新型纤维素纤维的结构与性能及应用前景分析

（一）纤维的结构

由于离子液体/纤维素纺丝过程中凝固剂是水，离子液体在水中的扩散较慢，因此纺丝成形的纤维通常接近圆形。如图2-34所示，常规黏胶纤维截面具有不规则的片状结构，而离子液体纤维界面则接近圆形。

图2-34　黏胶纤维和离子液体法纤维截面图

离子液体法纤维素纤维结晶度和取向度也有别于普通黏胶纤维。Jiang等[115]通过同步辐射WAXD和SAXS研究制备工艺对再生纤维素纤维结构和性能的影响。以离子液体、NMMO溶剂的再生纤维素纤维与黏胶工艺的普通黏胶纤维和莫代尔纤维相比，纤维取向度和结晶度更高，纤维微孔长度较短，取向偏离程度也较小，如图2-35所示。因此，以离子液体和NMMO为溶剂制备的再生纤维素纤维表面光滑，断裂强度和初始模量更高。

图2-35　再生纤维素纤维的WAXD图

（二）纤维的性能

1.力学性能

离子液体法纤维素纤维力学性能接近于Lyocell纤维。人们以[BMIM]Cl为溶剂，采用双螺杆机制备了纤维素纤维，所得纤维力学性能见表2-17。

表2-17　纤维力学性能

表2-17所示的纤维断裂强度基本在3.0～3.5cN/dtex，干断裂伸长率为10%～12%，湿态下模量一般在1cN/dtex左右。纤维的强力和湿模量明显高于普通黏胶纤维，但纤维的干伸长率相对偏低，韧性稍差一些。Uerdingen以[EMIM]Ac为溶剂，采用不同制备方法制备了纤维素纤维，获得了较好力学性能的纤维。且通过干湿法制备的纤维力学性能达到了Lyocell纤维的强度，并具有类似的原纤化程度（表2-18）。总体上来说，离子液体法纤维素纤维具有Lyocell纤维相似的力学性能，其生产过程更简单。

表2-18　不同溶剂纺制的纤维的性能比较(www.xing528.com)

2.纤维的功能性

由于离子液体具有很好的化学稳定性、溶解性，可以用于制备许多纤维素功能纤维，如纤维素抗菌纤维、纤维素阻燃纤维等。

纤维素抗菌纤维主要是通过在离子液体中添加抗菌剂或者以离子液体为反应介质接枝抗菌剂到纤维素上来制备纤维。Pinto等[116]分别以植物纤维素和细菌纤维素为抗菌基材，采用两种不同的方法将银纳米颗粒负载在这两种基材上，制备出纤维素/银纳米复合材料。这两种材料均具有高效的抗菌性，并且银纳米颗粒的浓度低达5.0×10-4%（质量分数）。Roy等[117]通过可逆加成—断裂链转移聚合在纤维素表面接上聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯，然后再用溴代烃进行季铵化，即得到季铵化改性抗菌纤维素。

纤维素阻燃纤维主要是通过共混、接枝、后整理、紫外光固化及层层自组装等方法来制备。但离子液体法纤维素阻燃纤维主要还是通过共混和接枝的方法来制备。共混主要是在溶液体系中添加有机或无机阻燃剂，进行均匀分散后纺丝制备，而接枝则是将阻燃剂接枝到纤维素羟基上，从而提高产物阻燃性能。Zheng等[118]采用原位活化法，利用3-羟基苯基磷酰丙酸为阻燃剂，成功制备了3-羟基苯基磷酰丙酸纤维素酯，所得纤维LOI最高可达36%。

3.应用前景

离子液体法纤维素纤维具有与Lyocell纤维类似的力学性能，可用于纺织服装、家用纺织品、产业用纺织品等领域。目前，相关的产品仍在研发中。