环境友好的NMMO工艺纤维素薄膜.docx

环境友好的NMMO工艺纤维素薄膜张耀鹏邵惠丽沈弋弋沈新元胡学超(东华大学)纤维素氨基甲酸酯法等。在纤维素直接溶剂中,Yue2shenChen用硫氢酸铵溶液制得的薄膜较赛璐玢更透明、更柔软,强度更高4。近年来,随着人们环保意识的不断增强,N2甲基吗啉2N2氧化物(NMMO)作为纤维素的直接溶剂越来越受到重视。该工艺是通过将天然纤维素原料直接溶解在前言1随着石油资源的日益短缺和以石油为原料的高分子材料对环境污染的日益加重,纤维素等可再生的天然资源越来越受到人们的重视。世界纤维素的总蕴含量为2000亿t左右,然而只有大约60亿t被人们使用。其中用于生产纸张、纤维和薄膜的纤维素仅占了很少的比例1。因此用纤维素来生产薄膜的原料来源是非常丰富的。众所周知,世界上最早的透明包装材料便是用纤维素制成的“赛璐玢”薄膜(俗称玻璃纸)或无毒的NMMO和水的混合溶剂中制成溶液后,经喷头挤出和后处理来制得纤维素制品的。该法工艺简单,整个生产过程无化学反应,并且NMMO的回收率很高,基本上无废弃物,避免了传统工艺中存在的污染严重的问题,故被称为“绿色工艺”5。目前,国外已利用该方法成功地开发出了一种“绿色纤维”——Lyocell纤维。该纤维集天然纤维与合成纤维的优异性能于一身,能开发○“TransparitR”。自1920年以来,由于其透明性及透水性较好,并可降解再生,被大量地用于包装行业。70年代以后,逐步被价格更便宜的PP、PET、PA等薄膜所取代。但是,近年来,环境污染问题也愈来愈受到人们的重视。由于PP、PET等薄膜用毕丢弃后长期难以分解,将成为一个新的污染源。因此,以天然纤维素为原料生产包装材料又被提到议事日程上来。一方面,纤维素薄膜的废弃物可在自然界中很快被生物降解为CO2和H2O,参与大自然的生态循环,对环境不会造成“固体污染”2。但另一方面,制造纤维素薄膜等制品的传统方法不仅具有工艺路线复杂、产品耐撕裂性差、坚固度有限等缺点,还存在着生产过程对环境污染严重的问题3。因此,开发新型的纤维素薄膜制造方法已迫在眉睫。通常纤维素很难为常规溶剂直接溶解,从本世纪60年代起,人们开始致力于纤维素新生产方法的开发,如有机溶剂法、氢氧化钠法、氯化锌法、出多种新颖独特的产品。从国外几家将6,7Lyocell纤维工业化的公司(如Lenzing、Courtaulds)的研究情况来看,纤维素的NMMO纺丝溶液不仅可纺制纤维,还可望用挤出的方法来加工可生物降解的绿色薄膜。用该工艺生产的薄膜性能较传统粘胶法生产的薄膜可望有很大改善,并且用途也将更加广泛。国内外用NMMO工艺生产纤维2素薄膜的研究与进展Akzona公司于1979年曾提出NMMO纤维素薄膜可以用于包装带和包装材料8。德国TITK实验室也进行过纤维素薄膜窄条用于农用包装带的研究,并提出该膜有着亚麻、聚丙烯包装带不可比拟的优点9。Lenzing、Courtaulds公司虽然很早就提出了用NMMO工艺生产纤维素薄—1—综述国外纺织技术总第181期膜的可行性。其中Courtaulds还探讨了将流,空气隙的长度也可依条件而变。薄膜在凝固浴中与载体表面分离后,再经过水洗、漂白、干燥、涂覆或者化学交联、染色、软化等后处理工序即可完成薄膜的生产。NMMO工艺薄膜用于包装和电池绝缘隔离膜的可行性,但由于这两家公司的重点在于纤维,因此关于薄膜的研究始终进展缓慢。目前真正开展该薄膜工业化生产的只有美国芝加哥的Viskase公司。该公司是全球纤维素肠衣的最大供应商,并且是世界食品包装用特殊塑料膜的主要生产者,且在Lenzing和Courtaulds之前就开始了对这一薄膜的专门研究。Viskase公司最初采用粘胶工艺生产食品包装用纤维素肠衣,在其他公司还在研究Lyocell纤维之时,就预见性地开始研究NMMO工艺薄膜在肠衣上的应用,目前在这一领域已处于领先地位。目前,Lenzing、Courtaulds和Viskase三家公司对NMMO制膜工艺及机械设备的具体研究情况如下:213Viskase公司的工艺及设备特点由于纤维素NMMO溶液的粘度很大,该公司采用经过特殊设计的挤出模头,在模头内部加强溶液混合,使其更均匀地分布于口模。Viskase肠衣生产工艺的特点在于用一段很长的空气隙来冷却肠衣薄膜,并通过往薄膜内部注入冷凝剂(通常为水或NMMO的低浓度水溶液)的方法来提高冷凝的效率和加强薄膜的润滑。管膜从口模挤出后,由一芯柱引导至凝固浴。芯柱呈宝塔状,从而可将管膜沿径向拉伸,使薄膜双轴取向,提高了其机械强度。管膜在凝固浴中拉伸后,折为平幅薄膜,再牵引导出16～18。由此可知,国外几家公司薄膜生产工艺的共同特点是将纤维素NMMO溶液挤出到空气隙中,并在空气隙中拉伸,产生取向,以获得较好的物理性能,然后将拉伸过的薄膜溶液浸入凝固液中凝固