Лиоцелл — полусинтетическое волокно, используемое для изготовления тканей для одежды и других целей. [1] Это форма регенерированной целлюлозы, полученная путем растворения целлюлозы и сухого мокрого прядения . В отличие от вискозы, изготовленной с использованием некоторых наиболее распространенных вискозных процессов, при производстве Lyocell не используется сероуглерод , [2] [3] , который токсичен для рабочих и окружающей среды. [4] [5] [2] Лиоцелл первоначально был зарегистрирован под торговой маркой Tencel в 1982 году.
«Лиоцелл» стал обобщенным товарным знаком, используемым для обозначения процесса лиоцелла для изготовления целлюлозных волокон. [3] [6] Федеральная торговая комиссия США определяет лиоцелл как «волокно, состоящее из целлюлозы, осажденной из органического раствора, в котором не происходит замещения гидроксильных групп и не образуются химические промежуточные соединения». Он классифицирует волокно как подкатегорию вискозы . [7]
Другими торговыми марками волокон лиоцелла являются Tencel ( Lenzing AG ), [8] Newcell ( Akzo Nobel ) и Seacell (Zimmer AG). [9] Компания Бирла также продает его под торговой маркой Excel . [10] Есть и другие производители, такие как Sateri , которые продают свою продукцию под непатентованным названием Lyocell [11].
Развитие Tencel было мотивировано экологическими проблемами; исследователи стремились производить вискозу способами, менее вредными, чем метод вискозы . [12]
Процесс Lyocell был разработан в 1972 году командой ныне несуществующего завода по производству волокон American Enka в Энке, Северная Каролина . В 2003 году Американская ассоциация химиков и колористов по текстилю (AATCC) наградила Нила Э. Фрэнкса премией Генри Э. Милсона за изобретение лиоцелла. [13] В 1966–1968 годах Д. Л. Джонсон из Eastman Kodak Inc. изучал растворы NMMO . С 1969 по 1979 год американская компания Enka безуспешно пыталась коммерциализировать этот процесс. [12] Рабочее название волокна внутри организации Enka было «Newcell», и разработка велась на пилотном заводе, прежде чем работы были остановлены.
Основной процесс растворения целлюлозы в NMMO был впервые описан в патенте 1981 года Макорсли для Akzona Incorporated [12] [14] (холдинговая компания Akzo). В 1980-х годах лицензия на патент была передана компанией Akzo компаниям Courtaulds и Lenzing. [6]
Волокно было разработано компанией Courtaulds Fibers под торговой маркой Tencel в 1980-х годах . В 1982 году в Ковентри, Великобритания, была построена пилотная установка производительностью 100 кг в неделю, а в 1984 году производство увеличилось в десять раз (до тонны в неделю). В 1988 году на заводе в Гримсби открылась полукоммерческая производственная линия производительностью 25 тонн в неделю. , Великобритания, пилотный завод . [15] [12]
Этот процесс был впервые [16] коммерциализирован на фабриках Курто в Мобиле, Алабама [17] (1990 [16] ) и на заводе в Гримсби (1998). [16] В январе 1993 года завод Mobile Tencel достиг полной производительности в 20 000 тонн в год, и к этому времени Курто потратила 100 миллионов фунтов стерлингов и 10 лет на разработку Tencel. Доходы Tencel за 1993 год оценивались в 50 миллионов фунтов стерлингов. Планировалось построить второй завод в Мобиле. [17] К 2004 году производство увеличилось в четыре раза до 80 000 тонн. [6]
Компания Lenzing запустила пилотный завод в 1990 году [12] и коммерческое производство в 1997 году, производя 12 метрических тонн в год на заводе в Хайлигенкройц-им-Лафницталь , Австрия. [12] [6] [18] Когда в 2003 году на заводе произошел взрыв, он производил 20 000 тонн в год и планировал удвоить мощность к концу года. [19] В 2004 году Ленцинг производил 40 000 тонн [ так в оригинале , вероятно, метрических тонн]. [6] В 1998 году Ленцинг и Курто достигли урегулирования патентного спора. [6]
В 1998 году компания Courtaulds была приобретена конкурентом Akzo Nobel , [20] который объединил подразделение Tencel с другими подразделениями по оптоволокну под брендом Accordis, а затем продал их частной инвестиционной компании CVC Partners. В 2000 году CVC продала подразделение Tencel компании Lenzing AG , которая объединила его со своим бизнесом Lenzing Lyocell, но сохранила торговую марку Tencel. [6] Они захватили заводы в Мобиле и Гримсби и к 2015 году стали крупнейшим производителем лиоцелла с объемом производства 130 000 тонн в год. [12]
.jpg/1280px-Patagonia,_OutDoor_2018,_Friedrichshafen_(1X7A0346).jpg)
Его используют во многих повседневных тканях. Штапельные волокна используются в такой одежде, как джинсовая ткань , брюки-чинос , нижнее белье, повседневная одежда и полотенца. Филаментные волокна, которые обычно длиннее и гладче, чем штапельные волокна, [21] используются в изделиях, которые имеют более шелковистый вид, таких как женская одежда и мужские рубашки . Лиоцелл можно смешивать с множеством других волокон, таких как шелк , хлопок, вискоза, полиэстер , лен , нейлон и шерсть . При смешивании с другими волокнами полученная ткань становится намного прочнее и устойчивее к износу, разрыву и катышкам. [22] Лиоцелл также используется в конвейерных лентах , специальной бумаге и медицинских перевязочных материалах . [23]
Лиоцелл имеет много общих свойств с другими волокнами, такими как хлопок , лен , шелк , рами , конопля и вискоза (с которыми он очень тесно связан по химическому составу). Лиоцелл на 50% более впитывает влагу, чем хлопок [24] и имеет большую длину впитывания по сравнению с модальными тканями аналогичного переплетения. [25]
Потребители часто отмечают, что по сравнению с хлопком волокна лиоцелла кажутся более мягкими и «воздушными» из-за их лучшей способности впитывать влагу. Заявления промышленности о более высокой устойчивости к образованию складок пока не подтверждены. Ткань из лиоцелла можно стирать в машине или подвергать химической чистке. Он хорошо драпируется и может быть окрашен во многие цвета, причем для достижения такой же глубины цвета требуется немного меньше красителя, чем для хлопка. [26] [10]
В процессе лиоцелла используется прямой растворитель, а не косвенное растворение, такое как путь ксантирования-регенерации в процессе вискозы. Волокно лиоцелла производится из растворимой целлюлозы , которая содержит целлюлозу высокой чистоты с небольшим количеством гемицеллюлозы и без лигнина . Бревна твердых пород (например, дуба и березы [27] ) раскалываются на квадраты размером с почтовую марку. Щепу подвергают химическому расщеплению, либо с помощью предгидролизного крафт-процесса , либо с помощью сульфитного процесса , для удаления лигнина и гемицеллюлозы. Целлюлозу отбеливают для удаления остатков лигнина, сушат в сплошной лист и раскатывают на катушки. Целлюлоза имеет консистенцию толстого картона и поставляется в рулонах весом около 500 фунтов (230 кг).
At the Lyocell mill, rolls of pulp are broken into one-inch squares and dissolved in N-methylmorpholine N-oxide (NMMO[2]), giving a solution called "dope". The filtered cellulose solution is then pumped through spinnerets, devices used with a variety of synthetic fibers. The spinneret is pierced with small holes rather like a shower head; when the solution is forced through it, continuous strands of filament come out. The fibers are drawn in air to align the cellulose molecules, giving the Lyocell fibers its characteristic high strength. The fibers are then immersed into a water bath, where desolvation of the cellulose sets the fiber strands. The bath contains some dilute amine oxide in a steady state concentration. Then the fibers are washed with demineralised water. Next, the Lyocell fiber passes to a drying area, where the water is evaporated from it.
Manufacture then follows the same route as with other kinds of fibers such as viscose. The strands pass to a finishing area, where a lubricant, which may be a soap or silicone or other agents, depending on the future use of the fiber, is applied. This step is a detangler, prior to carding and spinning into yarn. At this stage, the dried, finished fibers are in a form called tow, a large, untwisted bundle of continuous lengths of filament. The bundles of tow are taken to a crimper, a machine that compresses the fiber, giving it texture and bulk. The crimped fiber is then carded by mechanical carders, which perform a combing action to separate and order the strands. The carded strands are then cut and baled for shipment to a fabric mill. The entire manufacturing process, from unrolling the raw cellulose to baling the fiber, takes roughly two hours. After this, the Lyocell may be processed in many ways. It may be spun with another fiber, such as cotton or wool. The resulting yarn can be woven or knitted like any other fabric, and may be given a variety of finishes, from soft and suede-like to silky.[23]
The amine oxide used to dissolve the cellulose and set the fiber after spinning (NMMO) is recycled. Typically,[28] 99 percent of the amine oxide is recovered.[10] NMMO biodegrades without producing harmful products.[2] Since there is little waste product, this process is relatively eco-friendly, though it is energy-intensive.[10]
Отсутствие антибактериальных свойств лиоцелла ограничивает его использование в медицинской сфере. Благодаря своей биоразлагаемости, низкой токсичности и комфорту лиоцелл станет полезным материалом для изготовления антибактериальной одежды. Было протестировано несколько подходов для внедрения антибактериальных возможностей. Для достижения этой цели были изучены три общих подхода: физическое смешивание, химическая реакция и последующая обработка. Методы физического смешивания вводят в прядильный раствор антибактериальные вещества. В методах химических реакций антибактериальные добавки встраиваются в волокна лиоцелла и, таким образом, придают им антимикробные свойства. В методах последующей обработки антибактериальные добавки наносятся на поверхности волокон лиоцелла посредством физического покрытия, прокладки или процессов пропитки. Методы физического смешивания и последующей обработки кажутся наиболее перспективными для крупномасштабного производства. Для выбора наилучшего метода необходимо тщательное рассмотрение стоимости, времени подготовки и антибактериальной эффективности. Создание успешной модификации волокон лиоцелла для усиления антибактериальных свойств позволит производить продукцию для здравоохранения (например, лабораторные халаты, шапочки, халаты), средства гигиены (скрабы, гигиенические салфетки) и одежду (носки, нижнее белье). [29]