莱赛尔纤维的结构、性能与使用特点

（一）莱赛尔纤维的结构与性能

1.Lyocell纤维的结构

Lyocell纤维纺丝后形成的超分子结构含原纤明显，结晶度高，纵向微晶比例高，晶区较长，分子的大部分链段处于有序排列中，只有少部分链段排列无序。从微观形态结构看，正是由于Lyocell纤维纵向的高结晶比、高定向性、使无定形区侧面连接少，产生沿纤维轴向规则排列的空穴，因此Lyocell纤维是一种高度结晶取向的天然聚合物，其晶型属于单斜晶系纤维素Ⅱ晶。

据文献报道，Lyocell纤维的结晶度为53.26%[69]，高于多种其他再生纤维素纤维，几种纤维素纤维结晶度见表2-12。结晶峰宽度较黏胶纤维窄，表明结晶部分取向度高，且无定形部分取向度也较黏胶纤维高。

表2-12　不同纤维素纤维的结晶度比较

未经化学试剂处理及机械作用的Lyocell纤维有规整的圆柱形外观，表面光滑，如同熔纺的合成纤维一般，但经碱液和加温处理，可以看到其皮芯结构：首先，皮层很薄，只占总体积的2.5%～5.6%，可以认为Lyocell纤维基本上由全芯层组成；其次，皮层的破坏无方向性差异，即皮层基本无取向。

一般情况下，Lyocell纤维取向度高，致使其水膨润度和原纤化性能与其他纤维不同。

表2-13　不同纤维在水中的膨润度

2.Lyocell纤维的性能

Lyocell纤维大多是利用以针叶树木为主的木质浆粕进行再生，生产过程中不产生化学变化，它可将木质浆粕的天然特性完全再现，即使纤维燃烧、腐烂，也能生物降解，无废弃物，无副产品；另外，它具有天然纤维素的一切舒适性，包括良好的吸湿性、透气性、柔和光泽，优良的染色性。Lyocell纤维可实现高聚合度、高结晶度，从而使纤维物理性能、机械性能优于其他再生纤维素纤维，具有高的干湿强度、高的湿模量、干湿强相差小、收缩率低等特性。

Lyocell纤维与黏胶纤维、棉等纤维特性比较见表2-14。

表2-14　Lyocell纤维与其他纤维素纤维性能比较[70]

续表

（1）纤维强度。由于Lyocell纤维自身具有较高的结晶构造，决定其强力较高，其干强接近涤纶纤维，湿强仅比干强低10%左右，比润湿的棉强力还高，这使得Lyocell纤维的纺织加工性能更接近于合成纤维，因此有利于后道工序加工和成衣的耐久性。另外，用Lyocell纤维可以织成轻薄型的织物，而且其织成的织物缩水率较低，仅为2%左右。Lyocell纤维能与棉、羊毛、亚麻、丝等纤维混纺，能提高和改善织物的性能。

（2）洗涤稳定性。由于Lyocell纤维具有较高的杨氏模量，在水中伸长率低，其织物具有较好的洗涤稳定性。

（3）原纤化性能。原纤化是指单根纤维表面剥离产生微细纤维，其直径小于1～4μm，湿润状态下经过摩擦即可产生。表面剥离主要产生在织物间湿摩擦或织物与金属的摩擦，产生的微纤非常细，几乎透明，使整理后的织物有泛白或霜白的效果。Lyocell纤维原纤化过程使得微细的纤维纠结在一起，导致织物起球。

（4）膨润性和悬垂性。当织物在湿态下，纤维直径将增加一半，而长度不变，因此造成织物中相邻纱线间产生挤压，纱线卷缩，织物内纱线间距必然缩小以适应所增加的卷缩，织物尺寸随之缩小。当织物干燥后，纤维及纱线直径恢复原状，但织物尺寸并未随之恢复，仍保持在收缩状态，织物的每根纱线周围将产生空隙，而赋予Lyocell纤维织物优良的悬垂性和手感。

（5）其他。除上述性能以外，Lyocell纤维还具有：可生物降解；良好的吸湿性能；良好的免烫性；可进行广泛的物理化学处理以获得各种手感；对染料吸收性能好，可产生自然亮泽颜色等特性。

（二）莱赛尔纤维的差别化和功能化

随着Lyocell纤维的不断发展，有关差别化和功能化的Lyocell纤维的研究逐渐成为人们研究的热点。Lyocell纤维的差别化和功能化可通过化学法和物理法来实现。

化学法[71]是利用纤维素上的羟基可经氧化转变成羧基，醛基和酮基等结构，通过这些结构的变化，可以进一步引入功能性基团，从而赋予纤维素材料新的功能。

物理法[72]则是通过在纺丝液中加入功能性添加剂实现。有机或无机添加剂的含量相对于纤维素最多可以达到200%，而不会破坏其可纺性，由此可以制备不同用途的纤维。因此，在纤维素/NMMO溶液中可以加入具有某种功能的添加剂物质，它的加入一方面可以改善纤维的加工成形，从而改变纤维结构；另一方面由于功能改性剂的加入制成功能化的Lyocell纤维。

差别化和功能化Lyocell纤维主要包括以下几种。

1.抗菌Lyocell纤维

据报道，抗菌Lyocell纤维制备的其中两个典型方式如下：

一是通过将无机纳米抗菌剂、有机抗菌剂及天然高聚物抗菌剂添加至Lyocell纺丝体系中进行共混纺丝，制得抗菌Lyocell纤维[73]。研究发现，抗菌剂质量分数在适量的范围内时，所制得的抗菌Lyocell纤维的强度等力学指标符合常规Lyocell纤维的质量要求。抗菌Lyocell纤维的抗菌效果随纤维中抗菌剂质量分数的增加而增强，所制抗菌Lyocell纤维抗菌性具有良好的耐洗牢度。(www.xing528.com)

二是将AgNO3水溶液经过不同的处理方法，加入有Lyocell纺丝液的混合器中，然后用动态光散射仪比较生成的Ag粒子的粒径和团聚颗粒的尺寸，并制备纳米银粒子改性Lyocell纤维，在几乎没有影响Lyocell纤维的力学强度和亲水性的情况下赋予Lyocell纤维抗菌功能[74]。

2.吸水Lycoell纤维

为了提高Lyocell纤维的吸水性能，研究人员将粒径小于100μm的一种水解淀粉接枝的聚丙烯腈（HSPAN）高效吸收剂加入Lyocell纺丝液中，并通过干湿法制备了改性Lyocell纤维[75]。该纤维的吸水能力和吸水速度大幅提高，最大吸水能力高达8.21g/g；而未改性的Lyocell纤维仅为1.94g/g。但是，伴随HSPAN含量的提高，Lyocell纤维的力学性能降低。因此，应综合考虑纤维的吸水能力和力学性能来选择最佳的HSPAN含量。

3.导电Lycoell纤维

有研究人员采用Lyocell工艺，在纺丝液中混入高含量的微细分散的炭黑导电物质，制备了导电Lyocell纤维[76]。另外德国的Titk采用Aleem工艺制备了含碳的Lyocell纤维，准备将其用做导电纤维[77]。他们在研究中发现，微米级导电炭粉的添加量可以达到纤维素含量的200%，此时炭黑的加入也不会干扰纤维的成型过程。对于炭黑这类添加剂的加入对最终所制备的纤维结构的影响，也有人进行了相关的研究。

4.抗紫外Lycoell纤维

用TiO2、SiO2可制得功能化的抗紫外Lyocell纤维[78]，使用3-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，这种偶联剂在相容性很差的TiO2纳米粒子与纤维素之间，提供了一个稳定的结合状态。结果表明，TiO2纳米粒子可以成功地涂覆在Lyocell纤维的表面，并且通过改善TiO2分散剂种类使其均匀地分散在纤维的表面，使该纤维具有一定的抗紫外线效果。

5.发光Lycoell纤维

通过添加粉末发光颗粒，利用Lyocell纤维技术可制备出发光性能合格的蓄光型自发光纤维[79]。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）。但与无添加的Lyocell纤维相比，其断裂强度下降了17.6%，断裂伸长率上升了25%。

采用不同偶联剂对长余辉发光粉末进行表面处理，优选出的钛酸酯偶联剂可提高发光粉在NMMO水溶液中的分散稳定性，并采用干湿法纺丝，成功制备了长余辉绿色发光Lyocell纤维[80，81]。

6.阻燃Lycoell纤维

Lyocell纤维阻燃方式分为共混纺丝阻燃以及后整理改性阻燃。将含有磷、硫或磷、硫及氮的焦磷酸酯阻燃剂添加到纤维素NMMO纺丝液中可纺制出性能良好的阻燃Lyocell纤维[82]。另外，采用2-羧乙基苯基次膦酸作为共混型阻燃剂时，当其添加量为30%时，Lyocell纤维的LOI值可达28.1%[83]。采用Pyrovatex CP[N-羟甲基-3-（二甲氧基膦酰基）丙酰胺]作为阻燃剂，Lyofix MLF（汽巴公司生产的含有六羟甲基三聚氰胺树脂的物质）作为交联剂，磷酸作为催化剂对Lyocell纤维进行后整理阻燃改性，纤维的极限氧指数（LOI）>29%，并有良好的阻燃耐久性[84]。

（三）莱赛尔纤维的用途

莱赛尔纤维自从问世起，就在纺织服装、家用纺织品、产业用纺织品各领域进行了多种用途开发[85]。

1.在纺织服装方面的应用

由于Lyocell纤维具有特殊的性能，作为“舒适”载体，可增加产品的柔软性、舒适性、悬垂性、飘逸性[34]，国外已开发了Lyocell纤维一系列产品，并在常规纺织品方面得到广泛应用，如高档衬衫、高档女套装、高档牛仔服、高支薄型时装及内衣、运动服、针织休闲服、仿毛面料、粗斜纹布工作服、毛绒服装、便服等。国内Lyocell纤维俗称天丝棉，也开发了一些品种，如山东的天丝染色印花布、天丝休闲花呢；广东深圳的天丝亚麻交织布、河北的天丝亮闪绸等[86]。另外，抗菌Lyocell纤维可制作内衣、手术服、防护服和护士服装；阻燃Lyocell纤维既可纯纺，亦可与其他纤维混纺制成电焊、电弧等防护服、作战服、消防服等民用、工业用、军用和警用服装。利用高原纤化的Lyocell纤维与其他纤维混纺加工，可制成具有良好手感和观感的人造麂皮、仿桃皮绒、砂洗、天鹅绒等多种风格织物。

2.在家用纺织品方面的应用

Lyocell纤维具备的各种性能使其特别适用于家用纺织品，如床垫、床单、被套枕套、毯类、毛巾、浴室用品、家居服、窗帘、沙发布、垫子、填料、玩具和饰物等。

3.在产业用纺织品方面的应用

利用Lyocell纤维高的干湿强度和耐磨性，可用于制作高强、高速缝纫线；抗菌Lyocell纤维可以制成擦拭巾等。利用高原纤化的Lyocell纤维或与其他纤维相混合制造水刺织物，可用于柔湿纸巾、尿布、美容护理面膜、人造皮革和羊皮的高强透湿基布、磁盘衬套、过滤织物、可处置的抹布、覆盖面料等。高原纤化Lyocell纤维制成的水刺织物比普通Lyocell纤维制成的织物具有更好的拉伸性能、较高的不透明性、在过滤应用中有很高的颗粒保留性。用Lyocell纤维制作医用纱布及药签，易于清洁，消毒后仍能保持高强度，且抗菌防臭，无过敏[34]。

Lyocell纤维在特种纸方面也得到广泛应用，利用高原纤化Lyocell纤维或与其他纤维相混合可制成各种特种纸张。如电容器纸、电池隔膜、油印用蜡纸、过滤纸、保密纸、照相纸及特殊印刷纸等。它制成的纸张有较高的不透明性、撕裂强度和透气性。将该纤维作为黏结料与细玻璃纤维相混合，可以改进制成的玻璃纤维。