基于废旧粘胶面料的再生纤维素长丝制备及性能研究

doi： 10.3969/j.issn. 1674-2346.2019.01.002

基于废旧粘胶面料的再生纤维素长丝制备及性能研究

赵书琪陈岳燕陈艳华

(浙江纺织服装职业技术学院纺织学院，浙江宁波315211)

摘要：选用废旧粘股面料（纤维素含量>99%)进行了湿法纺丝研究。采用DMAc/LiCl体系直接溶解面料，通过

不同的湿法纺丝工艺生产再生纤维素长丝•通过对长丝直径、形貌及力学性能的分析发现，最适合的纺丝工艺是二次凝 固二次拉伸工艺，且第二次凝固时间120min。此方法工艺流程短，且制备的长丝较好的保留了面料溶解前具有的色泽， 省去了染色工艺。

关键词：废旧粘胶面料；再生纤维素；长丝；湿法纺丝

中图分类号：TQ341.9 文献标识码：C 文章编号：1674-2346 (2019) 01-0008-05

1前言

我国每年都有超过2000万吨的废旧纺织品产生，但仅有300多万吨被再次利用，综合利用率约为 15%。按理论计算，我国的废旧纺织品若能全部得到回收利用，那么每年可提供的化学纤维和天然纤维 相当于节约原油2400万吨。

目前，我国废旧纺织品再利用方法有直接法[1_3]和间接法[+5]两种。直接法就是将回收的废旧纺织 品，譬如适合再次穿着的服装，经过消毒和清洁处理，通过二手服装交易市场、二手服装专卖店、网络 二手服装交易平台或者捐赠等方式直接使用，达到再利用的目的。[6]但是由于交易规范尚不完善，而且 受人们传统意识影响，导致我国二手服装交易进展缓慢，捐赠仍是直接再利用的主要方式。直接法的优 点在于，可以避免纺织品从原料生产、印染、成衣生产到服装销售等整个过程所产生的能量消耗。间接 法是指不适合被直接再次使用的废旧纺织品经过一系列的物理或化学处理而达到再利用的目的。间接法 主要包括物理法[7]和化学法[8_9]。本研宄试图通过化学法，实现废旧粘胶面料的再生纤维素长丝的制备， 并对长丝的性能进行分析。

2实验部分 2.1原料

红色废旧粘胶面料，纤维素含量>99%，聚合度300~500; N, N-二甲基乙酰胺（DMAc),分析纯， 购买于国药化工试剂有限公司；氯化锂（LiCl)，分析纯，购买于阿拉试剂（上海）有限公司；奥妙洗衣 液，联合利华公司。

收稿日期：2018 _ 12 _ 04

基金项目：浙江纺织服装职业技术学院学生科研创新项目（宏人才）[编号：2018HC03];浙江纺织服装职业技术学院科

研项目[2017-2B-003]。

作者简介：赵书琪，女，大学在读。研究方向：现代纺织技术

陈艳华，女，博士，助理研究员，研宄方向：生物基纤维面料开发与应用

2019年3月浙江纺织服装职业技术学院学报第1期第9页

2.2废旧粘胶面料的清洁解构

使用奥妙洗衣液对织物的油污进行清洗，鼓风干燥，温度设为60°C。人工对清洁后纤维素纤维织物 碎片化解构，碎片尺寸控制在5mmx5mm左右。2.3汗维素溶液的制备

将干燥后的样品加入到一定量的二甲基乙酰胺DMAc溶剂中，在N2气氛下150~165°C处理20~30min， 然后冷却至100°C后，加入预先称量的LiCl,接着在80°C下连续搅拌10~40min至纤维素完全溶解。由 于得到的纤维素溶液含有杂质和气泡，经过过滤和脱泡处理制得透明的红色纤维素溶液，其中的纤维素 质量分数为3%, LiCl的质量分数为8%。2.4纤维素长丝的制备

将纤维素溶液喂到计量栗中，调整挤出量参数，经过喷丝头喷出后直接进入凝固浴，并牵伸、卷绕、 干燥，形成纤维素长丝；凝固浴中深度为50mm,凝固浴的温度为25°C,凝固浴的组成为H20。通过改 变纤维成型工艺参数（如表1所示）制备一系列长丝样品。图1为2种湿法纺丝装置示意图。

表1

样品序号

丁甘

_

湿法纺丝工艺参数表

塑化拉伸率(％)

第一拉伸

20

201010

第二拉伸

//1010

凝固浴中停留时间(min)第一浴

第二浴//10120

abcd

一二二

四

101201010

带压力挤 出装置

牵伸装置卷绕装置

带压力挤出装置

牵伸装置牵伸装置 卷绕装置

凝固浴

第一凝固浴第二凝固浴

(a)(b)

图1

湿法纺丝装置示意图

2.5纤维性能测试

纤维形貌观察：用光学显微镜（型号为〇lympuSBX51)观察纤维表面形貌；纤维微观形貌用日本日 立公司S-4800型扫描电子显微镜观察。将纤维样品用双面胶粘在样品架上，在真空镀膜仪中将纤维表面 镀金，增加其导电性，然后观察。

线密度CT〇测试：所用仪器为纤维细度仪（XD-1型，上海东华凯利新材料科技有限公司），环境温 度为（20±2) °C,相对湿度为（65±5) %,每个样品测试20次，取平均值。

纤维直径测试：用纤维细度综合分析仪（CU-1型，北京和众视野科技有限公司）直接测量纤维直径， 每个样品测量20个不同位置的点，取平均值。

力学性能测试：断裂比强度是相对强度的一种，是指ltex纤维所能承受的最大拉伸力，又称断裂强 度，用心表示，单位为N/tex或cN/dtex，计算式如公式（1)所示：

P,tx= ............................公式（1)

第1期第10页赵书琪，等:基于废旧粘胶面料的再生纤维素长丝制备及性能研宄2019年3月

式中：尸一纤维的强力，N; B—纤维的线密度，tex。

纤维拉伸时产生的伸长占原来长度的百分率称为伸长率或延伸率，拉伸至断裂时的伸长率为断裂伸

长率，它表示纤维承受拉伸变形的能力。断裂伸长率的计算式如公式（2)所示：公式（2)

£p=^ZT xl00%

式中：纤维的断裂伸长率；一拉伸至断裂时的纤维长度，-拉伸前的纤维长度，mm。采用单纱强力仪（型号YM065,莱州元茂仪器有限公司）测试再生纤维素纤维的力学性能，在隔距 500mm、拉伸速度500mm/min、预加张力10cN的测试条件 下，测试10次，取平均值。按公式（1)和公式（2)所示计 算纤维的断裂强度和断裂伸长率。3结果与讨论

3.1不同工艺对纤维表面形貌的影响

纤维素在LiCl/DMAc溶剂体系中溶解过后的成纤性能良 好,可以得到形态均一的红色再生纤维素长丝(如图2所示)。

图3和图4所示分别为不同工艺制备的再生纤维素长丝

图2

再生纤维素长丝光学图片

a、工艺一，b、工艺二，c、工艺三，d、工艺四

图3

不同工艺制备的再生纤维素长丝纵向扫描电镜图

a、工艺一，b、工艺二，c、工艺三，d、工艺四

图4

不同工艺制备的再生纤维素长丝横截面扫描电镜图

2019年3月浙江纺织服装职业技术学院学报第1期第11页

从图3可以看出，不同工艺纺制的纤维表面均有沟槽结构。主要是因为纺丝过程中纺丝液经过喷丝 板与凝固浴发生接触时产生剧烈扩散效应，即凝固液与纺丝液由于相互之间巨大的浓度差，产生双向扩 散效应。在初生纤维的形成过程中，纺丝原液进入凝固浴之后，由于“液柱”表层最先接触凝固浴，所 以最先发生扩散效应，即“液柱”中的溶剂向外扩散，而凝固剂向“液柱”内扩散，纤维素高聚物由外 向内不断析出，逐渐形成固相纤维素纤维。但是，由于表层最先凝固而形成稍微致密的结构，导致芯层 “液柱”凝固时表层会向芯层牵引，使纤维表层出现褶皱状凹痕。其中b和d纤维表面褶皱沟槽相对较 小，而a和c纤维表面沟槽较大，表面相对较粗糙。从纤维表面形态上分析，b和d纤维优于&和£：纤 维。从表1中可以看出，b和d纤维相比a和c纤维，在凝固浴中停留时间更长，为120min,这样导致 凝固浴含有从“液柱”内置换出来的微量DMAc溶剂，使凝固浴成分发生改变，由于DMAc不利于纤维 凝固，使其凝固过程进行缓慢，表层纤维素再生与芯层纤维素再生时间差缩小，所形成的纤维结构变化 小，纤维表面平滑，沟槽较细而均匀，而后再经过牵伸、烘干处理，最终得到表面外观性能较好的结果。

从图4中可以看出，a和d纤维长丝的横截面呈圆形，b纤维长丝为椭圆形，c纤维长丝横截面近 似圆形但不规整。这主要是因为第二种制备工艺中液柱进入第一浴后停留120min,因为没有经过牵伸, 液柱较粗，本身的重力导致与凝固槽接触的面积变大，最后经过长时间凝固表面变成平面，在后续的牵 伸中并没有改变此形貌。c纤维长丝样品因为其纤维内部结构疏松，易产生断裂，所以导致横截面形貌不 规整，但接近圆形。

3.2不同工艺对纤维直径的影响

表2和图5列出了不同工艺制备的纤维直径的测量值。

表2

样品序号

干强(cN*dtex“）2.26 士 0.061.41 士 0.041.84 士0 .032.13士0‘04

纤维性能测试指标

线密度(dtex)4.67 士0 .02

4.60±0.024.19 士 0.014.33 士0 .01

直径(|im)54.5

43.1055.7546.70

直径CV值(％)

1.221.261.181.22

10

断裂伸长率(％)9.78 士 0.108.22 士 0.078.42±0.077.28 士 0.10

a

bcd

(X3s««3

SIS

s

4.0

样品名称

a

a-工艺一，b-工艺二，c-工艺三，d-工艺四

图5

纤维线密度和直径测试图

be

样品名称

d

a-工艺一，b-工艺二，c-工艺三，d-工艺四

图6

纤维干态强度和断裂伸长率图

从表2和图5中可以看出，纤维直径分布在40~6〇Mm之间，a和c纤维直径相对较粗，约为55Mm左 右。a和b纤维都是先在凝固浴中凝固，再牵伸卷绕，不同在于：a纤维在凝固浴中停留lOmin，而b纤 维凝固浴中停留120min,这样导致纤维的直径大不相同，相差约lOjim。a纤维在凝固浴中停留lOmin便 牵伸卷绕，凝固时间较短，不足以使纤维内部的溶剂充分置换，纤维内部溶剂的存在使纤维内部致密性

第1期第12页赵书琪，等:基于废旧粘胶面料的再生纤维素长丝制备及性能研宄2019年3月

较低，牵伸后致使纤维直径较粗；b纤维在凝固浴中停留120min后才牵伸卷绕，凝固时间较长，足以使 纤维内部的溶剂完成置换，纤维在牵伸后内部致密性较高，致使纤维直径相比较细。c纤维采取二次凝固

二次牵伸工艺，第一凝固浴中停留时间为lOmim第二凝固浴中停留时间也为lOmin,纤维在第一浴中外 层已经凝固充分，牵伸力的作用使得纤维内部大分子发生取向，再进入第二凝固浴，停留lOmin,二次 牵伸使得纤维内部大分子再次发生取向，但是由于两次凝固时间短并没有使纤维内部溶剂置换完全，所 以仍存在纤维内部致密性较低的情况，如图4所示，使制成的纤维直径较粗。d纤维采取二次凝固二次 牵伸工艺，第一凝固浴中停留时间为lOmim第二凝固浴中停留时间为120min,纤维在第一浴中外层已 经凝固充分，牵伸力的作用使得纤维内部大分子发生取向，再进入第二凝固浴，停留120min,二次牵伸 使得纤维内部大分子再次发生取向，但是由于两次凝固使纤维内部溶剂基本置换完成，纤维内部致密性 较高，如图4所示，制成的纤维直径较细。3.3纤维力学性能分析

从表2和图6中可以看出，本研究利用废旧粘胶面料所制备的纤维干态强度为1.5~2.3cN/dtex,干态 断裂伸长率为7%~10%之间;而普通粘胶长丝的干态强度为1.5〜2.0 cN/dtex,干态断裂伸长率为10%~24%。

利用废旧粘胶面料所制备的纤维干态强度值较普通粘胶略高，干态断裂伸长率比普通粘胶低。产生 这种情况的原因可能与原料本身的染色有关，粘胶纤维适用的染料有直接染料、活性染料、硫化染料、 还原染料、不溶性偶氮染料，但由于还原染料和不溶性偶氮染料染色复杂且受设备限制等原因，在粗梳 毛纺织厂，若无特殊指标要求及客户（尤指外商）指定，粘胶纤维染色基本不用这2种染料，常用的是直 接染料、活性染料和硫化染料，染料与纤维主要通过范德华力、氢键、离子键和共价键结合。不同型的 染料对不同种类的纤维有不同的亲和力。本研宄所选用的废旧粘胶面料为染色面料（红色)，考虑到溶解 后溶液中仍然有染料存在，并且染料在纤维定型烘干后仍然与纤维素分子之间存在着一定的范德华力、 氢键、离子键或共价键，对纤维强度的提高仍有贡献，因此本研宄制备的纤维干态强度略高于普通粘胶 纤维。

所制备的纤维干态强度值基本接近，干态断裂伸长率相差较大。纤维的断裂伸长率是决定纤维加工 条件及其制品使用性能的重要指标之一。断裂伸长率大的纤维手感比较柔软，在纺织加工时可以缓冲所 受到的力，毛丝、断头较少；但断裂伸长率也不宜过大，否则织物易变形。普通纺织纤维的断裂伸长率 为10%~30%，对于工业用强力丝则一般要求断裂强度高、断裂伸长率低，使其最终产品不易变形。

废旧面料再生纤维素长丝与普通粘胶长丝断裂伸长率差值较大，与两种纤维的大分子结构、取向度、 结晶度，以及形态结构有关，大分子的平均聚合度越小，大分子结合力就越小，容易产生滑移，则纤维 强度较低而伸度较大；反之，大分子的平均聚合度越大，大分子结合力就越大，不易产生滑移，所以纤 维的强度就较高而伸度较小。取向度越高，大分子排列越平行，在拉伸中受力的大分子根数越多，纤维 的强度越大，断裂伸长率减少。在DMAc/LiCl体系中溶解粘胶面料属于直接溶解，并没有发生化学反应， 因此纤维素的分子结构等并没有发生变化；然而普通粘胶长丝溶解到纺丝全过程要经过一系列的化学反 应，对纤维素的结构破坏较严重。因此，DMAc/LiCl体系湿法生产的废旧面料再生纤维素纤维的力学性 能较优于普通粘胶。4结论

本研宄是对废旧粘胶纤维面料（纤维素含量>99%)进行再利用研宄。采用DMAc/LiCl体系直接溶 解面料，通过不同的湿法纺丝工艺生产的废旧面料再生纤维素长丝。通过对长丝直径、形貌及力学性能 的分析发现，最适合的纺丝工艺是二次凝固二次拉伸工艺，且第二次凝固时间120min较好。采用直接溶 解法溶解使纤维素原料溶解工艺流程缩短，此种工艺对原料要求不高，废旧纤维素纺织品均能有效溶解, 且无中间物产生，溶液稳定性好，有利于长丝制备；同时因为原料均为废旧纤维素类纺织品，所以也为 废旧纺织品的循环再利用提供了较好的思路和方法。

(下转第17页）

2019年3月浙江纺织服装职业技术学院学报第1期第17页

Style Test and Analysis of Interwoven Fabrics of PLA/PHBV Blended Filament

YAO Yu-guo1 WENGYi2 XUMei-na1

(1. Ningbo Xindachang Weaving Co., Ltd, Ningbo, Zhejiang 315021, China;2. Zhejiang Fashion Institute of Technology, Ningbo, Zhejiang 315211, China)

Abstract: Aiming at the style of the interwoven fabrics of PLA/PHBV blended filament, PLA/PHBV blended filament, copper ammonia filament and tencel staple yam interwoven fabrics are used as experimental materials. The bending, compression and friction properties of different PLA/PHBV blended filaments are tested and com­pared by KES-FB and YG821L fabric style tester. The results show that the interwoven fabric of PLA/PHBV blended filament and copper-ammonia filament is sleek, smooth and waxy, while that of PLA/PHBV blended filament and staple yam has good elasticity and the fabric is flu^ and plump.

Key words: PLA/PHBV blended filament; interwoven fabrics; fabric style; test; analysis

(上接第12页）

参考文献

[1] 张铠菁,范福军，吴雨曦.广州市废旧纺织品服装回收利用现状分析[J].化纤与纺织技术,2016, 45 (2):48-54.[2] 后花，葛艺博,芮立雪，等.杭州市旧衣回收模式分析[J].商场现代化,2015(28):227-228.[3] 刘雅星.基于产业闭环的废旧纺织品回收再利用价值研究[J].毛纺科技,2016,44⑵:66-69.[4] 吴兴华.服装边角料再生利用的产业链研究[J].集团经济研究,2007(4): 153-154.

[5] 张崎，王小雷.废旧牛仔服装再设计:装置艺术品“莲”的剖析[J].浙江纺织服装职业技术学院学报,2011,10(2): 60-63.[6] 甘佳虔，杨以雄，邵家瑜等.旧衣时尚与城市文明一一二手服装消费市场发展分析[J].东华大学学报(社会科学版)，2010 (1)： 51-56.

[7] 朱艳辉.服装边角余料再创造设计[J].毛纺科技,2010,38(7): 60-62.

[8] 赵庆章.新型溶剂法纤维素纤维的产业化研究[JL纺织导报，2009(10):72-74.

[9] 许巧丽,王淑花，李芬，等.废旧棉织物活性炭的制备与性能[J].纺织学报.2015,36 (10): 73-79.

Preparation and Properties of Regenerated Cellulose Filament Based on Waste Viscose Fabrics

ZHAO Shu-qi CHEN Yue-yan CHEN Yan-hua

(Zhejiang Fashion Institute of Technology, Ningbo, Zhejiang 315211, China)

Abstract: The wet spinning of waste viscose fabric with cellulose content more than 99% is studied in this paper. The fabrics are dissolved directly in DMAc/LiCl system and cellulose filaments are regenerated by wet spinning process. By analyzing the diameter, morphology and mechanical properties of the filament, it is found that the spinning process with twice solidification and twice drawing and the second solidification time of 120 min is the best one. This process is short, and the filament retains the color of the original fabric. Also it saves the process of finishing and dyeing.

Key words: waste viscose fabric; regenerated cellulose; filament; wet spinning