范小永　李振峰

竹漿纖維是一種新型紡織原料,通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中添加功能性助劑,使之充分分散在纖維內(nèi)部,可制成竹漿遠(yuǎn)紅外、負(fù)離子、抑菌復(fù)合功能纖維,提高紡織品服裝的保健功能。

Bamboo viscose fiber is a new kind oftextile materials, which can be processed to be functional type by means of adding functional additives during its production. This article introduced the process of multi-functional bamboo viscose fiber of far infrared, negative ion and bacteriostatic, and analyzed the factors impacting the functions.

1前言

竹漿纖維以竹材為原料,經(jīng)制漿加工制成竹漿粕,之后經(jīng)粘膠纖維生產(chǎn)工藝而制得,目前已廣泛應(yīng)用于服裝、床上用品、裝飾布等領(lǐng)域。

遠(yuǎn)紅外線是波長(zhǎng)為 4 ～ 1 000 μm的電磁波,其中波長(zhǎng)為 8 ～ 15 μm的遠(yuǎn)紅外線具有保暖、消炎鎮(zhèn)靜、改善人體循環(huán)、增強(qiáng)新陳代謝、消除疲勞恢復(fù)體力、輔助醫(yī)療等功能。

負(fù)離子是指空氣中帶負(fù)電的粉塵粒子以及大氣電離產(chǎn)生的O2-、O2-(H2O)n和水化羥基離子(H3O2)-等。負(fù)離子具有消除人體疲勞、活化細(xì)胞、增強(qiáng)免疫力,改善睡眠和皮膚干燥等癥狀。

結(jié)合竹漿纖維的特性及應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)其添加發(fā)射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)離子等功能,生產(chǎn)復(fù)合功能性竹漿纖維,將有助于竹漿纖維附加值的提高及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。

2生產(chǎn)工藝及存在問(wèn)題

生產(chǎn)功能性纖維的方法主要有涂層法和共混法兩種,涂層法是指將功能材料超微粉體、分散劑、粘合劑等配成分散液,在纖維生產(chǎn)的后處理過(guò)程中涂敷于纖維表面制成功能性纖維。采用涂層法生產(chǎn)功能性纖維的工藝路線較短、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低,但所制纖維手感發(fā)硬、耐洗滌性差。共混法是指將功能性材料的超微粉體在粘膠纖維生產(chǎn)過(guò)程中混入,使功能性材料植入纖維內(nèi)部而使纖維獲得功能性。共混法生產(chǎn)的纖維在外表上和普通纖維基本沒(méi)有區(qū)別,經(jīng)多次使用洗滌后仍具有較強(qiáng)的功能性,從根本上解決了涂層法功能性纖維功能不持久的缺點(diǎn)。

遠(yuǎn)紅外負(fù)離子功能材料一般為電氣石、麥飯石、蛋白石、竹炭等無(wú)機(jī)材料,由于此類(lèi)材料結(jié)構(gòu)中存在非對(duì)稱性的電荷,其電荷中心不重合,所形成的偶極矩分子中的原子受到環(huán)境中能量的激發(fā),產(chǎn)生壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)而輻射遠(yuǎn)紅外線,同時(shí)形成電場(chǎng),高壓電荷使電場(chǎng)中的空氣發(fā)生電離,被擊中的電子附著于附近的水和氧分子使其轉(zhuǎn)化為空氣負(fù)離子。

由于此類(lèi)材料的粉體粒徑相對(duì)較小,在使用時(shí)易團(tuán)聚形成大顆粒,混入粘膠后會(huì)影響纖維的生產(chǎn)過(guò)程,使纖維發(fā)射遠(yuǎn)紅外線和釋放負(fù)離子的功能減弱。同時(shí)纖維顏色一般發(fā)灰或發(fā)黑,手感發(fā)硬,強(qiáng)度相對(duì)較低,嚴(yán)重影響了其在下游產(chǎn)品中的應(yīng)用。因此對(duì)功能性粉體提出以下要求:

(1)結(jié)合粘膠纖維生產(chǎn)中的過(guò)濾材料孔徑、噴絲頭孔徑、成品纖維直徑、纖維強(qiáng)度等因素,功能材料的粒徑理論上應(yīng)小于 5 μm;

(2)有良好的分散性及和纖維素良好的相容性;

(3)顏色最好為白色或淺色;

(4)有較高的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率和負(fù)離子釋放功能。

竹漿粕由于反應(yīng)性能差、灰鐵含量高等缺點(diǎn),在纖維生產(chǎn)中造成粘膠內(nèi)在質(zhì)量差,粘膠中未完全溶解的粘膠粒子數(shù)量多,造成過(guò)濾困難,影響了竹漿纖維的紡絲成形,從而使纖維的各項(xiàng)常規(guī)質(zhì)量指標(biāo)均低于其它漿種纖維。如果在竹漿纖維生產(chǎn)過(guò)程中混入功能性粉體,對(duì)粘膠過(guò)濾、紡絲及纖維質(zhì)量勢(shì)必造成更大影響,從而使規(guī)?；a(chǎn)難以進(jìn)行。提高粘膠的內(nèi)在質(zhì)量、功能性材料粒子的充分分散以及纖維的紡絲成形質(zhì)量成為復(fù)合功能性竹漿纖維制備過(guò)程中的三大難點(diǎn)。

3試驗(yàn)

3.1檢測(cè)

JL - 1155激光粒徑測(cè)試儀;

纖維常規(guī)指標(biāo)檢驗(yàn)依據(jù)GB/T14463 — 93;

遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率檢驗(yàn)依據(jù) FZ/T64010 — 2000;

負(fù)離子濃度檢驗(yàn)依據(jù) SFJJ – QWX25 — 2006;

抑菌性 金黃色葡萄球菌 檢驗(yàn)依據(jù)JIS L 1902 — 2002。

3.2對(duì)功能性助劑的選擇

結(jié)合對(duì)功能性助劑的要求,選用由臺(tái)灣華公司提供的白竹炭漿液,該漿液是由平均粒徑 0.2 ～ 0.4 μm的白竹炭顆粒組成,在水中加分散劑形成懸浮狀的漿液,白度為 69%。

3.3復(fù)合功能性竹漿纖維生產(chǎn)工藝的確定

3.3.1白竹炭漿液混膠后對(duì)粘膠質(zhì)量的影響

為了確定白竹炭漿液對(duì)粘膠各項(xiàng)指標(biāo)性能的影響,檢測(cè)正常粘膠和混有白竹炭漿液的粘膠在熟成中各項(xiàng)指標(biāo)的變化并進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)中白竹炭的加入量為 3.5%。

(1)白竹炭漿液混入粘膠后對(duì)粘膠熟成度的影響

白竹炭漿液為水的稀分散液,混入粘膠后對(duì)粘膠的粘度會(huì)產(chǎn)生一定影響。粘膠粘度的變化使粘膠的凝固性能發(fā)生改變,影響粘膠的熟成,對(duì)后續(xù)的紡絲過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

(2)白竹炭漿液混入粘膠后對(duì)粘膠過(guò)濾性能的影響

白竹炭顆粒由于粒徑較小,其較高的表面能容易使多個(gè)顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚,形成粒徑相對(duì)較大的粒子,在混入粘膠后影響粘膠的過(guò)濾性能。

由(1)、(2)分析可知,在粘膠中混入白竹炭漿液后,對(duì)粘膠的熟成度變化影響不太明顯,粘膠的過(guò)濾性能明顯變差。

3.3.2提高粘膠質(zhì)量的工藝研究

由于混入白竹炭后粘膠的過(guò)濾性能變差,因此纖維的生產(chǎn)過(guò)程和各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)必然受到影響。為保證纖維生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行,使纖維具有較好的質(zhì)量指標(biāo),在白竹炭漿液混入前必須對(duì)粘膠的過(guò)濾性能進(jìn)行提升,以消除混入白竹炭后對(duì)粘膠質(zhì)量的影響。

(1)浸漬

粘膠纖維生產(chǎn)中的浸漬工序就是通過(guò)漿粕和氫氧化鈉溶液(浸液)作用,使?jié){粕中的半纖維素充分溶出,同時(shí)纖維素和氫氧化鈉分子反應(yīng)生成堿纖維素的過(guò)程。

影響浸漬工藝的主要因素有浸液濃度、浸液溫度、浸漬時(shí)間等。浸液濃度一般控制為 215 ～ 245 g/L。浸液溫度一般控制在 45 ～ 65 ℃,浸液溫度越低、時(shí)間越長(zhǎng),越有利于纖維素的膨潤(rùn),有利于半纖維素的溶出,但對(duì)漿粕中纖維細(xì)胞長(zhǎng)度相對(duì)較短的竹漿來(lái)說(shuō),劇烈的膨潤(rùn)可使后續(xù)的壓榨無(wú)法進(jìn)行,反而影響半纖維素與堿纖維素的分離,最終影響纖維的強(qiáng)度。經(jīng)試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐,竹漿的浸液溫度一般控制在 60 ～ 65 ℃,壓榨效果基本能夠滿足生產(chǎn)要求。浸漬時(shí)間越長(zhǎng),越有利于堿纖維素的生成,有利于半纖維素的溶出,有利于提高黃化的反應(yīng)能力。但過(guò)長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間會(huì)使纖維素分子鏈斷裂及氧化程度加劇,反而影響纖維的生產(chǎn)過(guò)程和纖維質(zhì)量。在浸液溫度為 60 ℃,浸漬 50 min的條件下,對(duì)不同浸液濃度對(duì)粘膠過(guò)濾性能的影響進(jìn)行研究;在浸液溫度為 60 ℃,浸液濃度為 240 g/L的條件下對(duì)不同浸漬時(shí)間對(duì)粘膠過(guò)濾性能的影響進(jìn)行研究。

研究發(fā)現(xiàn),浸液濃度在 235 ～ 240 g/L時(shí),粘膠具有較好的過(guò)濾性能;浸漬時(shí)間在 50 min時(shí),粘膠具有較好的過(guò)濾性能。

(2)黃化

浸漬、壓榨、粉碎后的堿纖維素,經(jīng)過(guò)和二硫化碳反應(yīng),生成纖維素黃酸酯。由于黃酸基團(tuán)的引入,一方面增大了纖維素分子之間的距離,另一方面增強(qiáng)了纖維素分子的親水性,與溶劑接觸后發(fā)生強(qiáng)烈的溶劑化作用,使纖維素黃酸酯溶解在水或稀堿液之中。酯化度是反映纖維素黃酸酯溶解性能的指標(biāo),酯化度越高,并且黃酸基團(tuán)在纖維素分子上分布越均勻,纖維素黃酸酯的溶解性能越好,間接反映出粘膠的過(guò)濾性能也越好。

影響纖維素黃酸酯酯化度的因素主要有黃化碳比、黃化時(shí)間、黃化溫度、助劑的使用等。結(jié)合竹材漿粕的質(zhì)量情況及對(duì)纖維素黃酸酯質(zhì)量的要求,本項(xiàng)目采用濕法黃化,黃化溫度控制在 18 ～ 26 ℃。

由分析可知,隨著碳比的上升,黃酸酯酯化度呈上升趨勢(shì),并且助劑對(duì)酯化度的影響逐漸減弱。黃化碳比在 32%時(shí),黃酸酯酯化度在 55% ～ 60% 之間,能夠滿足溶解對(duì)黃酸酯酯化度的要求。黃酸酯酯化度隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì),當(dāng)黃化時(shí)間在 110 ～ 120 min時(shí)達(dá)到最大值,黃化時(shí)間在 100 min時(shí),黃酸酯酯化度達(dá)到 55% ～ 60%,能夠滿足溶解、過(guò)濾對(duì)黃酸酯酯化度的要求。

3.3.3提高白竹炭微粒分散性的研究

白竹炭微粒的平均粒徑為 0.2 ～ 0.4 μm,由于粒徑較小,較高的表面能容易使其發(fā)生團(tuán)聚。其分散液通過(guò)對(duì)pH值的調(diào)整和加入分散劑,使白竹炭微粒表面具有較高的動(dòng)電電位和形成空間位阻效應(yīng),阻止白竹炭微粒之間的團(tuán)聚;白竹炭漿液只在短時(shí)間內(nèi)處于一種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),一般在靜置 72 h后由于白竹炭微粒團(tuán)聚而引起沉淀,混入粘膠后嚴(yán)重影響粘膠的過(guò)濾性能。為消除由于白竹炭微粒團(tuán)聚對(duì)粘膠過(guò)濾性能造成的影響,在使用前必須對(duì)微粒進(jìn)行解團(tuán)聚,一般采用機(jī)械分散或超生波分散。

總之,經(jīng)過(guò)對(duì)竹漿制膠工藝的優(yōu)化和調(diào)整,在混膠前對(duì)白竹炭進(jìn)行分散處理,可使粘膠內(nèi)在質(zhì)量大幅提升,粘膠的過(guò)濾性能得到明顯改善。

3.3.4紡絲成形工藝的確定

(1)牽伸

在粘膠纖維的生產(chǎn)中,粘膠從噴絲頭噴出后,纖維素分子在絲條中的排列處于雜亂狀態(tài),要得到具有一定強(qiáng)度并且符合紡織要求的纖維,必須對(duì)絲條進(jìn)行牽伸,以提高纖維素分子在纖維中的取向度和結(jié)晶度,使纖維具有一定的強(qiáng)度和伸度。

普通粘膠短纖維生產(chǎn)中的拉伸主要分為 3 部分,即噴絲頭拉伸、紡絲盤(pán)拉伸和塑化拉伸。粘膠中混入白竹炭微粉后,初生絲條強(qiáng)度較低,因此紡絲時(shí)不宜采用較大的紡絲盤(pán)牽伸和塑化牽伸。本項(xiàng)目采用塑化牽伸 1.18 倍,對(duì)紡絲盤(pán)牽伸進(jìn)行調(diào)整,觀察纖維的可紡性,以摸索最大紡絲盤(pán)牽伸倍數(shù),不同紡絲盤(pán)牽伸對(duì)纖維可紡性的影響如表 1 所示。

由表 1 可知,在塑化牽伸 1.18 倍,紡絲盤(pán)牽伸在 1.24 倍以下時(shí),粘膠具有較好的可紡性,并且在 1.24 倍時(shí)出現(xiàn)亂絲,說(shuō)明復(fù)合功能性竹漿纖維的最大紡絲盤(pán)牽伸不宜超過(guò)1.24 倍。

(2)酸浴

紡絲時(shí),在保證粘膠細(xì)流良好地凝固和纖維素黃酸酯適度分解的前提下,酸浴中的H2SO4應(yīng)采用較低的濃度。但如果H2SO4濃度過(guò)低,粘膠細(xì)流的凝固程度則低,容易引起單絲早期斷裂,造成亂絲和紡絲斷頭?；烊氚字裉康恼衬z細(xì)流在出酸浴后的強(qiáng)度比普通粘膠細(xì)流更低,酸浴含酸在理論上應(yīng)比普通粘膠纖維的酸浴含酸度高,這樣可使絲條在進(jìn)行紡絲盤(pán)牽伸之前具備足夠的強(qiáng)度,能夠經(jīng)受后續(xù)較大的牽伸。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn),酸浴含酸在 130 ～ 135 g/L時(shí),所紡纖維具有較高的干強(qiáng),且在 135 g/L時(shí),纖維強(qiáng)度達(dá)到最大值。

經(jīng)過(guò)對(duì)制膠、白竹炭微粒的分散以及紡絲成形工藝的研究,復(fù)合功能性竹漿纖維順利通過(guò)了中試生產(chǎn),產(chǎn)品經(jīng)國(guó)家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè),各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均處于較好的水平。纖維的截面顯微鏡照片如圖 1 所示,各項(xiàng)性能指標(biāo)如表 2 所示。

由圖 1 和表 2 可以看出,白竹炭微粉已均勻地分布在纖維中,纖維的常規(guī)指標(biāo)能夠達(dá)到了GB/T14463 — 93一等

品標(biāo)準(zhǔn),并且具有較好的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率和釋放負(fù)離子功能。

4結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)制膠工藝的優(yōu)化和調(diào)整,對(duì)白竹炭漿液在混膠前進(jìn)行分散處理,可使其粘膠的過(guò)濾性能接近正常粘膠。

(2)在紡絲中對(duì)牽伸和酸浴等工藝條件進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,使混入白竹炭后的粘膠具有較好的可紡性,所紡纖維具有較好的常規(guī)指標(biāo)。

(3)纖維的功能性在一定范圍內(nèi)隨加入量的增加而提高,達(dá)到一定量后纖維的功能性反而下降。

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