漿粕質量對Lyocell纖維生產及產品質量的影響分析

王宏元

（南京化纖股份有限公司，江蘇 南京 211511）

進入新時期后，由于石油資源逐漸枯竭以及人們對環保、自然、健康理念的崇尚，再生纖維素纖維這種對環境污染極低的材料受到了更多重視。本研究探索漿粕質量對Lyocell纖維生產及產品質量的影響，分析何種漿粕質量最適宜進行Lyocell纖維生產，以此提升Lyocell纖維的應用效果并拓展其應用范圍。

1 Lyocell纖維國內外發展狀況及應用前景

在20世紀60年代末期，國外相關研究單位在Lyocell纖維方面取得了較大突破。我國由于工業基礎薄弱以及相關人才缺乏，直至80年代才有條件進行研究。由于研究較晚，我國Lyocell纖維的產能、質量相比于發達國家還有較大的差距。

目前，國內除了保定天鵝、南京金羚、江蘇金榮泰、新鄉化纖、吉林化纖、湖北金環外，還有數家公司緊跟其后，如賽得利、宜賓絲麗雅等。國產Lyocell纖維產能可以突破50萬t/a。國產Lyocell纖維質量缺陷較為明顯，即在強度、疵點及質量穩定性等方面與發達國家相比尚有較大的差距。影響Lyocell纖維生產及產品質量的因素較多，而原材料質量是關鍵因素。表1為Lyocell纖維項目投入規劃。

表1 Lyocell纖維項目投入規劃

2 漿粕質量對Lyocell纖維生產及產品質量的影響

2.1 漿粕雜質對Lyocell纖維的影響

制作Lyocell纖維所用的原材料主要源于天然木材，主要成分包括礦物質（銅、鐵以及相關金屬化合物）、有機可提取物（可揮發性油類、樹脂等系列低分子物質）、木質素（比如芳香族化學物質等）、半纖維素與纖維素等。漿粕成分主要包括纖維素以及半纖維素，其中，一些雜質成分會在制漿進程中逐步被消除，但還會有一部分殘留，這部分殘留雜質會對Lyocell纖維生產及產品質量產生相應的影響。

2.2 有機可提取物

漿粕在制造過程中會殘留部分有機可提取物，如樹脂等。由于其本身屬于低分子物質，在原液過濾時，難以將其有效去除。在原液紡絲成型時，一部分低分子物質也會進入紡絲浴中，其在溶劑本身的凈化系統中也難以消除。溶劑的反復循環利用會使其不斷累積，原液的可紡性會逐漸降低，紡絲浴中也會有泡沫產生，影響Lyocell纖維紡絲工藝，進而影響成品質量。針對漿粕中的可提取物，可選擇一些復合酶進行對應的處理工作[1]。

2.3 金屬離子

木材中帶有部分礦物質—金屬離子，如鐵、銅等，雖然含量極低，但對生產的影響較大。微量的金屬離子會加速纖維素的分解，降低纖維素的聚合度，降低成品的強度。同時，這些有害的金屬離子也是纖維素溶劑NMMO的分解催化劑，含量超標后，會加速溶劑的分解。纖維素和溶劑的分解過程是一個放熱反應，若失控，嚴重的話會引發爆炸事故，造成嚴重的損害。針對這種情況，相關生產管理人員可在漿粕生產過程中增加一道工序，比如選擇加入對應的化學試劑，如Na3PO4，其本身能夠吸附殘留的金屬離子，形成絡合離子，再通過洗滌將其分離出來；同時，還可選擇一些能夠去除金屬離子的設備或者工藝，皆能達到較好的效果[2]。

3 漿粕的溶解工藝

Lyocell生產工藝為：用NMMO溶解纖維素漿粕，制成紡絲原液，在紡絲成型后處理。當前應用較為廣泛的溶解方式包括兩種：干法工藝和濕法工藝。干法工藝方式即直接將干漿粕粉碎，再用質量分數為78%左右的NMMO溶液溶解，制得原液；濕法工藝方式即先通過水來溶解、分散漿粕，經過壓榨粉碎后，與高質量分數的NMMO溶液混合，使其充分溶脹、溶解。濕法工藝在后期蒸發和溶解的過程中，需蒸發出大量的水分，因此，會有較高的耗能。但通過壓榨粉碎，會提高纖維素漿粕的均勻性和反應活性，提高纖維素的溶解效率，同時，也可以提升原液本身的均勻性，對紡絲的穩定性和成品質量有積極的作用[3]。

4 漿粕的聚合度和結晶度

纖維素漿粕本身的性質也會對Lyocell纖維生產及產品質量有較大的影響，比如聚合度、結晶度等。一般情況下，纖維素漿粕的聚合度越高，纖維素的結晶度越高，NMMO與水就越難進入漿粕內部，溶脹的效果也會變差。因此，纖維素結晶度偏低、聚合度處于正常水平的漿粕品種，更適宜作為Lyocell纖維工藝的原材料。通常認為，聚合度較高的漿粕可以制成高強度的纖維，當其聚合度較低時，成品的耐疲勞性能、耐磨性、強力等都會降低。研究表明，聚合度低于200、高于1200的漿粕含量越高，纖維素紡絲溶液的過濾性能就會越差。Lyocell纖維與黏膠纖維相比有著較高的強度，對漿粕的聚合度要求相對較高。但若漿粕的聚合度過高，就會使得纖維素在溶解時難以取得理想的效果，Lyocell纖維生產就會受到影響。

試驗結果表明，當Lyocell纖維的聚合度在500~600時，成纖強度將不再隨著聚合度的提升而提升。因此，考慮到漿粕在NMMO中溶解是部分降聚，可將漿粕原料的聚合度控制在700左右，以制得可紡性較好的纖維素溶液和強度較高的成品纖維[4]。

5 漿粕的半纖維素含量

漿粕中的半纖維素含量也會對Lyocell纖維的生產工藝產生影響。在經典的黏膠工藝中，半纖維素在堿液浸漬過程中會發生溶解流失，纖維成品中的纖維素得率相對偏低。在Lyocell工藝中，使用NMMO溶劑進行漿粕溶解，半纖維素與纖維素會溶解成紡絲原液，在紡絲時，會析出成型，半纖維的損失可忽略不計。在合理范圍內，半纖維素含量較高的漿粕更加易于溶解，溶解條件也較為溫和，具有更好的溶解效果。此外，應用半纖維素含量較高的漿粕制作而成的紡絲原液具有更好的過濾性能，進而有更佳的可紡性，能夠提高Lyocell成品纖維的質量。另外，用半纖維素含量較高的漿粕制作而成的Lyocell纖維具有更高的染色性能，且制成的原液黏度更低。因此，可適當增加紡絲原液的纖維素含量，提高生產效率。

6 漿粕質量穩定性

在生產漿粕時，若同批次產品因工藝參數或者原材料出現質量波動，不同批次間的漿粕質量也會有差異，漿粕質量的穩定性會對Lyocell纖維生產和產品質量產生一定影響。比如當漿粕的聚合度發生波動時，會使纖維素溶脹發生變化，使纖維素的溶解時間和黏度等產生偏差，導致原液質量不均勻，影響其可紡性，造成Lyocell纖維成品的質量波動。

7 結語

漿粕質量對Lyocell纖維生產及產品質量有明顯的影響。本研究對漿粕的有機可提取物、金屬離子含量、聚合度、結晶度、半纖維素含量、質量穩定性及溶解工藝等進行了探討，總結出適宜進行Lyocell纖維生產的漿粕質量，對Lyocell纖維生產穩定性和產品質量的提高具有一定的參考意義。