Лиоцелл

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Этикетка на рубашке с указанием состава ткани: 55 % — конопля, 45 % — тенцель
Чехол матраца с волокном Lyocell

Лиоце́лл (Lyocell) — полусинтетическое текстильное волокно, получаемое химическим путём из регенерированной целлюлозы.[1] Формуется путем растворения целлюлозы и сухого струйно-мокрого прядения. В отличие от вискозы, производимой более распространенным способом, в производстве Lyocell не используется дисульфид углерода,[2][3] который токсичен для работников и окружающей среды.[4][5]

Лиоцелл стал обобщенной торговой маркой, используемой для обозначения процесса получения целлюлозных волокон по такой технологии.[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 промежуточные химические соединения». Она относит это волокно к подкатегории вискозы.[7]

История[править | править код]

Разработка тенцела была продиктована заботой об окружающей среде: исследователи стремились производить вискозу менее вредными методами.[8][9]

Существует несколько версий появления данного типа волокон, так как разработки велись в разных странах.

Процесс производства лиоцелла разработан в 1972 году группой специалистов на ныне несуществующем предприятии American Enka fibers в Энке, Северная Каролина. В 2003 году Американская ассоциация химиков-текстильщиков и колористов (AATCC) наградила Нила Э. Фрэнкса премией Генри Э. Миллсона за изобретение лиоцелла.[10] 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 процесс. Рабочее название волокна в организации Enka было ньюселл, и разработка была доведена до масштабов опытного завода, после чего работы были прекращены.

Основной процесс растворения целлюлозы в NMMO был впервые описан в патенте 1981 года, выданном Макорсли для Akzona Incorporated[11] (холдинговая компания Akzo). В 1980-х годах патент был лицензирован Akzo для Courtaulds и Lenzing.[6]

Два производителя вискозных волокон — Courtaulds и Lenzing AG — в рамках совместного исследовательского сотрудничества производили лиоцелловые волокна, в том числе по лицензиям голландской компании Akzo. В 1987 году компания Courtaulds plc запустила первый полукоммерческий завод по производству лиоцелла в Гримсби (Великобритания). В 1990 году компания Lenzing AG запустила пилотный завод. Лиоцелловые волокна производятся в промышленных масштабах с 1991 года компанией Courtaulds в Мобиле, штат Алабама (США) под названием Tencel и с 1997 года компанией Lenzing в Хайлигенкройце (Австрия). После нескольких смен владельцев бывшей Courtaulds Group подразделение Tencel было выделено в отдельную компанию Accordis, а затем продано 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 бренд Tencel.[6]

В 2000 году Европейская комиссия отметила этот продукт Европейской экологической премией в категории «Премия за технологию для устойчивого развития».[12]

В 2004 году компания Lenzing приобрела Tencel Group. После поглощения Tencel управляет одним заводом в США (Мобил, Алабама), одним в Великобритании (Гримсби) и одним в Австрии (Хайлигенкройц), а также экспериментальным и исследовательским заводом на территории Lenzing. Общая номинальная мощность в 2016 году составляла около 200 000 тонн в год.[13][14][15]

В 2014 году компания Lenzing AG ввела в эксплуатацию крупнейший в мире завод по производству тенцела на территории Lenzing мощностью около 67 000 тонн в год.[16] Планируемый завод в Мобиле, штат Алабама, который предстояло запустить в 2018 году, пока отложен из-за неопределенной таможенной ситуации в США.[17] Завод по производству тенцела мощностью 100 000 тонн в год планируется запустить в 2021 году недалеко от Бангкока. Это будет крупнейший в мире завод такого рода.[18]

Лиоцелл первоначально зарегистрирован под торговой маркой тенcел в 1982 году. Впервые ткань из этого волокна изготовлена в 1988 году компанией Courtaulds Fibres UK[en] на опытном заводе S25[источник не указан 3640 дней]. Основной целью изготовления был пошив женской одежды.[19]

Технология изготовления[править | править код]

Формование волокна лиоцелла основано на процессе прямого растворения целлюлозы в N-метил-морфолин-N-оксиде[20], при этом химически целлюлозная масса изменяется несущественно[19].

N-метилморфолин N-оксид — ключевой растворитель в процессе производства лиоцелла.

Процесс производства использует прямой растворитель, а не непрямое растворение, как, например, ксантация-регенерация в вискозном процессе. Волокно производится из распушенной целлюлозы, состоящей из целлюлозы высокой степени чистоты с небольшим количеством гемицеллюлозы и отсутствием лигнина. Бревна лиственных пород (таких как дуб и береза)[21] расщепляются на квадраты размером с почтовую марку. Щепа подвергается химическому сбраживанию, либо в процессе прегидролиза-крафта, либо в сульфитном процессе, чтобы удалить лигнин и гемицеллюлозу. Целлюлоза отбеливается для удаления оставшихся следов лигнина, высушивается до состояния непрерывного листа и наматывается на бобины. По консистенции целлюлоза напоминает плотную плакатную бумагу и поставляется в рулонах весом около 230 кг.

Рулоны целлюлозы разбивают на квадраты и растворяют в N-метилморфолин-N-оксиде (NMMO),[22] получая раствор, называемый «допинг». Затем отфильтрованный раствор целлюлозы прокачивается через фильеры. Волокна вытягиваются на воздухе, чтобы выровнять молекулы целлюлозы. Затем волокна погружают в водяную баню, где происходит десольватация целлюлозы, в результате чего волокна становятся более прочными. В ванну добавляют немного разбавленного аминоокиси до постоянной концентрации. Затем волокна промывают деминерализованной водой. Далее волокно попадает в зону сушки, где из него выпаривается вода.

Далее производство идет по тому же пути, что и для других видов волокон, например вискозы. Нити поступают на участок отделки, где на них наносится увлажнитель, который может представлять собой мыло, силикон или другие вещества, в зависимости от будущего использования волокна. На этом этапе происходит распутывание, предшествующее кардочесанию и прядению в пряжу. На этом этапе высушенные готовые волокна имеют форму, называемую жгутом, — большой нескрученный пучок непрерывных нитей. Пучки жгута поступают на каландр — машину, которая сжимает волокно, придавая ему текстуру и объём. Затем гофрированное волокно кардуется механическими кардочесальными машинами, которые выполняют гребнечесание для разделения и упорядочивания прядей. Затем нити разрезаются и прессуются для отправки на ткацкую фабрику. Весь процесс производства, от разматывания сырой целлюлозы до прессования волокна, занимает около двух часов. После этого лиоцелл может быть переработан различными способами. Его можно прясть вместе с другим волокном, например, хлопком или шерстью. Полученную пряжу можно ткать или вязать, как любую другую ткань, и придавать ей различную отделку — от мягкой и похожей на замшу до шелковистой.[23]

Аминоокись, используемая для растворения целлюлозы и закрепления волокна после прядения, подвергается вторичной переработке. Обычно восстанавливается 99 % NMMO разлагается без образования вредных продуктов.[22] Поскольку отходов мало, этот процесс относительно экологичен, хотя и энергоемок.[24]

Свойства[править | править код]

Лиоцелл имеет много общих свойств с другими волокнами, такими как хлопок, лен, шелк, рами, конопля и вискоза (с которой он очень тесно связан химически). Лиоцелл на 50 % лучше впитывает влагу, чем хлопок,[25] и имеет большую способность отводить влагу по сравнению с тканями из модала аналогичного переплетения.[26] Ткань обладает высокой прочностью в сухом и влажном состоянии, хорошо держит форму. Имеет лёгкий блеск. Хорошо окрашивается, не скатывается, не меняет форму после стирки. Не требует особого ухода.

По сравнению с хлопком потребители отмечают, что волокна лиоцелла на ощупь мягче и «воздушнее», благодаря их лучшей способности отводить влагу. Заявления промышленности о более высокой устойчивости к сминанию пока не подтвердились. Ткань можно подвергать машинной стирке или химической чистке. Она хорошо драпируется и может быть окрашена в разные цвета, причем для достижения той же глубины цвета требуется чуть меньше красителя, чем для хлопка.[27]

Использование[править | править код]

Он используется во многих повседневных тканях. Штапельные волокна используются в таких видах одежды, как деним, чинос, нижнее белье, повседневная одежда и полотенца. Нитевидные волокна, которые обычно длиннее и глаже штапельных,[28] используются в изделиях, имеющих более шелковистый вид, например, в женской одежде и мужских рубашках. Лиоцелл можно смешивать с различными другими волокнами, такими как шелк, хлопок, вискоза, полиэстер, лен, нейлон и шерсть. При смешивании с другими волокнами получаемая ткань становится намного прочнее и устойчивее к износу, разрыву и скатыванию.[29] Также используется в конвейерных лентах, специальной бумаге и медицинских повязках.[23]

Волокна лиоцелл отличаются высокой износоустойчивостью, что позволяет использовать их в промышленности при изготовлении автомобильных фильтров, тросов, материалов для абразивной обработки, бинтов и тканей для защитных чехлов[19]. Также ткани с лиоцелловыми волокнами используются при изготовлении чехлов для матрацев и подушек, постельного белья.

Промышленные наименования[править | править код]

Другие торговые марки волокон лиоцелла — тенсел (Lenzing AG),[30] ньюселл (Akzo Nobel) и сицелл (Zimmer AG).[31] Компания Birla также продает их под маркой Excel.[24] Есть и другие производители, например Sateri, продающие свой продукт под общим названием Lyocell.[32]

Исследования[править | править код]

Отсутствие у лиоцелла антибактериальных свойств ограничивает его применение в медицине. Благодаря своей биоразлагаемости, низкой токсичности и удобству, лиоцелл может стать полезным материалом для создания антибактериальной одежды. Чтобы придать материалу такие свойства, были рассмотрены три общих подхода: физическое смешивание, химическая реакция и последующая обработка. Методы физического смешивания вводят антибактериальные агенты в прядильный материал. В ходе химической реакции, антибактериальные добавки соединяются с волокнами лиоцелла и таким образом, придают им антимикробные свойства. При последующей обработке антибактериальные добавки наносятся на поверхность волокон с помощью процессов физического покрытия, набивки или импрегнации (пропитки). Методы физического смешивания и постобработки представляются наиболее перспективными для крупномасштабного производства. Для выбора оптимального метода необходимо тщательно учитывать стоимость, время подготовки и антибактериальную эффективность. Успешная модификация волокон позволит производить продукцию для здравоохранения (например, лабораторные халаты, шапочки, накидки), гигиенические товары (мочалки, гигиенические салфетки) и одежду (носки, нижнее белье).[33]

По данным компании Lenzing, биоразложение в почве, компосте и морской воде было протестировано в соответствии с применимыми директивами EN 14046 (2003) и ISO 14855 (2005) и подтверждено сертификатом Vinçotte.[34] На основе экспериментов по разложению удалось продемонстрировать потерю веса и, следовательно, биоразложение тканей из лиоцелла примерно на 75 % в течение 60 дней, что означает, что биоразложение происходит быстрее, чем у биоразлагаемых пластиков PHBV (поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксивалерат)[1], PBS (полибутиленсукцинат) и PLA (полимолочная кислота), а также различных композитов из этих материалов с волокнами лиоцелла.[35] Сама компания Lenzing заявляет о времени разложения на 100 % за 16 недель.[34]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Cellulose // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry[en] (англ.). — Weinheim: Wiley-VCH, 2002. — doi:10.1002/14356007.a05_375.pub2.
  2. ↑ "Regenerated cellulose by the Lyocell process, a brief review of the process and properties :: BioResources". BioRes. 2018.
  3. ↑ Tierney, John William (2005). Kinetics of Cellulose Dissolution in N-MethylMorpholine-N-Oxide and Evaporative Processes of Similar Solutions (Thesis).
  4. ↑ Swan, Norman; Blanc, Paul (20 February 2017). "The health burden of viscose rayon". ABC Radio National (англ.).
  5. ↑ Michelle Nijhuis. "Bamboo Boom: Is This Material for You?". Scientific American. doi:10.1038/scientificamericanearth0609-60.
  6. ↑ 1 2 3 Lenzing Acquires Tencel. web.archive.org (23 марта 2010). Дата обращения: 21 апреля 2024.
  7. ↑ Federal Register :: Request Access. unblock.federalregister.gov. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  8. ↑ ‪Man-made fibres: regenerated cellulose fibres‬. scholar.google.com. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  9. ↑ Lyocell Fiber - an overview | ScienceDirect Topics. www.sciencedirect.com. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  10. ↑ Millson Award for Invention (амер. англ.). AATCC. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  11. ↑ Espacenet - Bibliographic data. worldwide.espacenet.com. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  12. ↑ Aus Holz wird Stoff: Wie nachhaltig ist Lyocell? (нем.). stern.de (5 июля 2021). Дата обращения: 21 апреля 2024.
  13. ↑ Factsheet (нем.). Дата обращения: 28 июня 2017.
  14. ↑ Архивировано {{{2}}}. Pressemitteilung der Lenzing AG vom 4. Mai 2004, abgerufen am 2. Juni 2009.
  15. ↑ Lenzing Gruppe: Архивировано {{{2}}}., abgerufen am 14. Juni 2009.
  16. ↑ Архивировано {{{2}}}. Pressemitteilung der Lenzing vom 9. Oktober 2015.
  17. ↑ Um 19:00, 27 09 2018 Lenzing stoppt 275-Millionen-Projekt in USA - Aktie bricht ein (нем.). Die Presse (27 сентября 2018). Дата обращения: 21 апреля 2024.
  18. ↑ Lenzing baut größtes Lyocell-Werk der Welt in Thailand (нем.) (26 июня 2019).
  19. ↑ 1 2 3 http://www.encyclopedia.com/topic/Lyocell.aspx Архивная копия от 5 мая 2014 на Wayback Machine Enciclopedia.com — Liocell Facts
  20. ↑ Вискозное волокно
  21. ↑ How lyocell is made - material, manufacture, making, used, processing, steps, industry, machine. www.madehow.com. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  22. ↑ 1 2 Regenerated cellulose by the Lyocell process, a brief review of the process and properties :: BioResources. bioresources.cnr.ncsu.edu. Дата обращения: 21 апреля 2024.
  23. ↑ 1 2 Sara J. Kadolph, Anna Langford. Textiles. — 9th ed. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001. — 421 с. — ISBN 978-0-13-025443-6.
  24. ↑ 1 2 Material Guide: What Is Tencel? And Is It Sustainable? (англ.). Good On You (7 сентября 2023). Дата обращения: 21 апреля 2024.
  25. ↑ Hakan Ozdemir. Permeability and Wicking Properties of Modal and Lyocell Woven Fabrics Used for Clothing (англ.) // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. — 2017-03. — Vol. 12, iss. 1. — P. 155892501701200. — ISSN 1558-9250. — doi:10.1177/155892501701200102.
  26. ↑ Ozdemir, Hakan (2017-03-01). "Permeability and Wicking Properties of Modal and Lyocell Woven Fabrics Used for Clothing". Journal of Engineered Fibers and Fabrics (англ.). 12 (1). doi:10.1177/155892501701200102. ISSN 1558-9250.
  27. ↑ FiberSource
  28. ↑ Marypaul Yates. Fabrics: a guide for interior designers and architects. — 1st ed. — New York: Norton, 2002. — 312 с. — ISBN 978-0-393-73062-3.
  29. ↑ Sewport Support Team. (n.d.). What is Lyocell Fabric: Properties, how its made and where. Sewport. https://sewport.com/fabrics-directory/lyocell-fabric#:~:text=Lyocell%20is%20a%20semi%2Dsynthetic,of%20cellulose%20derived%20from%20wood.
  30. ↑ What is TENCEL™ fibers fabric made of? About TENCEL™ Lyocell & Modal fibers
  31. ↑ B. Ozipek, H. Karakas, in Advances in Filament Yarn Spinning of Textiles and Polymers, 2014. As quoted by Elsevier
  32. ↑ Lyocell Fibre - Sateri
  33. ↑ Kevin J. Edgar, Huihui Zhang. Antibacterial modification of Lyocell fiber: A review (англ.) // Carbohydrate Polymers. — 2020-12. — Vol. 250. — P. 116932. — doi:10.1016/j.carbpol.2020.116932.
  34. ↑ 1 2 Wolfgang Plasser, Shayda Rahbaran: Biodegradability of wood-based cellulose fibers. Презентация на мероприятии World of Wipes 2017, 12-15 июня 2017 года
  35. ↑ Mitsuhiro Shibata, Shingo Oyamada, Shin‐ichi Kobayashi, Daisuke Yaginuma. Mechanical properties and biodegradability of green composites based on biodegradable polyesters and lyocell fabric (англ.) // Journal of Applied Polymer Science. — 2004-06-15. — Vol. 92, iss. 6. — P. 3857–3863. — ISSN 0021-8995. — doi:10.1002/app.20405.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Лиоцелл&oldid=137383036