天丝纤维的性能和特点

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，进行特殊纺丝制得的，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一甲基一吗啉—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NMMO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Tencel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--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

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℃，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。产业用而适合用湿法成网和水、针刺工艺生产。但Tencel纤维也存在生产上的难点，比如溶剂的生产、配制、回收，纺丝工艺参数的选择和控制，成套设备的加工等，目前还是无法逾越的技术难题。尤其纺丝工艺参数的选择，是克服纤维原纤化化的关键，目前只有国外个别公司掌握这方面的技术。可利用Tencel纤维的原纤化倾向开发另外一些产品，Acodis公司开发出Tencel A-100，A-300；Lenzing公司开发的Tencel LF都属于抗原纤化的新品种[9]。比如现在市场上流行的水洗、砂洗、桃皮绒、虎皮绒。利用这种效果生产的非织造布具有特殊的吸湿性能和过滤性能，可制造香烟过滤嘴，以满足市场对超低焦油含量香烟的需要。通过功能性添加剂的混合，可以生产功能性的Tencel制品，如抗菌、酸性染料可染、超亲水性、导电、阻燃等。

4.1 Tencel服装面料

 1、华达呢（350g/m2）及府绸100%TencelTencel/超细涤纶的60/40混纺交织织物 

 2、Tencel—铜氨纤维交织仿真丝绸。轻磅（250g/m2）丝绸用作外衣上装及裙料等。 

3、Tencel/亚麻的 50/50轻薄运动上衣面料，隐条或显条花纹及100%Tencel重磅塔头丝绸及斜纹，用作黑暗衫外衣等。 

4、100%轻磅（Tencel）匹染单色织物与真丝或亚麻交织混纺织物，用作内衣，裙料等。 

5、Tencel/耐纶单纤丝交织的轻磅织物 

6、Tencel-棉-氨纶的经纬双向弹性华达； Tencel-cotton-耐纶-氨纶双面乔赛 

7、Tencel-毛华达呢。织物经整理可获得丝毛外观 

8、高档牛仔布-55%Tencel纤维、30%粗斜纹面料熔融纺丝获得的纤维、15%棉纤维 。

4.2产业用织物产品

1、高质量工作服，防护服，用于恶劣环境中的劳动保护。 

2、印花毛毯，涂层衬底，阻燃织物等高强稳定吸湿的产业用品。 

3、地经为Tencel的天鹅绒，毛巾等立绒织物，具有良好的吸湿性和手感。 

4、用作（Tencel纱线）的缝纫线，轮胎帘子线等。 

5、轻薄型卫生用即弃产品，如包扎材料，揩布，尿布，医用织物。 

6、高强，不变形及热稳定产品。如涂层衬底。 

7、高强，纯净，无异味，不含化学成分的合成纤维素非织造布。 

8、香烟过滤嘴；特种纸。 

9、装饰产品。在美国，较流行中磅和重磅粗斜纹布工作服，有色梭织物，钱布霉布，薄型重磅裤子，衬衫面料，圆形针织面料，厚重重磅裤子。在西欧，平纹，印花织物，粗斜纹布工作服，外衣绒线针织服装，毛绒织物，手工针织纱线，家具布和产业用织物。

5 结语

（1）研究结果显示，天丝纤维是最天然的健康纤维，它不需添加任何化学助剂而能减少细菌滋生的效果。

（2）当论及健康与卫生的时候，对于敏感型肌肤，天丝（TENCEL®）纤维本身的天然特性为皮肤敏感的人带来更多的附加价值。

(3)  天丝产品服用性非常好。具有柔软.舒适.透气性好.光滑凉爽.悬垂性好。耐穿耐用等。

考文参献

[1]赵家森,王渊龙,程博闻.绿色纤维素纤维 Tencel纤维[J].纺织学报.2004(5)124-126. [2]Dr.W.Albrecht,M.Reintijes,B.Wulthorst.Tencel Fibres Production-Properties-Processing-Enduses. 第七届北京国际化纤会议论文集(A).北京国际化纤会议组织委员合 1998.北京.42-45.

[3]Dr.F Raninger.Introdution of New Cellulosic Fibres and Environmental Protection.第六届北京国际化纤会议论文集（A）.北京国际化纤会议组织委员会.1996.北京.174-176.

[4]林志武,柯家骥.Tencel纤维的历史、工艺、性能及发展前景[J].纺织科学研究.2000(1)29-33. 1

[5]解芳，邵自强.天然纤维素纤维的溶解机理及纺丝技术发展[J].华北工学院学报.2002(2).119-122.

[6]万雅波,李风霞.溶剂法纤维素纤维的工艺性能及其发展[J].纺织学报.1998(2)61-63. 

[7] 孟志芬,章潭莉,沈弋弋等.绿色Tencel纤维的工艺研究[J].化学世界.1998(12)621-623.

[8]李翠珍,胡开堂,施志超.纤维素的新溶剂体系[J].纤维素科学与技术.2002(4)60-63.