离子液体法再生纤维素纤维制造技术及发展趋势

首先概述了再生纤维素纤维制造技术的发展历史,总结了以天然纤维素为原料的黏胶纤维、Lyocell纤维和离子液体纤维(Ioncell)及其技术发展现状。重点介绍了这三种再生纤维素纤维的性能、应用领域及市场前景,并比较了其生产工艺,包括纺丝原液的制备、纺丝工艺、溶剂回收等。与黏胶纤维相比,Lyocell纤维和Ioncell纤维在溶解纤维素及干喷湿纺纺丝方面具有独特的优势。进一步对该类技术的重点和难点,如纺丝原液的连续制备和溶剂的高效回收进行了分析。与Lyocell纤维使用的NMMO溶剂相比,Ioncell纤维使用的离子液体具有离子液体可设计等优点,可根据纤维素原料的不同来源,设计合成对纤维素具有更好的溶解能力而无降解特征且环境友好的离子液体溶剂,同时对温度、金属离子具有很好的稳定性,为发展新一代纤维素绿色制造技术提供了新途径。另外,对Ioncell纤维存在的问题也进行了详细的分析,提出了未来拟开展的重点研究方向和拟解决的关键难题。     

离子液体溶剂法制备再生纤维素纤维

离子液体是纤维素的有效溶剂,可以实现快速溶解。以离子液体生产的再生纤维素纤维较多地保留了纤维素的天然特性,易于生物降解,产品性能优于传统的粘胶工艺。介绍了离子液体的物性、作为纤维素溶剂的优点、对纤维素的溶解机理、纺丝原液制备及纺丝工艺。     

离子液体法纤维素纤维的制备及性能研究进展

对纤维素在离子液体中的溶解、溶解机理、纺丝原液的性质、纺丝工艺及纤维性能等进行了综述,认为离子液体作为一种新型纤维素溶剂,具有溶解速度快、溶解度大、对纤维素降解程度小、溶剂回收简单、回收率高等特点,且再生的纤维素具有良好的光泽和力学性能。     

新型溶剂法制备再生纤维素纤维研究进展

再生纤维素纤维以可再生、可生物降解的天然纤维素为原料,它的研究和开发对充分利用纤维素资源和促进纤维行业的可持续发展具有重要意义.离子液体和碱溶液溶剂体系对纤维素具有独特的溶解性能,为再生纤维素纤维的制备提供了新方法.这种新型的再生纤维素纤维具有制备过程简单、对环境无污染、纤维力学性能优异或生产成本低等优点,发展前景十分广阔.综述了离子液体法和碱溶液法再生纤维素纤维的最新研究进展,包括溶剂种类及其溶解能力、纤维素原料的性质与选择、纤维的制备方法和力学性能等,同时归纳和对比了各因素对新型再生纤维素纤维力学性能的影响.最后展望了两种新型再生纤维素纤维存在的挑战、未来发展趋势和工业化前景.     

离子液体法新型再生纤维素纤维的研究

采用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM]Ac)为溶剂,制备了纤维素/[EMIM]Ac溶液,研究了该体系的流变性能,利用干喷湿纺的方式制备的新型再生纤维素纤维,并对纤维的结构与性能进行了分析。结果表明,纤维素/[EMIM]Ac溶液为典型的切力变稀流体,在较高剪切速率下,纺丝溶液的黏度变化较小;由该体系制备的新型再生纤维素纤维具有纤维素Ⅱ晶型的结构;随着拉伸比的提高,纤维的取向程度及结晶度增大,纤维力学性能提高。以离子液体为溶剂制备的再生纤维素纤维表面光滑,质地紧密。     

改性剂PVA对Lyocen纤维结构和性能的影响

将聚乙烯醇（PVA）加入到纤维素／NMMO-H20溶液中进行纺丝,制备了不同PVA含量的Lyocell纤维,并对纤维的结构和性能进行了表征。结果表明,添加适量的PVA可以降低纺丝原液的黏度,提高纺丝液的可纺性,明显提高Lyocell纤维的强度和模量;通过x射线衍射测试,发现添加PVA之后Lyocell纤维仍然具有纤维素II晶型的结构;此外,PVA的加入还可以改善Lyocell纤维的抗原纤化性能,提高Lyocell纤维的热稳定性。     

纺丝工艺对离子液体法新型纤维素纤维性能的影响

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐（[BMIM]C1）为溶剂,用干湿法纺丝制备了再生纤维素纤维,通过正交试验设计和系统试验,考察了气隙长度、喷头拉伸比、凝固浴浓度和凝固浴温度等工艺参数对制得的再生纤维素纤维的力学性能的影响,找出离子液体法新型纤维素纤维的最佳纺丝工艺。试验结果表明,对于该体系,纺丝工艺参数中凝固浴温度和拉伸比对纤维的拉伸强度、初始模量的影响最大,气隙长度对纤维断裂伸长影响最大。     

凝固浴温度对再生细菌纤维素纤维结构与性能的影响

以细菌纤维素为原料,N-甲基吗啉-N-氧化物为溶剂制得纺丝原液,在不同的凝固浴温度条件下,制备再生细菌纤维素纤维,对其形貌、结晶度、取向度、力学性能、吸湿保湿性等进行了研究.结果表明:随着凝固浴温度的提高,再生细菌纤维素纤维表面逐渐趋于光滑,且结晶度提高、取向度和断裂强度降低;凝固浴温度为0～45℃,再生细菌纤维素纤维...     

MWNTs改性Lyocell基碳纤维的结构及性能研究

以纤维素浆粕为原料,添加多壁碳纳米管(MWNTs)制备纤维素质量分数为10%的纺丝原液,经干喷湿法纺丝制得MWNTs改性Lyocell纤维原丝,再经多段预氧化、高温碳化处理制备了MWNTs改性Lyocell基碳纤维,研究了所得碳纤维的结构和性能。结果表明:MWNTs改性Lyocell基碳纤维的表面比较光洁,没有明显的孔洞缺陷,MWNTs在碳纤维中的分散情况与其添加量有密切的关系;与纯Lyocell基碳纤维相比,MWNTs改性Lyocell基碳纤维的力学性能明显提高,含质量分数1%MWNTs的改性碳纤维的强度和模量分别提高了70%和116%;添加MWNTs质量分数1%的Lyocell纤维更适合作为碳纤维原丝,所得碳纤维形态结构完善、力学性能好。     

以离子液体为溶剂的纤维素纤维的结构与性能

以离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)为溶剂,制备了纤维素/[BMIM]Cl溶液,探讨了该体系的流变性能,并对所纺得的纤维素纤维的结构与性能进行了分析。结果表明:纤维素/[BMIM]Cl溶液为切力变稀流体,当剪切速率较大时,温度对体系黏度几乎没有影响,因此可以在较高剪切速率下降低纺丝温度;由该体系纺制的纤维具有纤维素II晶型的结构;随着拉伸比的提高,纤维的取向程度及结晶度增大,从而使纤维力学性能提高,所得纤维的表面光滑、结构致密,其染色性能及抗原纤化性能与Lyocell纤维基本相近。从而证明了用离子液体[BMIM]Cl所纺制的纤维素纤维性能良好,可望成为继Lyocell纤维之后的又一新型绿色纤维素纤维。     

新型碳纤维用原丝——高强高模Lyocell纤维纺丝工艺研究

采用天然高相对分子质量纤维素脱脂棉为原料 ,制备了高强高模纤维素纤维 ( L yocell纤维 ) ,并用此作为碳纤维原丝 ,成功制得了强度优于粘胶基碳纤维的 L yocell基碳纤维。考察了高相对分子质量纤维素的溶解特点 ,纺丝工艺对 L yocell纤维聚集态及性能的影响 ,比较了 L yocell纤维和粘胶原丝的表面及截面形态。实验表明 :高相对分子质量纤维素溶解的静溶胀时间和温度对其溶解有明显的影响 ;纺丝过程中 ,大的气隙长度对提高纤维的性能有利 ;随着凝固浴中 N -甲基吗啉 N -氧化物( NMMO )的浓度增加 ,纤维的强度和模量增加 ,当其在凝固浴中的质量分数达到 10 %时 ,强度模量最大 ,浓度继续增加 ,纤维的力学性能开始下降 ;拉伸比增加 ,L yocell纤维的强度模量增加 ,当拉伸比大于 3.0时 ,纤维的性能略有下降     

Comparison of direct solvents for regenerated cellulosic fibers via the lyocell process and by means of ionic liquids

Because new technology using ionic liquids (ILs) for cellulose processing enables the spinning of cellulose with various techniques, the resulting fiber property profiles differ significantly, depending on the process parameters. ILs are thermally stable, nontoxic, environmentally friendly solvents and dissolve cellulose directly; this leads to a high flexibility in the complete process chain for man‐made cellulosics. A comparison of the manufacture of cellulosic fibers according to the Lyocell process and by means of ILs is presented. The rheological behavior of the spinning dopes, the structures, and the physical textile properties of the prepared fibers were determined. The fibers spun from solutions of cellulose in N‐methyl morpholin‐N‐oxide monohydrate, 1‐ethyl‐3‐methyl imidazolium acetate, and 1‐ethyl‐3‐methyl imidazolium diethyl phosphate were compared. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci., 2013     

浆粕性质对离子液体法再生竹浆纤维性能的影响

以6种不同性质的竹浆粕为原料,选用1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐{[EMIM] Ac]为溶剂,采用干喷湿纺的方式制备了再生竹浆纤维,探讨了竹浆粕性质对再生竹浆纤维制备过程中溶解、流变行为以及纤维性能的影响.结果表明:离子液体对竹浆粕具有非常强的溶解能力;6种竹浆粕/[EMIM] Ac纺丝液都属于切力变稀流体;高聚合度和高α纤维素的竹浆粕制备的纤维的断裂强度和模量较高,但是纺丝过程不连续,发生断头较多.     

浆粕性质对纤维素/[Bmim]Cl纺丝原液性能的影响

选用棉浆和木浆3种纤维素浆粕为原料,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim] Cl)为溶剂,探讨了浆粕的聚合度(DP)和α-纤维素含量对其在[Bmim] Cl中的溶解情况、纺丝液的流变行为及其纤维性能的影响.结果表明:浆粕的DP和α-纤维素含量越高,其在[Bmim] Cl中完全溶解所需时间就越长;相对于α-纤...     

发光Lyocell纤维的制备

以可再生的α-纤维素为基体,粉末发光颗粒作为添加物,利用Lyocell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(DIN67510),10min余辉亮度>20mcd/m2,60 min余辉亮度>2.8 mcd/m2,而其有效余辉(>0.3 mcd/m2)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%。     

Processing of Cellulose Using Ionic Liquids

The processing of cellulose dissolved in ionic liquids (ILs) enables the development of new materials. Besides the established production of cellulosic fiber products, interesting technical applications are developed like super micro filament fibers, cellulose/chitin blend fibers, precursors for carbon fibers, and all‐cellulose composites. This review provides a detailed summary of these new developments and describes how ILs are selected for the processing of cellulose with a particular emphasis on industrial realization. State‐of‐the‐art spinning processes are reviewed and it is illustrated how uniquely selected ILs can be used not only for established fiber spinning but for the development of new cellulose‐based materials.     

玉米芯纤维的结构性能

玉米芯纤维是以从玉米芯中提炼天然有机物时分离出的纤维素残渣作为原材料,以莱赛尔纤维的纺丝技术小试制造出的一种新型纤维素纤维。对这种新纤维的内部结构和性能进行测试分析,发现其强度高于Lenzing公司的黏胶纤维,略低于国产和进口的莱赛尔纤维,有很好的发展应用前景。小试生产的玉米芯纤维的结晶度高于Lenzing公司的黏胶纤维和3家不同企业生产的莱赛尔纤维,取向度也很高,导致其断裂伸长率和标准回潮率低于上述对比纤维;初始模量高于对比纤维,说明进一步试制需要适当降低牵伸倍数,调整工艺,适当提高纤维的柔韧性。     

纳米炭黑填充的Lyocell纤维的结构与性能

研究了纳米炭黑在Lyocell纺丝溶液中的分散性,制备不同含量纳米炭黑填充的Lyocell纤维,分析了纤维的结构与性能。结果表明:纳米炭黑在Lyocell纺丝溶液中具有良好的分散性;所得的纤维仍然具有纤维素Ⅱ晶型的结构,同时还保留了纳米炭黑的特征衍射峰;填充了纳米炭黑的纤维力学性能略有降低,但热稳定性不变;SEM结果表明纳米炭黑填充的Lyocell纤维表面光滑且截面为圆形,结构更加致密。     

Comparison of the structures and properties of Lyocell fibers from high hemicellulose pulp and high α‐cellulose pulp

Lyocell fibers were produced from a cheap pulp with a high hemicellulose content and from a conventional pulp with a high α‐cellulose content. The mechanical properties, supermolecular structure, fibrillation resistance, and dyeing properties as well as the fibril aggregation size of the high hemicellulose Lyocell fiber and high α‐cellulose Lyocell fiber were compared. The results showed that the high hemicellulose spinning solution could be processed at a higher concentration, which improved the mechanical properties and the efficiency of the fiber process. Compared with the high α‐cellulose Lyocell fiber, the high hemicellulose Lyocell fiber had better fibrillation resistance and dyeing properties. Therefore, it is feasible that this cheap pulp with a high hemicellulose content can be used as a raw material for producing Lyocell fibers. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008