Лиоцелл

Лиоцелл — это искусственное волокно, изготавливаемое из целлюлозы, преимущественно из древесины эвкалипта, с использованием замкнутого производственного цикла, основанного на прямом растворении целлюлозы в N-метилморфолин-N-оксиде (NMMO). Относится к классу целлюлозных волокон нового поколения (наряду с вискозой и модалом), но отличается от них более экологичным способом производства и улучшенными физико-механическими свойствами, в частности высокой прочностью во влажном состоянии.

История

История лиоцелла началась в 1970-х годах, когда в условиях роста экологических требований к промышленности возникла потребность в альтернативе традиционному вискозному производству, которое связано с выбросами токсичных веществ (сероуглерода, сероводорода). В 1976 году американская компания American Enka (позже вошедшая в состав AkzoNobel) запатентовала процесс прямого растворения целлюлозы в NMMO. Однако коммерциализация технологии затянулась из-за технических сложностей.

В 1980-х годах британская компания Courtaulds Fibers (Великобритания) приобрела лицензию и начала разработку промышленного процесса. В 1988 году была запущена пилотная установка, а в 1992 году — первое крупное производство в городе Мобил (штат Алабама, США) под торговой маркой Tencel. В 1998 году Courtaulds была поглощена компанией AkzoNobel, а затем в 2004 году производство перешло к австрийской компании Lenzing AG, которая в настоящее время является крупнейшим производителем лиоцелла в мире (торговая марка Tencel). В 2000-х годах производство лиоцелла также освоили компании в Китае, Индии и других странах. В России промышленное производство лиоцелла не налажено, однако ведутся научные разработки в области получения волокна из отечественного сырья (например, из древесины лиственных пород).

Производство

Сырьё

Основным сырьём для производства лиоцелла служит целлюлоза, получаемая из древесины быстрорастущих пород деревьев, чаще всего эвкалипта, бука или берёзы. Целлюлоза должна быть высокой степени чистоты (содержание альфа-целлюлозы не менее 95%). Использование эвкалипта обусловлено его быстрым ростом, низкой потребностью в пестицидах и возможностью выращивания на плантациях, не пригодных для сельского хозяйства.

Технологический процесс

Процесс производства лиоцелла является замкнутым (сольвентным), что означает рециркуляцию более 99% растворителя. Основные этапы:

1. Подготовка целлюлозы: Древесная щепа перерабатывается в целлюлозную массу, которая затем высушивается и измельчается в порошок.
2. Растворение: Целлюлозный порошок смешивается с водным раствором N-метилморфолин-N-оксида (NMMO) при температуре 90–120 °C. В результате образуется вязкий, прозрачный раствор (дope), содержащий около 10–15% целлюлозы.
3. Фильтрация и деаэрация: Раствор очищается от нерастворимых частиц и пузырьков воздуха.
4. Формование (прядение): Раствор продавливается через фильеры (капилляры) в осадительную ванну с разбавленным водным раствором NMMO. При контакте с водой целлюлоза коагулирует (выпадает в осадок), образуя непрерывные нити. Растворитель переходит в осадительную ванну.
5. Промывка и сушка: Сформированные волокна промываются водой для удаления остатков растворителя, затем высушиваются.
6. Регенерация растворителя: Вода из осадительной ванны и промывных вод выпаривается, и NMMO концентрируется до состояния, пригодного для повторного использования в процессе растворения. Потери растворителя не превышают 0,5–1% от общего объёма.

Экологические аспекты

Производство лиоцелла считается одним из наиболее экологичных среди всех видов искусственных волокон. Замкнутый цикл позволяет избежать выбросов токсичных веществ в атмосферу и сточные воды. В отличие от вискозного производства, не используется сероуглерод. Кроме того, сырьё (древесина) является возобновляемым ресурсом, а сами волокна подвергаются биологическому разложению в почве и воде.

Свойства и характеристики

Лиоцелл обладает рядом уникальных свойств, отличающих его от других целлюлозных волокон:

• Высокая прочность: Прочность на разрыв лиоцелла в сухом состоянии сравнима с прочностью полиэстера, а во влажном состоянии — значительно выше, чем у вискозы (до 85% от сухой прочности). Это делает его устойчивым к деформации при стирке.
• Гигроскопичность: Лиоцелл способен впитывать влагу на 50% больше, чем хлопок, эффективно отводя её от тела. Это обеспечивает комфорт в жаркую погоду.
• Мягкость и гладкость: Волокно имеет круглое сечение и гладкую поверхность, что придаёт тканям из него шелковистость и мягкость, не вызывая раздражения кожи.
• Терморегуляция: Благодаря высокой пористости, лиоцелл обеспечивает хорошую воздухопроницаемость и способствует сохранению тепла в холодную погоду.
• Устойчивость к усадке и сминаемости: Ткани из лиоцелла меньше садятся и мнутся по сравнению с хлопком или вискозой.
• Биоразлагаемость: В условиях компостирования или в почве лиоцелл полностью разлагается микроорганизмами на углекислый газ и воду.

Применение

Благодаря своим свойствам, лиоцелл нашёл широкое применение в различных отраслях:

Текстильная промышленность

• Одежда: Из лиоцелла производят повседневную, спортивную и деловую одежду (рубашки, платья, брюки, футболки, нижнее бельё). Особенно популярен он для производства одежды для активного отдыха и путешествий благодаря своей гигроскопичности и устойчивости к сминанию.
• Постельное бельё и домашний текстиль: Простыни, наволочки, пододеяльники, полотенца, халаты из лиоцелла ценятся за мягкость, гипоаллергенность и способность впитывать влагу.
• Спецодежда: Используется для изготовления рабочей одежды, требующей высокой прочности и комфорта (например, для медицинских работников, сотрудников лабораторий).

Нетканые материалы

• Гигиенические изделия: Лиоцелл применяется в производстве влажных салфеток, подгузников, женских гигиенических прокладок. Его высокая впитывающая способность и мягкость делают его предпочтительным материалом для чувствительной кожи.
• Медицина: Используется для изготовления перевязочных материалов, хирургических масок, одноразовой одежды для операционных.

Другие области

• Фильтры: Из лиоцелла изготавливают фильтровальные материалы для очистки воды и воздуха.
• Композитные материалы: Волокно используется в качестве армирующего компонента в биокомпозитах, например, для производства автомобильных деталей или упаковки.

Сравнение с другими волокнами

Интересные факты

• Термин «лиоцелл» (lyocell) происходит от греческих слов «lysis» (растворение) и «cell» (целлюлоза), что отражает суть технологического процесса.
• Первое коммерческое название лиоцелла — Tencel — стало настолько популярным, что во многих странах используется как синоним для всех волокон этого типа.
• Лиоцелл часто используется в смесовых тканях с хлопком, льном, шерстью или полиэстером для улучшения их свойств (например, добавление 30% лиоцелла в хлопковую ткань значительно повышает её прочность и снижает сминаемость).
• В 2020-х годах объём мирового производства лиоцелла составил около 300–400 тысяч тонн в год, что составляет около 5–7% от общего объёма производства целлюлозных волокон.

Источники

• ГОСТ Р ИСО 2076-2017 «Волокна химические. Общие наименования».
• Woodings, C. (Ed.). (2001). Regenerated Cellulose Fibres. Woodhead Publishing.
• Lenzing AG. (2023). Tencel™ Lyocell Fibers: Technical Data Sheet.
• Fink, H. P., & Weigel, P. (2004). Lyocell – a new generation of cellulose fibers. In Cellulose and its Derivatives (pp. 1-20). Springer.
• Отчёты аналитических агентств (Textile Exchange, 2022). Preferred Fiber & Materials Market Report.