天丝”——溶剂法纤维素再生纤维崔苏林 摘要：简述了天丝纤维的发展历史、生产工艺特点、纤维特性及发展前景并与和传统 的粘胶法纤维素纤维进行了比较，天丝纤维是一种比粘胶纤维性能更好的、具有高附加 价值的服装用、产业用纺织原料关键词：天丝纤维溶剂纺纤维素纤维纺丝工艺纤维性能前言随着人类对合理利用有限天然资源和对环境保护观念的深入，再生纤维素纤 维的绿色制造技术越来越受到人们的重视Tencel纤维是上个世纪末才实现工 业化生产的一种新型的再生纤维素纤维，它是通过将天然纤维素原料（浆粕）直 接溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物（简称NMMO）和水的混合溶剂中，进彳丁特殊纺丝 制得的，因而又称为溶剂法纤维素纤维国际人造纤维标准化局（BISF）将Tencel 纤维作了定义：一种用有机溶剂纺制而成的新的纤维素纤维的通称，包括长丝、 短纤维、薄膜等溶剂纺丝不同于传统的纤维素酯化，在纤维素溶解与纺丝时不 生成纤维素衍生物Tencel纤维已经通过国际化标准组织（ISO）备案，被列为 与Gupro、Model、Viscose、Acetate、Triacetate并列的六大纤维素纤维成员 之一天丝（Tencel ）是一种溶剂型纤维素纤维，是英国 Acocdis公司生产 的 Lyocell 纤维的商标名称，在我国注册中文名为 "天丝"，该公司通过十 年开发，直至上世纪九十年代才完成商业应用，是最典型的绿色环保纤维。
2004年5月由兰精公司合并后统一生产其环保特点：原料来自木材，可 不断自然再生，回收率达 99%以上，无毒、无污染、天丝产品使用后可生化 降解，不会对环境造成污染故被称为“二十一世纪绿色纤维”，并获得 国际绿色环保证书它有棉的“舒适性、涤纶的“强度”、毛织物的“豪 华美感”和真丝的“独特触感”及“柔软垂坠” ，无论在干或湿的状态下， 均极具韧性在湿的状态下，它是第一种湿强力远胜于棉的纤维素纤维 百分之百纯天然材料，加上环保的制造流程，让生活方式以保护自然环境 为本，完全迎合现代消费者的需求目前使用Tencel（天丝）的有国际著名品牌Diesel、DKNY等十五个，以 及国内知名品牌逸飞、雅戈尔、男士令、恒源祥、汤尼威尔等天丝自从 进入中国市场以来很快掀起开发的热潮，从最终产品来看，可以加工成机 织产品、针织产品及其它特色产品毛毯、手编绒线等等 在与其它纤维共 同应用方面，天丝不但可与棉、麻、丝、毛等天然纤维混纺或交织使用， 也可与各种化学纤维共用1 Tencel 纤维国内外发展概况表1列举了 Tencel纤维的发展过程［1］NMMO工艺的基础是基于氧化胺类化合 物在特定条件下可以溶解纤维素,纤维素可从该溶液中再生出来。
1969年公开的 专利N —甲基一吗啉一N氧化物已被证明是合适的溶剂［2］从上个世纪七十年 代开始，荷兰Akzo Nobel公司开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维，以NMMO 为纤维素的溶剂，1992年又研发了 Tencel长丝产品，注册商标“Newcell”德国Thuringian纺织和塑料研究所（简称TITK）发展了溶剂纺丝法的生产工 艺，1998年与德国Zimmer工程公司合作建立了中试试验、示范工厂,规模为300〜 800吨/年英国Courtaulds公司1980年起开发NMM0新溶剂纺丝技术，1988 年小批量的生产Tencel纤维，1992年开始在美国建成第一家万吨级工业化生产 厂，产品商品名为“ Tencel ”（我国音译为“天丝”）曾经一度成为Tence l纤 维的世界主体生产企业奥地利Lenzing公司于1986年开始研究Tencel纤维的生产工艺技术，1997 年在国内建成第一条纤维生产线，商品名为“Lenzing TencelR”目前，Lenzing 并购了 Courtaulds的Tencel纤维项目并继续使用“Tencel ”品牌，成为世界规 模最大的、完全占有“天丝”市场的生产企业。
国内于上个世纪八十年代末期开始研究溶剂法纤维素纤维再生技术成都科 技大学和宜宾化纤厂最先进行小试研究东华大学于1994年开始Tencel纤维的 实验室研究，1997年设立了 Tencel纤维的研究开发中心，在溶解和纺丝等方面 的基础理论领域进行了探索2001年，由上海纺织控股（集团）公司承担年产 千吨级Tencel纤维示范项目上马，计划2005年试生产，但是直至今日尚未开车 成功最近，由纺织总会科技发展中心、中国纺织科学研究院、东华大学参加成 立了 983科研课题组，拟与新乡化纤合作，进行Tencel纤维产业化方面的研究通过对中国专利数据库检索，有关Tencel纤维的制备方法、处理工艺、生 产设备及产品应用等专利不足200项，其中绝大多数都是国外申请人在中国申请 的相关专利Tencel纤维相关中国专利申请并公开的文献量变化趋势如图1所 示据报导世界上已有33个国家的660余家企业在研究、生产或筹建Tencel 纤维，目前具有生产和试验装置的除英、美、德、奥等主要国家外，还有瑞士、 埃及、阿根廷、澳大利亚、印度、尼泊尔、沙特阿拉伯、韩国、中国和日本等Tencel纤维产量增长迅速，1993年刚开始时，生产能力只有2万吨/年，到 2004年，产能已达到13万吨/年，预计到2010年生产能力可望达到45万吨， 生产规模达到65万吨。
2 Tencel纤维的性能及特点2・1 Tencel纤维的形态2.2天丝纤维的特点具有高的干、湿强力，干湿强比 85%; 具有较高的溶胀性：干湿体积 1：1.4; 独特的原纤化特性 ,即天丝纤维在湿态中经过机械摩擦作用下 ,会沿纤维轴 向分裂出原纤,通过处理后可获得独特桃皮绒风格 ;良好可纺性：可纯纺， 也可与棉、毛、丝、麻、化纤、羊绒等纤维混纺交织适用纺制各类机、 针织纱；Tencel的应力应变特点便它与纤维素纤维间抱合力较大，较易混纺； 高湿模量赋于Tencel织物缩水率很低纱线缩水率仅为 一044%;高强度适 于制造超细纤维环锭，转杯，气流纺）适于织造轻薄织物（ 80g/m2） 和厚重织物;Tencel织物可用传统纤维素纤维的预处理，漂白和染色工艺进 行加工；Tencel纤维圆形截面和纵向良好的外观使 Tencel织物具有丝绸般 的光泽，优良的手感和悬垂性，服装具有飘逸感 Tencel 具有原纤化的特 性通过对原纤化的控制，可做成桃皮绒，砂洗，天鹅绒等多种表面效果 的织物，形成全新美感，适合开发具有新的细条，光学可变性的新潮产品2.3 天丝纤维的性能天丝兼具普通型粘胶纤维优良的吸湿性、柔滑飘逸性、舒适性等优点 外，克服了普通粘胶纤维强力低，尤其是湿强低的缺陷，它的强力几乎与 涤纶相近。
天丝物化性能，它的外观是白色；而且有光泽，纤维截面呈圆 形；比重是1.5,天丝纤维回潮率是11%；没有熔点，但着火点大约在400 度对于毒害测试：按照欧洲67/584/EEC及其它相关规定，天丝纤维不属有 害物品，其中天丝A100是一种非原纤化纤维，在纺标准型天丝后道，通过 用Axis助剂交联处理后，使天丝纤维不会发生原纤化根据日本家用纺织 品有害物质含量规定，测试结果为低甲醛，在规定范围内而 Tencel纤维的工艺流程则相对简单，总停留时间只有3〜6小时Tencel纤维的生产符合环 保要求，溶剂NMMO几乎是闭路循环这种新的溶剂法纤维素纤维的生产工艺是 一种不经过化学反应生产纤维素纤维的新工艺，采用封闭式的溶解、纺丝、溶剂 回收工艺流程，耗水量紧为粘胶生产的1/10，排放废水无毒且量少，对环境无 污染2. 4产品性能比较Tencel纤维的化学结构与粘胶纤维基本相同，除了具有天然纤维本身的特 性如吸湿性、透气性、舒适性、光泽性、可染色性和可生物降解性外，还具有良 好的强伸特性，适宜与其他天然纤维或合成纤维混纺还能经受剧烈的机械和化 学处理，使织物有仿丝、棉、麻、毛等各种手感Tencel纤维与粘胶纤维和其 他纤维的性能比较见表2性能指标咼湿模量粘 胶纤维棉聚酯天丝线密度 （dtex）1.71.71.71.7强度(cN/tex)22-2620-2440-5238-42断裂伸长率(%)20-2513-1544-4514-16湿态强度 (cN/tex)10-1519-2126-3034-38湿态伸长率(%)25-3013-1512-1416-18湿态模量(5% 伸长时)50110100270回潮率(%)1312.580.51.5保水率(%)90905065表2绿色纤维与其它纤维的性能比较粘胶3 Tencel纤维的生产特点3・1工艺流程及关键技术纤维素的活化是必要的工艺过程。
可以通过碱化、辐射、氨化等手段破坏纤 维素的结晶区域，增大纤维素与溶剂接触的范围在浆粕预浸时，采取高速搅拌、 强烈震荡的方法，以提高溶解速度，缩短溶解时间溶解时各成分之间的比例直 接影响纤维素的相变过程，只有在很窄的范围内才能形成均相溶液过滤的作用 是除去过程杂质，保证溶液的均一性高效连续溶解技术、多孔纺丝组件和纺丝 配套技术、NMMO回收(高效水洗装置)技术等目前仍然是理论界研究的热点， 也是工业化生产上的关键技术［4］3.2溶解机理纤维素溶剂NMMO为N-甲基吗啉-N-氧化物，分子结构如下：NMMO常温下 为固态，熔点130°C，吸湿性很强，每分子可结合多达四分子水其制备方法一 般为：二乙醇胺加硫酸脱水制成吗啉，再甲基化制成甲基吗啉，然后用过氧化氢 氧化由于NMMO性能不稳定，极易变质，一般都是用时现配；NMMO生产成本比 较高，储存、运输、使用都很困难，可以说是Tencel纤维生产的一大难点据 资料报道，NMMO回收率大于99%才能保证Tencel纤维生产的经济运行［5］纤维素羟基中氢原子可呈酸性性质，NaOH能使浆粕膨润；叔胺氧化物的氧原 子有较大活性，当NMMO与纤维素在一起时，纤维素羟基的氧原子与氨氧化物的 氧原子先形成强的氧键，使纤维素与NMMO之间形成络合物，在过量的NMMO溶剂 化作用下，纤维素逐渐达到溶解［6］。
氧化胺具有破坏甚至位于纤维素结晶区的氢键的能力但NMMO对纤维素的 溶解条件是很苛刻的，它紧在一个很窄的范围内溶解纤维素，在含水15〜20%时 溶解性能最好，可得到30%的纤维素溶液3.3纺丝原理NMMO含一分子水时（含水率13.3%）能溶解纤维素，若含两分子水，则不溶 解纤维素，利用这一性质，可以用水做凝固剂，来纺制Tencel纤维 NMMO在加热时，很容易分解出氧，不仅容易使纤维着色，还可使纤维素降解 为获得稳定的均相溶液，一般采用NaOH作为抗氧化剂，用核酸丙基酯作为稳定 剂能否工业化生产，添加剂的选择是很重要的因素［7］奥地利兰精公司对Tencel纤维的纺丝成型技术进行了深入研究，最终采用 干湿法纺丝，既纺丝液从喷丝头压出后，首先经过一段气隙，然后进入凝固浴（如 图3）这和传统的粘胶法不同纺丝浴液的轴向长度比湿法纺要长5〜20倍， 初生纤维在空气浴中能经受住显著的拉伸，因此纺丝速度可比湿法高5〜10倍， 生产效率明显提高［8］4 Tencel 纤维的应用从质量上来说，这种纤维的可纺性好，强力高，所以它可以和棉、毛、丝、 麻等天然纤维混纺，混纺后可以改善纱线的品质、质量Tencel纤维既有合纤 的强度，又有天然纤维的吸湿性、抗静电性，有丝绸般的手感和光泽，易于纺织、 染整加工，穿着舒适。
同时机织物一般经过树脂整理，使衣服可免烫Tencel 纤维有很高的热稳定性和较小的蠕变率，特别适合产业用纺织品、医用织物和个 人卫生用品，还可生产高强力织物。