再生纤维也称人造纤维,是指以天然高分子化合物为原料经过化学处理和机械加工而制成的纤维。
2.3.1.1 再生纤维素纤维
纤维素是自然界产量最大的一种天然高分子物质,广泛存在于各类植物体中。除了少数植物中纤维素是长纤维外,绝大多数植物中的纤维素不是纤维状或者是长度很小的纤维状,并不能直接利用,将这些植物中的纤维素提纯溶解后,纺丝再生而成的纤维就是再生纤维素纤维。
(1)普通黏胶纤维
普通黏胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种,简称黏胶纤维,是再生纤维素纤维最早出现的品种,也是最早研制和生产的化学纤维。1891年在英国研制成功,1905年投入工业化生产。黏胶纤维是从植物中提取纯净的纤维素,经过烧碱、二硫化碳处理之后,制成黏稠的纺丝溶液,采用湿法纺丝加工而成。纤维素来源十分丰富,如棉短绒、木材、芦苇、甘蔗渣、竹、麻等,通常以“原料名称+浆+纤维”或“原料名称+黏胶纤维”命名。如棉浆纤维或棉黏胶纤维,木浆纤维或木黏胶纤维,竹浆纤维或竹黏胶纤维,麻浆纤维或麻黏胶纤维等。
黏胶纤维截面呈不规则的锯齿形,有明显的皮芯结构,纵向有平直不连续的条纹。其化学组成与棉纤维相同,聚合度、结晶度、取向度都远低于棉,结构中含有更多的微孔隙。黏胶纤维吸湿性高于棉,易染色,色谱全,色泽艳,染色牢度高于棉,对酸与氧化剂比棉敏感,对碱的稳定性不及棉。黏胶纤维干强低于棉纤维,润湿后的截面积膨胀率可达50%以上,最高可达140%,所以黏胶纤维织物沾水后会发硬。黏胶纤维润湿后比强度急剧下降,其湿干态强度比为40%~50%。初始模量低,湿态模量下降,织物洗涤揉搓时易变形起皱。弹性回复性差,干燥后易收缩,使用中又逐渐伸长。
(2)高湿模量和强力黏胶纤维
高湿模量黏胶纤维是对普通黏胶纤维缺点进行改进而得到的,主要是两个途径:其一是形成全芯层高结晶度结构,其主要代表纤维有中国早期所称的富强纤维、日本的虎木棉或Polynosic;其二是增加纤维的皮层及皮层内分子间的微晶物理交联作用形成的致密厚皮层结构,如欧美20世纪50年代的高湿模量黏胶(HWM)、Vincel和70~80年代的莫代尔(Modal)纤维等。高湿模量黏胶纤维横截面近似圆形,断裂比强度为3.0~3.5cN/dtex,高于普通黏胶纤维,湿干态强度比明显提高,为75%~80%。
强力黏胶纤维结构为全皮层,是一种高强度、耐疲劳性能良好的黏胶纤维,断裂比强度为3.6~5.0cN/dtex,其湿干态强度比为65%~70%,也明显高于普通黏胶纤维。广泛用于工业生产,经加工制成的帘子布,可供制作汽车、拖拉机的轮胎,也可制作运输带、胶管、帆布等。
(3)新型溶剂法黏胶纤维
普通黏胶纤维生产需要先将纤维素转化为纤维素衍生物再溶解纺丝,在纺丝过程中再还原成纤维素,而新型溶剂指的是能够直接溶解纤维素的溶剂体系,一般为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)或离子液体。采用直接溶解纤维素纺丝制成的黏胶纤维称为新型溶剂法黏胶纤维。
莱赛尔(Lyocell)纤维是以NMMO为溶剂制得的再生纤维素纤维,类似的产品还有英国Courtaulds公司生产的Tencel纤维,国内谐音商品名“天丝”和德国Akzo-Nobel公司生产的Newcell纤维。与普通黏胶纤维相比,Lyocell纤维最主要的特点是溶剂NMMO可接近100%回收,基本无污染,因此被认为是一种绿色纤维。因为直接溶解法对纤维素大分子造成的破坏较小,Lyocell纤维强度高明显高于普通黏胶纤维,达到3.8~4.2cN/dtex,且湿强损失小于15%。Lyocell纤维截面呈圆形,巨原纤结构致密,拉伸、钩接、打结强度均高,手感柔软,悬垂性好。Lyocell纤维有原纤化倾向,纤维表面易发生分裂形成小纤维绒,可利用此特征制造有桃皮绒感和柔软触感的纺织品,通过改变纺丝工艺也可消除此缺陷。
(4)铜氨纤维(www.daowen.com)
将棉短绒或木材的纤维素浆粕溶解在氢氧化铜的浓氨溶液内,制成铜氨纤维素纺丝溶液,在5%稀硫酸凝固浴中纺丝成型即得到铜氨纤维。由于铜氨纺丝液的塑性很高,可承受高倍拉伸,因此,可制成很细的纤维,单纤维线密度为0.44~1.44dtex。铜氨纤维截面呈圆形,无皮芯结构,纵向表面光滑,光泽柔和、有真丝感。铜氨纤维吸湿性好,回潮率为12%~13%,与黏胶纤维相近,干态比强度为2.6~3.0cN/dtex,较黏胶纤维稍高,湿干态强度比为65%~70%,也高于黏胶纤维。此外,铜氨纤维的耐磨性和耐疲劳性也比黏胶纤维好。
铜氨纤维成型工艺复杂、产量较低,一般制成长丝,用于制作轻薄面料和仿丝绸产品,如内衣、裙装、睡衣等。铜氨纤维面料也是高档服装里料的重要品种之一,铜氨纤维与涤纶或黏胶纤维的交织面料是高档西装的常用里料。铜氨纤维面料滑爽、悬垂性好。
(5)醋酯纤维
醋酯纤维俗称醋酸纤维,即纤维素醋酸酯纤维,利用纤维素和醋酸酐作用,羟基与乙酰基结合,生成纤维素醋酸酯,溶解在二氯甲烷溶剂中制成纺丝液,经干法纺丝制成。纤维素分子上的羟基与乙酰基结合的百分数称为酯化度。二醋酯纤维的酯化度一般为74%~92%,三醋酯纤维的酯化度一般为93%~100%,酯化的百分数越高,醋酸纤维素分子的结构对称性和规整性越好,故纺织用纤维基本为三醋酯纤维素纤维。二醋酯纤维素纤维一般作为滤材,主要用于香烟滤嘴,有很好的焦油和尼古丁吸附能力。
显微镜下,醋酯纤维的截面为不规则多瓣形,无皮芯结构,纵向表面有条纹。醋酯纤维断裂比强度较低,干态比强度仅为1.0~1.5cN/dtex,湿干态强度比为67%~77%。断裂伸长率为25%左右,湿态伸长率为35%左右。由于纤维素分子上的羟基与乙酰基结合为酯基,因而吸湿性比黏胶纤维低得多,在标准大气条件下,二醋酯纤维的回潮率为6.0%~7.0%,三醋酯纤维的回潮率为3.0~3.5%。醋酯纤维染色性较差,通常采用分散性染料染色和特种染料染色。
醋酯纤维模量较低,易变形,低伸长下的弹性回复性极好(1.5%伸长时回复程度为100%),密度小于黏胶纤维,故织物手感柔软,有弹性,不易起皱,悬垂性好。醋酯纤维表面平滑,有丝一般的光泽,适合于制作衬衣、领带、睡衣、高级女装等。
2.3.1.2 再生蛋白质纤维
蛋白质资源在自然界中相当丰富,它包括植物蛋白和动物蛋白。再生蛋白质纤维的研究早在19世纪末期就已开始,目前已使用过的蛋白质有:酪素(牛奶蛋白)、蚕蛹蛋白、蚕丝蛋白、羽毛蛋白、角蛋白(主要是羊毛蛋白)、明胶、大豆蛋白、花生蛋白等。纯纺的再生蛋白质纤维由于提取成本高昂及力学性能差(通常比强度低于1cN/dtex),很难满足实用要求而搁浅,研究进而转向将蛋白质溶液与其他高聚物进行共混纺丝或与其他高聚物进行接枝共聚再进行纺丝。由于蛋白质本身不耐高温,再生蛋白质纤维均采用湿法纺丝工艺进行生产,所选用的基体材料主要是聚丙烯腈、聚乙烯醇和纤维素,纤维强度取决于蛋白质在纤维中的比例,比例越高则纤维强度越低。
再生蛋白纤维耐热性差,当温度超过120℃时,纤维就会变黄,且纤维自身本色发黄,干扰染色;纤维中蛋白质在水洗、漂白及染色整理中的流失问题也难以解决。此外,再生蛋白质纤维原料成本高,产品的竞争力并不强,因而多数产品并未大量生产,即使个别产品有批量生产,不仅价格昂贵,而且性能存在明显短板,使其发展受到很大限制。
2.3.1.3 再生甲壳质纤维与壳聚糖纤维
甲壳质是指由虾、蟹、昆虫的外壳及从菌类、藻类细胞壁中提炼出来的天然高聚物,壳聚糖是甲壳质经浓碱处理后脱去乙酰基后的化学产物,它的化学名称为聚氨基葡萄糖。甲壳质、壳聚糖与纤维素有十分相似的结构,可将它们视为纤维素大分子上的羟基被乙酰氨基(—NHCOCH2)或氨基(—NH2)取代后的产物。由甲壳质和壳聚糖溶液经湿法纺丝形成的纤维分别被称为甲壳质纤维和壳聚糖纤维。
生物医药性能是甲壳质与壳聚糖的优势性能,由于它和人体组织具有很好的相容性,可以被人体的溶解酶溶解并被人体吸收,甲壳质和壳聚糖纤维还具有消炎、止血、镇痛、抑菌和促进伤口愈合的作用。甲壳质纤维和壳聚糖纤维是优异的生物工程材料,无毒性、无刺激性,可用作医用敷料及制作手术缝合线。采用甲壳素纤维与棉混纺的织物对人体无刺激性,具有抗菌防臭的功能,可制成功能性保健内衣、裤袜、服装及床上用品以及医用非织造织物。
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