 Lyoeell 纤维的性质
由于Lyoeell 纤维中原有的木质纤维素晶
体未遭破坏，纺丝后形成的超分子结构含原纤
明显，结晶度高，纵向微晶比例高，晶区较
长，对于纤维大分子来说，分子的大部分链段
处于有序排列中.只有少部分链段排列无序。 从微观形态结构看，由于纤维纵向的髙结晶 比、高定向性，使无定形区侧面连接少，产生
沿纤维轴向规则排列的空穴，使其应用性能与
其他纤维不同，具有强力高、触感优良、悬垂
性好、吸水性好等优点。1.3 Lyoeell 纤维的用途
Lyoeell 纤维以其优异的服用性能用于服
装。可纯纺或与棉、麻、丝、毛及合成纤维和 粘胶纤维混纺，改善其他纤维的性能。由其纱 线织造的织物富有光泽，柔软光滑，自然手 感，优良的悬垂性，良好的透气性和穿着舒适
性。纯Lyoeell 织物具有珍珠般的光泽，固有 的流动感使其织物看上去轻薄而具有良好的悬 垂性。通过不同的纺织和针织工艺可织造不同
风格的纯Lyoeell 织物和混纺织物，用于高档
牛仔服、女式内衣、时装以及男式高级衬衣、
休闲服和便装等。
在工业用途上，Lyoeell 纤维具有较高的
强力，干强力与涤纶接近，比棉高出许多，其
湿强力几乎达到干强力的90%，这也是其他
纤维素纤维无法比拟的力。在非织造布、工
业滤布、丁业丝和特种纸等方面得到了广泛的
应用Lyoeell 纤维可采用针刺法、水刺法、
湿铺、干铺和热粘法等工艺制成各种性能的非
织造布，性能优于粘胶纤维产品。欧洲的几家
公司正对Lyoeell 纤维在缝纫线、工作服、防 护服、尿布、医用服装等方面的应用进行研
究，日本的纸张制造商也在开发Lyoeell 纤维 在特种纸方面的用途。
Lyoeell 纤维制品在湿态下，经机械外力
摩擦作用，会产生明显的原纤化现象，这种现
象表现为纤维纵向分离出更细小的原纤，在纱
线表面产生毛羽。利用高原纤化的Lyoeell 纤
维制造水刺织物，如人造皮革和羊皮、可处置 的抹布、医用纱布、服装织物、过滤织物、磁
盘衬套、覆盖面料、吸收衬垫中的液体分配层
或吸收覆盖层等。利用高原纤化的Lyoeell 纤 维与其他纤维混纺制造纺织制品。如仿桃皮 绒、砂洗、天鹅绒等多种表面效果的织物，还 可以与其他纤维相混合制造纸张和水刺织物，
如可将该纤维作为粘结料与细玻璃纤维相混 合，以改进制成的玻璃纤维纸的强度等⑶。
2 Lyoeell 纤维功能化研究
随着Lyoeell 纤维的不断发展，近年来有 关功能化Lyoeell 纤维的研究也非常活跃。
Lyoeell 纤维的功能化方法可以简单分为物理 法和化学法⑷。化学法是利用纤维素上的疑
基可经氧化转变成竣基、醛基、酮基等结构.
通过这些结构的变化，可以进一步接上功能性
基团，从而赋予纤维素材料新的功能。而物理
法则是通过在NMMO 工艺制备的纺丝液中加 入功能性添加剂，有机或无机添加剂的含量相 对于纤维素可以达到200%，而不会破坏其可 纺性，由此可以制备不同用途的纤维⑸。因
此，在纤维素/NMMO 溶液中可以加入具有某
种功能的添加剂物质，它的加入一方面可以改
善纤维的加工成形，从而改变纤维结构，另一
方面由于功能性添加剂的加入制成功能化的
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l-yoeell纤维。近几年来，物理共混方法的研究较为活跃。共混的物质主要有：羟甲基甲壳质（CMCH）和聚乙烯亚胺、聚2,6-二氯1,4-苯乙烯、淀粉及杂多糖、碳黑等。它们改进了Lyocell纤维的抗菌、亲水、染、导电等性能。
2.J多孔Lyocell纤维
Niekraszewicz等°采用Lyocell工艺，以聚环氧乙烷（PEO）作为亲水性添加剂、以聚乙稀（PE）作为疏水性添加剂，制备了改性Lyocell纤维。研完结果表明，改性Lyocell纤维的孔隙率、吸湿率、保水率及力学性能等均取决于纺丝液中添加剂的含量。与未改性的Lyocell纤维相比，PE的添加使改性Lyocell纤维具有更多的疏水性。此外，由于在水洗过程中从纤维中去除了亲水性的PEO，使得PEO 改性的Lyocell纤维具有较多的孔洞。
2.2抗菌Lyocell纤维
Czarnecki等切人采用了无机错银磷酸盐和有机三氯生两种抗菌剂作为添加剂制备了具有抗菌性能的Lyocell纤维。此外，他们还在Lyocell纺丝液中添加了胶状的纳米二氧化硅以提高纤维的抗菌活性。从流变和热性能测试结果来看，纳米二氧化硅的添加对纤维素纺丝液的结构有重要影响，这是由于纳米二氧化硅与NMMO分子发生了化学反应。
东华大学的王兆明等⑷通过将无机纳米抗菌剂添加至Lyocell纺丝液体系中进行共混纺丝，制得抗菌Lyocell纤维。研究发现抗菌剂质量分数在适量的范围内时，所制得的抗菌Lyocell纤维的强度等力学指标符合常规Lyo-cell纤维的质量要求。抗菌Lyocell纤维的抗菌效果随纤维中抗菌剂质量分数的增加而增强，所制抗菌Lyocell纤维抗菌性具有良好的耐洗牢度。
Smiechowicz等⑼人以NMMO水溶液作溶剂，将AgNO，水溶液经过不同的处理方法（有光照或无光照），加入到有Lyocell纺丝液的IKAVISK混合器中，然后用动态光散射仪比较了生成的Ag粒子的粒径和团聚颗粒的尺寸，并制备了纳米银粒子改性Lyocell纤维，在几乎没有影响Lyocell纤维的力学强度和亲水性的情况下赋予了Lyocell纤维抗菌功能。
庄旭品等合成了一种壳聚糖衍生物2 -（2-氨基乙氧基）乙基壳聚糖，由于长柔性链的引入，相对于壳聚糖，该衍生物具有良好的抗菌性和溶解性，能够溶解于NMMO溶剂，满足Lyocell纤维工艺的需要。在实验室自制纺丝机上纺制的不同2-（2-氨基乙氧基）乙基壳聚糖含量的改性Lyocell纤维。由于纺丝条件的限制，自行纺制的纤维与文献值相比线密度较大，但综合比较壳聚糖衍生物的加入对纤维性能的影响不大。由于2-（2-氨基乙氧基）乙基壳聚糖的抗菌性优于壳聚糖，且对纤维表面的变角XPS分析表明，2-（2-氨基乙氧基）乙基壳聚糖较多地分布在纤维的表面层，因此改性Lyoeelll纤维表现出优越的抗菌性。
2.3吸水Lyocell纤维
多媒体控制器
图像火焰探测器为了提高Lyocell纤维的吸收性能，Lim 等［心将粒径小于lOOpim的一种水解淀粉接枝的聚丙稀睛（HSPAN）高效吸收剂加入到Lyocell纺丝液中，并通过干湿法制备了改性Lyocell纤维。该纤维的吸水能力和吸水速率大幅提高，其中含有2%和5%HSPAN的Lyocell纤维的最大吸水能力分别高达4.55g/g和8.21g/g，而未改性的Lyocell纤维则仅为1.94 g/go SEM和偏光显微镜结果证实了无论是在湿态还是干态情况下，Lyocell纤维中都含有HSPAN。但是，随着HSPAN含量的提高，Lyocell纤维的力学性能降低。因此，应综合考虑纤维的吸收能力和力学性能来选择最佳的HSPAN含量。
2.4导电Lyocell纤维
Vorbach等⑴‘口一采用Lyocell纤维工艺，在纺丝液中混入高含量的微细分散的炭黑导电物质，制备了导电Lyocell纤维。此外，他们还探讨了在Lyocell纤维纺丝液中添加经甲基甲壳质（CMCH）和聚乙稀亚胺（PEI）、淀粉及杂多糖等，分别改进了Lyocell纤维的抗
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菌、染及亲水等性能。
德国的TITK "心采用Aleeru 工艺制备了
含碳的Lyocell 纤维.准备将其用做导电纤维
他们在研究中发现微米级导电碳粉的添加量可 以达到纤维素含量的200%，此时碳黑的加入 也不会干扰纤维的成形过程。对于碳黑这类添 加剂的加入对最终所制备的纤维结构的影响.
也有人进行了相关的研究。2.5抗紫外Lyocell 纤维
Veronovski 等人［⑷用 TiO?、SiO，和 GLY-
M （）制得了功能化的Lyocell 纤维，他们选择了
3-缩水甘油瞇基丙基三甲氧基硅烷（GLY-
MO ）作为偶联剂，这种偶联剂在相容性很差
的TiO?纳米粒子与纤维素之间，提供了一个
稳定的结合状态研究结果表明，他们成功地
将TiO ：纳米粒子涂覆在Lyocell 纤维的表面，
通过改善TiO ］分散剂种类使其均匀地分散在
纤维表面，该纤维具有一定的抗紫外线效果
2.6 发光Lyocell 纤维
曹可等I ”〕以可再生的a-纤维素为基体, 粉末发光颗粒作为添加物，利用l.yocell 纤维 技术制备出发光性能合格的蓄光型自发光纤
维。发光Lyocell 纤维继承了稀土铝酸盐粉末
优异的发光性能，含10%发光材料的纤维其 余辉达到了德国的执行标准（D1N67510）,
lOtnin 余辉亮度＞ 20mcd/m 2, 60min 余辉亮度
＞ 2. 8mcd/m 2，而其有效余辉（＞ 0. 3med/ m 2）时间大于10h 。与无添加的Lyocell 纤维
相比，其断裂强度下降了 17.6%，断裂伸长 率上升了 25%。
陈超等”冋采用不同偶联剂对长余辉发
光粉末进行表面处理，比较其在NMMO 水溶 液中的沉降性变化，优选出合适的钛酸酯偶联
剂以提高发光粉在NMMO 水溶液中的分散稳 定性，采用干湿法纺丝成功制备了长余辉绿
发光Lyocell 纤维。用红外光谱仪、流变仪、 荧光光谱仪及X 射线衍射仪等分析了偶联剂 处理前后荧光粉的结构、纺丝液的流变性能及 纤维的结构与性能。研究表明，随着发光粉含
量的增加，纤维的热性能和结晶度有所降低,
初始发光亮度提高；当发光粉含量＞10% （质量分数）时，纤维的衰减时间常数迅速增
大.余辉性能提高；偶联剂在荧光粉表面发生
了化学键的结合，经偶联剂处理后，荧光Lyo
cell 纤维纺丝液的表观粘度降低， 纤维中荧光
颗粒分散情况改善，纤维的荧光性能提高，拉
伸强度提高约10%，但结晶度从55%降至
48%。
2. 7阻燃Lyocell 纤维
张湘汉等皿将阻燃剂二硫代焦磷酸酯 （DDPS ）超细粉体与纤维素/N-甲基吗咻-N
-氧化物（NMMO ）溶液共混后，通过干湿法 纺丝制备了阻燃Lyocell 纤维，并对阻燃Lyo-
cell 纤维的阻燃性能、分解产物、成炭过程以
及阻燃机理进行了研究。结果表明：随着
DDPS 添加量的增加,Lyocell 纤维分解温度有
所降低，但残炭量有所提高；阻燃Lyocell 纤
维的极限氧指数（L0I ）随着DDPS 添加量的
增加呈现正相关；当DDPS 质量分数为25%
时，阻燃Lyocell 纤维的L0I 可以达约26% , 热释放速率降低50% : DDPS 在高温下会促进
生成石墨化程度高的致密炭层.DDPS 对Lyo
cell 纤维的阻燃主要呈现出凝聚相阻燃机理。
刘晓辉等⑵）采用植酸与尿素反应合成一
种具有较高磷、氮含量的新型绿阻燃剂-植 酸镀■采用浸轧工艺将其应用于lyocell 纤维
的阻燃整理。通过热重分析对lyocell 纤维的 热稳定性能进行了表征，利用扫描电子显微镜
对阻燃lyocell 纤维的残炭表面形貌进行了分 析。结果表明，Lyocell 纤维的阻燃性能和耐 水洗性能都得到了很大的提高。
杨阳等必将硫代环状焦磷酸酯（DXL1212）、
2-竣乙基苯基次麟酸（CEPPA ）、三聚氤胺
（MA ）三种阻燃剂以共混纺丝的方式分别加 入到Lyocell 纤维中.研究了阻燃剂对Lyocell
纤维性能的影响。结果表明，三种阻燃剂都对
Lyocell 纤维具有一定的阻燃性，综合比较,
CEPPA 效果最好 此外，阻燃剂的加入可以
改善Lyocell 纤维的原纤化性能，提高纤维的 热稳定性，并且在合适的含量范围内能提高
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Lyocell纤维的力学性能。
2.8相变Lyocell纤维
靳宏等口］研究表明微胶囊的加入没有使NMMO过多地分解为NMM和M.且对凝固浴的检测也表明凝固浴中的微胶囊含量低于仪器的检测极限，证明微胶囊的加入不会影响到Lyocell纤维制备中的溶剂回收。根据差示扫描量热法的测试结果计算出Lyocell纤维中微胶囊的破损率，纺制的相变Lyocell纤维有良好的相变性能，力学性能满足服用要求。
3结语
综上所述，近年来有关Lyocell纤维的研究十分活跃。我国已经引进Lyocell纤维的生产技术，保定天鹅Lyocell纤维项目已于2014年I月投产运行，山东英利实业有限公司Lyocell纤维生产线也在2015年8月投产运行。中纺院绿纤维股份公司Lyocell纤维产业化项目作为国内首条全套装备国产化，于2016年12
月投料试车成功。近两年，以上公司都在扩建Lyocell纤维生产规模。同时唐山三友5000吨试验线也试车成功，湖北新阳特种纤维股份有限公司全资子公司鸿阳科技投资兴建的Lyocell纤维项目一期2500吨已于2019年3月正式投产，新加坡金鹰集团旗下赛得利也在筹划该项目，可以预见，在不久的将来我国Lyocell纤维的产量会不断增加。鉴于此，差别化也必将是Lyocell纤维的发展趋势，如同粘胶纤维的差别化，功能性纤维是差别化纤维的重要组成部分。开发差别化纤维的趋势就是要使其具有某种功能，如抗菌、抗静电、阻燃等，以迎合消费者对功能性纺织品的需求。而集多种功能于一身的差别化纤维更是一个新的发展方向，如阻燃纤维，除具有阻燃功能外，还兼有抗静电、抗起球、抗菌和防霉等功能。因此，功能性Lyocell纤维会更受市场欢迎。
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