lyocell纖維的整理技術(shù)綜述報告

PAGE17Lyocell纖維的整理技術(shù)學院：紡織服裝學院班級：非織造姓名：學號：南通大學紡織服裝學院2012年5月摘要本文簡要介紹了Lyocell纖維的概況，主要介紹了Lyocell纖維的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，對Lyocell纖維的生產(chǎn)方法、工藝及纖維和織物的性能和特點作了綜合評述。并探討了Lyocell織物新型染整工藝,即Tencel纖維氧化前處理+燒堿處理中各工序的工藝原理，介紹了工藝流程，較常規(guī)工藝有著明顯的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:Lyocell,工藝,性能,染整ABSTRACTThispaperbrieflyintroducesthegeneralsituationofthefiberLyocell,mainlyintroducesthedevelopmentofthefiberLyocellhistoryandcurrentsituation,Lyocellfibertotheproductionmethod,processandfiberandfabricperformanceandcharacteristicinthereview.AnddiscussesthenewLyocellfabricdyeingprocess,namelyTencelfibersoxidationpretreatment+causticsodaprocessingprincipleofprocessineachworkingprocedure,introducedthetechnologicalprocess,themoreroutineprocesshasobviousadvantages.Keywords:Lyocell,Process,performance,dyeing目錄TOC\o"1-3"\h\u13280摘要 223083ABSTRACT 2第1章Lyocell纖維的發(fā)展歷史…… 4155411.1Lyocell纖維的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 422441.2生產(chǎn)廠家與產(chǎn)能 411717第2章lyocell的生產(chǎn)方法、工藝特點 7139902.1Lyocell纖維的生產(chǎn)方法 7148502.2Lyocell纖維的工藝特點 71250第3章Lyocell纖維及其織物的性能和特點 1022681第4章整理工藝路線 12263364.1織物與設(shè)備 12277684.1.1織物 1293044.1.2設(shè)備 12217474.2工藝流程 12255674.2.1燒毛 1262904.2.2氧化前處理 12192014.2.3絲光 1390404.2.4氣流機染色 13266224.2.5烘干機浸軋柔軟劑 1371234.2.6柔軟整理 14313984.2.8測試標準 14121334.3各工序工藝條件討論 1474054.3.1燒毛 14293684.3.2燒堿+雙氧水前處理 1443864.3.3燒堿絲光處理 1596524.3.4氣流機染色 15273854.3.5柔軟機的二次原纖化及拋松 1623275參考文獻: 17第1章Lyocell纖維的發(fā)展歷史TOC\o\h\z1.1Lyocell纖維的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀由于Lyocell織物的原纖化特性,傳統(tǒng)的Lyocell織物染整工藝需在氣流染色機中經(jīng)過原纖化-酶處理-染色三道加工工序,有時一次酶處理去原纖不凈,還需在染色后再補做一次,每機布處理時間長達10~14h?？椢镩L時間在高溫、酸堿條件下運行,易造成布面擦傷和折痕,且耗用的各類助劑成本較高,這是造成Lyocell織物染整正品率較低,且工藝成本高的主要原因之一。為此,國內(nèi)外都致力于開發(fā)Lyocell織物的染整新工藝、新方法。自1905年英國Courtaulds公司開始生產(chǎn)粘膠纖維(ViscoseRayon)以來，纖維素纖維的生產(chǎn)發(fā)展已有近100年的歷史。生產(chǎn)粘膠纖維的原料資源主要是木材和棉短絨等可再生的天然材料，產(chǎn)品具有適宜的強度和伸長率，吸濕性好，懸垂性良好等優(yōu)點；但粘膠纖維的生產(chǎn)工藝流程長，特別是環(huán)境污染嚴重，因此開發(fā)一種對環(huán)境無污染的纖維素纖維就成為各國化纖產(chǎn)業(yè)界密切關(guān)注的問題。1.2生產(chǎn)廠家與產(chǎn)能荷蘭Akzo公司1976年后，總部位于荷蘭的Akzo公司組織Enka公司及其研究所開始研究以NMMO為溶劑的再生纖維素纖維，最先生產(chǎn)出Lyocell纖維。1980年Akzo公司首先申請了Lyocell纖維的工藝與產(chǎn)品專利，1989年BISFA正式命名以此類方法生產(chǎn)的纖維為“Lyocell”。1994年Akzo公司與Nobel公司合并，成立了AkzoNobel公司。英國Courtaulds公司Courtaulds公司是最早開發(fā)Lyocell纖維的生產(chǎn)廠家之一。1984年該公司在Grimsby建成中試裝置，1987年從Akzo公司購進Lyocell纖維生產(chǎn)的專利許可證，于1988年建成2000t/a的半工業(yè)化裝置。1992年12月Courtaulds公司在美國Alabama州的Mobile建成第一座1.8萬t/a的生產(chǎn)廠，投資9000萬美元，1994年正式投產(chǎn)。1996年2月又投資1.4億美元再建2.5萬t/a的第二條生產(chǎn)線，商品名為“Tencel”，我國譯為“天絲”。1998年Courtaulds公司再投資1.2億英鎊在英國Grimsby興建4.2萬t/a的Tencel短纖維廠，當時還計劃在韓國和新加坡等國建立分廠。1998年7月AkzoNobel公司收購Courtaulds公司65％的股份，成立Acordis公司（總部位于荷蘭），具備了長短纖的生產(chǎn)體制，成為當時世界最大的纖維素纖維生產(chǎn)商。1999年AkzoNobel公司又將其纖維業(yè)務(wù)（Acordis公司）出售給CVCCapitalPartners集團，由該集團下屬的荷蘭公司CorsadiBV（位于英國）負責運營Acordis公司所有Lyocell纖維生產(chǎn)與銷售業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)發(fā)展成為后來的Tencel集團公司，包括美國與英國的兩家工廠。奧地利Lenzing公司Lenzing公司是粘膠纖維主要生產(chǎn)廠家之一，為克服粘膠生產(chǎn)的環(huán)境污染，從20世紀80年代初期就開始尋找新的溶劑，1984年集中研制3種溶劑，1986年從Akzo公司買下了5項基本NMMO專利，1990年8月建成Lenzing試驗工廠，1997年7月2日Heilingenkreuz建成的1.2萬t/a的Lyocell短纖生產(chǎn)線投產(chǎn)，商品名為“LenzingLyocell”。1999年Lenzing公司與AkzoNobel公司合資，在德國Obernburg地區(qū)建立了一個產(chǎn)能為5000t/aLyocell長絲的工廠，所用生產(chǎn)工藝與Acordis公司相似，商品名為“Newcell”。2000年1月～8月在Heilingenkreuz的第1條生產(chǎn)線產(chǎn)能擴大到2萬t/a。2004年2月，投資3600萬歐元的第2條Lyocell生產(chǎn)線正式投入運營，產(chǎn)能為2萬t/a。自此，Lenzing公司在Heilingenkreuz工廠的Lyocell產(chǎn)能達到4萬t/a。2004年5月4日Lenzing公司收購CorsadiBV屬下的Tencel集團公司。CorsadiBV是Acordis公司中4個業(yè)務(wù)部門的所有者，即Tencel、AcetateChemicals、Cordenka與PolyamideHighPerformanceGmbH。自此，Lenzing公司一統(tǒng)Lyocell纖維生產(chǎn)的天下，具有12萬t/a的產(chǎn)能。中國上海自1996年引入Lyocell纖維（Courtaulds的Tencel）以來，使用量逐年增加，2000年達1萬t，2002年2萬t，預計2004年達6萬t，2010年10萬t～15萬t左右。東華大學與上海合成纖維研究所通力合作，初步建立了一條年產(chǎn)100t的Lyocell纖維的中試生產(chǎn)線。最近，上海紡織控股（集團）公司、東華大學、上海科技投資公司、上海化學纖維（集團）有限公司共同出資組建上海里奧纖維科技發(fā)展有限公司，專門從事Lyocell纖維的研究和開發(fā)，集中力量進行國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程——年產(chǎn)1000t的Lyocell纖維生產(chǎn)線建設(shè)，進而建立年產(chǎn)2萬tLyocell纖維的大型生產(chǎn)基地。另外，保定天鵝正在籌資建設(shè)年產(chǎn)3萬t的Lyocell項目；福建南平擬上馬Lyocell纖維生產(chǎn)線，設(shè)計規(guī)模3萬t/a，一期年產(chǎn)1.5萬t。我國臺灣省聚隆纖維股份有限公司建成了一條年產(chǎn)量為40t的中試線，其商品名為“Cocel”。其他國家德國Rudolstadt地區(qū)的Thuringian紡織與塑料研究所（TITK）也研究與制造Lyocell纖維，1998年投產(chǎn)，以短纖為主，商品名為“Alceru”。韓國Hanil合成纖維公司開發(fā)的Lyocell纖維商品名為“Acell”。俄羅斯制造的Lyocell纖維商品名為“Orcel”。日本也有小批量生產(chǎn)。第2章lyocell的生產(chǎn)方法、工藝特點2.1Lyocell纖維的生產(chǎn)方法近二十多年對纖維素直接溶劑的研究結(jié)果表明，Ca(SCN)2·H2O、NH3/NH4SCN、LiCl/DMAc、TFA/CH2C12、NMMO/H2O等溶劑體系對纖維素有較理想的溶解能力，其中最具有工業(yè)開發(fā)意義的是NMMO·H2O體系。Lyocell纖維生產(chǎn)工藝就是用NMMO·H2O體系作為纖維素直接溶劑的紡絲工藝。其具體方法是把纖維素漿粕與NMMO/H2O直接混合，加入添加劑(如CaCl2)和抗氧(如PG)以防止纖維素在溶解過程中氧化降解，并調(diào)節(jié)溶液的可紡性和改善纖維的性能。控制水分的含量小于13.3%(wt)，使之達到最好的溶解能力。在85—125℃下溶解，得到較高濃度的溶液。溶液經(jīng)過濾、脫泡，在85—125℃下濕法或干濕法紡絲，在低溫水浴或水/NMMO體系凝固成形，經(jīng)拉伸、水洗、(切斷)、上油、干燥和溶劑回收等工序，制成Lyocell纖維。Lyocell纖維生產(chǎn)過程一般可分為三個階段：①纖維素漿粕的溶解；②紡絲和纖維的后處理；③溶劑的回收循環(huán)利用。2.2Lyocell纖維的工藝特點(1)工藝簡單生產(chǎn)工藝流程短(圖2.2)，生產(chǎn)設(shè)備簡單，設(shè)備投資少。Lyocen工藝以天然纖維素為原料，但又與傳統(tǒng)的粘膠和銅氨等再生纖維素纖維生產(chǎn)工藝不同。Lyocell工藝不需要使纖維素經(jīng)過化學反應(yīng)生成纖維素衍生物，然后再使纖維素衍生物再生為纖維素纖維，而是把纖維素漿粕直接溶解在有機溶劑中，經(jīng)凝固浴固化形成纖維素纖維，整個過程沒有化學反應(yīng)。比傳統(tǒng)的粘膠工藝減少了堿化、老成、磺酸化和熟成等工序，此外，Lyocell工藝所用溶劑NMMO無毒且可99.5%以上的回收，不污染環(huán)境，是一種“綠色生產(chǎn)工藝”。圖2.2枯膠工藝與、Lyocell工藝流程比較(2)原料消耗少生產(chǎn)一噸粘膠纖維成品需消耗各種原料3.5—4.0噸，300—450m3，的水，而Lyocell工藝的原料消耗比傳統(tǒng)的粘膠工藝要少得多(表2)。(3)生產(chǎn)周期短Lyocell纖維生產(chǎn)工藝生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)周期短。生產(chǎn)粘纖維從投料到制成纖維需40小時，而Lyocell纖維生產(chǎn)工藝只需3小時左右。(4)原料豐富。合成纖維的原料來源于石油工業(yè)，而石油的儲量是有限的，按現(xiàn)有的開采速度，石油資源終將枯竭。而Lyocell工藝所用的原料為纖維素，是自然界中可再生的資源，是取之不盡，用之不竭的天然原料。據(jù)估計，全世界每年可生產(chǎn)纖維素1000億噸，而現(xiàn)在只有200萬噸用于纖維素纖維的生產(chǎn)，僅占總產(chǎn)量的0.002%。(5)產(chǎn)品的生物可降解性。合成纖維產(chǎn)品廢棄物在自然界中難以分解，而且分解周期長，大量的產(chǎn)品廢棄物形成“固體污染”，嚴重影響自然界的生態(tài)環(huán)境。而Lyocell工藝的產(chǎn)品為100%的纖維素產(chǎn)品，可在短時間內(nèi)完全生物降解，分解成二氧化碳和水，參加自然界的生物循環(huán)，因此產(chǎn)品廢棄物不會對環(huán)境造成污染，是一種“綠色”生產(chǎn)工藝。(6)產(chǎn)品性能優(yōu)異。Lyocell工藝生產(chǎn)的纖維具有一般聚醋纖維的強度、天然纖維的吸濕性和較高的濕強和濕模量。有絲的光澤和化纖的截面，其濕態(tài)強度比干強僅降低15%，濕強高于棉纖維的干強。因此由Lyocell纖維制得的織物可以進行機械和生物酶等多種后處理加工而得到各種不同外觀效果的織物，這對一般纖維素纖維來說是不可能的。Lyocell纖維產(chǎn)品性能遠優(yōu)于粘膠纖維。[1]第3章Lyocell纖維及其織物的性能和特點Lyocen纖維的物理機械性能在某種程度上優(yōu)于再生纖維素纖維，并且其獨特的性能賦予它許多優(yōu)秀的特點。①Lyocell纖維具有較高的干強和濕強，幾乎是粘膠和棉纖維的兩倍，是強度最高的纖維素纖維之一，與普遍的聚醋纖維相當。其濕強僅下降15%，也是其它纖維素纖維所無法比擬的。Lyocell纖維與粘膠纖維、棉纖維和聚醋纖維的主要物理機械性能比較見表3。②Lyocell纖維的應(yīng)力——應(yīng)變特點使它能與其它纖維素纖維及聚醋纖維的抱合力較大，很容易與這些纖維混紡。Lyocell纖維能以任何比例與其它纖維混紡而改善其它纖維的強度、外觀效果、懸垂性和手感，即使很低的Lyocell纖維的混紡比例也可以提高其紗線的強度、改善織物的手感、外觀效果等服用性能。③Lyocell纖維的高濕模量賦予Lyocell纖維織物的縮水率很低，Lyocell纖維紗線的沸水收縮率僅為44%，而粘膠纖維紗線沸水收縮率則高達6.5%，因此由Lyocell纖維織物做成的服裝洗可穿性好。[1]④Lyocell纖維的高強度使它適于制造超細纖維，能在環(huán)錠、轉(zhuǎn)杯和氣流紡紗機上紡紗，并可得到幾乎無疵點的細支紗，適于織造輕薄織物(如80克/平方米的超薄織物)和厚重織物，制得的超薄織物的強度、外觀效果、手感、懸垂性和加工性能良好，厚重織物厚重而不臃腫。⑤Lyocell纖維織物可用傳統(tǒng)纖維素纖維的預處理、漂白和染色工藝進行加工。傳統(tǒng)的用于纖維素纖維染色的染料如直接染料、活性染料、還原染料、硫化染料和偶氮染料都可以用于Lyocell纖維織物染色，并且同樣的上染率Lyocell纖維織物的色澤更好。傳統(tǒng)的用于纖維素織物的染色工藝如連續(xù)和間歇平幅、浸軋、卷染、經(jīng)軸、浸軋一焙烘和浸軋一汽蒸等染色工藝均可用于Lyocell纖維織物染色。此外，Lyocell纖維的高的干強和濕強使Lyocell纖維織物適用于范圍更廣的機械和化學后處理工藝，如通過酸處理、酶處理、砂洗、刷絨和仿鹿皮起絨等后處理工藝，得到各種風格不同和手感的毛Lyocell纖維織物，而幾乎不降低織物的強度，這是一般纖維素纖維織物無法達到的。[2]⑥Lyocell纖維圓形截面和縱向良好的外觀使Lyocell纖維織物具有絲綢般的光澤，優(yōu)良的手感和懸垂性，由Lyocell纖維織物做成的服裝富有飄逸感。⑦Lyocell纖維還具有原纖化的特性。它的這種特性雖然會給加工過程帶來一定的困難，但也可以帶來許多原來意想不到的優(yōu)點。Lyocell纖維原纖化后的微纖牢固地附著在纖維主干上，通過在加工過程中對原纖化進行控制，可做成仿桃皮絨、砂洗、天鵝絨等多種表面效果的織物，形成全新的美感，適于開發(fā)具有新的細條、光學可變性的新潮產(chǎn)品。[3]第4章整理工藝路線4.1織物與設(shè)備4.1.1織物100%Lyocell(天絲)160cm27.8/27.8433/252,克重220g/m2,1/2斜紋織物。4.1.2設(shè)備國產(chǎn)180型氣體燒毛機、進口180型還原水洗機、國產(chǎn)180型直輥絲光機、國產(chǎn)180型松式烘干機、Air-Stream氣流染色機(德國Thies公司)、Airo-1000柔軟整理機(意大利Biancalani公司)、國產(chǎn)180型拉幅定形機、各種成品物理指標測試儀。[4]-[5]4.2工藝流程坯布燒毛→氧化前處理(水洗機軋料、汽蒸、水洗)→烘干→拉幅定形→絲光機燒堿處理→烘干→氣流染色機染色→開幅烘干→浸軋柔軟劑→Airo-1000烘干、拋松→拉幅定形→預縮整理。[8]-[10]4.2.1燒毛車速70m/min;火口二正二反;蒸汽滅火、干落布(落布質(zhì)量4~5級)。4.2.2氧化前處理(1)配方/g·L-1燒堿10100%雙氧水/mL·L-125雙氧水穩(wěn)定劑10滲透劑2(2)工藝流程浸軋(軋余率80%,一浸一軋)→汽蒸101~103℃×4~5min→充分熱水洗至落布pH值7~7.5→烘干4.2.3絲光(1)配方/g·L-1燒堿95~100滲透劑1.0浸漬時間/s5(2)工藝流程浸漬→懸空(45~50s)→充分熱水洗至落布pH值7~7.5→烘干4.2.4氣流機染色(1)工藝染色(浴比1∶6,車速380~420m/min)→溫水洗(60℃×10min)→皂洗(95℃×15min,凈洗劑3g/L)→溫水洗(60℃×10min)→溫水洗(60℃×10min)染色工藝曲線(3)配方/g·L-1A、潤滑劑2B、勻染劑2 活性染料B-2GLN藍/%(owf)1.5C、元明粉30D、純堿304.2.5烘干機浸軋柔軟劑浸軋20g/L氨基硅類柔軟劑,軋余率80%(一浸一軋),濕落布4.2.6柔軟整理烘干(90℃×60min,布速100m/min)→拋松(70℃×60min,布速500m/min)4.2.7常規(guī)工藝流程燒毛→酶退漿→氣流機原纖化、酶處理、染色(染色同TOP+C工藝)→烘干→浸軋柔軟劑→Airo-1000拋松→定形→預縮整理4.2.8測試標準毛效FZ/T01071—1999白度GB/T8425—1987濕硬度ZBW04003—1987斷裂強力GB/T3923—1997撕破強力GB/T3917.3—19974.3各工序工藝條件討論4.3.1燒毛徹底的燒毛可以去除坯布上絕大部分在織造過程中形成的長絨毛,使布面光潔,有效減輕后道工序的處理負擔。4.3.2燒堿+雙氧水前處理氧化前處理的作用如下:(1)退漿目前,Lyocell織物上漿以淀粉和PVA為主,高溫下燒堿+雙氧水能使淀粉及PVA漿迅速降解,降低其分子量,提高溶解度,再經(jīng)后道熱水洗即可完全除去。(2)漂白雙氧水在堿性、汽蒸條件下分解出具有漂白作用的過氧氫離子(HOO-),提高了Lyocell織物半制品的白度。(3)膨脹、侵蝕、降解正常纖維素纖維雙氧水汽蒸漂白工藝一般控制在雙氧水濃度2~6g/L,pH=10.5~11,時間30~50min,溫度95~100℃。在該條件下,不會引起纖維素纖維發(fā)生劇烈降解。而TOP+C工藝浸軋的燒堿、雙氧水濃度遠大于正常水平,汽蒸溫度也高。在此工藝條件下,雙氧水會發(fā)生劇烈分解,分解產(chǎn)物不僅具有漂白作用的過氧氫離子(HOO-),還會產(chǎn)生大量的無效分解產(chǎn)物,如O2以及過氧氫游離基(HOO·)。它們會侵蝕、降解Lyocell纖維(尤其是纖維的表面),造成纖維聚合度和強力的下降。在堿性條件下Lyocell纖維會發(fā)生橫向劇烈溶脹,紗線內(nèi)部的纖維由于受其周圍纖維的約束膨脹較少,而紗線表面的纖維則膨脹較多,因此也更容易遭受雙氧水的腐蝕。4.3.3燒堿絲光處理Lyocell織物遇濃堿后會發(fā)生劇烈溶脹。紗線內(nèi)部的纖維由于受其周圍纖維的約束膨脹較少,紗線表面的纖維則膨脹較多。去除燒堿后,纖維的剛性增大,尤其是紗線表面的纖維剛性更大,在以后的整理過程中,通過機械作用就比較容易去掉。另外合理的燒堿處理還能降低織物的擦傷、折痕以及提高尺寸穩(wěn)定性。[7]4.3.4氣流機染色氣流機染色除了使織物上色外,它的另一個重要作用是,在染色的同時對織物施加機械作用,使之同時完成初次原纖化及去原纖化。采用活性染料染色主要在堿性條件下進行。此時,高溫、堿性、機械力等諸因素作用于Lyocell織物上,使之發(fā)生初次原纖化。織物的初次原纖化主要發(fā)生在紗線表面的纖維以及表面纖維的表層原纖,受紗線表面纖維及纖維表層性能的影響較大。由于汽蒸中高濃度雙氧水的腐蝕作用,表層纖維產(chǎn)生的原纖與纖維之間的結(jié)合力,較未處理的織物大為下降,同時高濃度的燒堿處理造成紗線表面纖維的剛性上升,使原纖化時劈裂出的原纖剛性也隨之上升。低的結(jié)合力加上高的剛性,會使產(chǎn)生的初次原纖通過染色時的機械作用而得到去除。即在染色的同時既發(fā)生了初次原纖化,又完成了去原纖化。完成此工序需要一定的工藝條件作為保證,一般來講,徹底完成初次原纖化及去原纖化需要的工藝強度高于僅僅保證染色時的工藝強度。所以在制定工藝時應(yīng)以前者為標準。染色后初次原纖化及去原纖化的徹底程度