基于离子液体的麦秆浆纺丝技术：可持续纤维素长丝的高效制备与性能调控

本文针对人造纤维素纤维原料依赖木材、传统纺丝工艺污染严重等问题，研究了以麦秆浆为原料、以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑辛酸盐（[C2C1im][Oc]）为直接溶剂的干喷湿纺技术（HighPerCell?）。通过调控纺丝工艺，成功制备出断裂伸长率最高达9%、强度达35 cN/tex的纺织品级和工业级长丝，并实现离子液体回收率超99.9%。该技术为农业废弃物高值化利用和绿色纺织产业发展提供了新路径。

　　

随着全球纺织纤维需求持续增长，棉花产量停滞不前，人造纤维素纤维（MMCF）成为填补"纤维素缺口"的关键。然而，当前MMCF生产主要依赖木材溶解浆，其生长周期长且受森林资源限制。更严峻的是，主流黏胶法工艺需使用有毒CS₂并产生大量废水，而莱赛尔法虽环保却对原料纯度要求极高。面对这一困境，科学家将目光投向生长迅速的农作物残余物，如麦秆、稻秆等。这些农业废弃物纤维素含量丰富，但因其高灰分（特别是二氧化硅）特性，在传统纺丝过程中易导致过滤困难和纺丝不稳定。

德国纺织与纤维研究所团队在《Journal of Ionic Liquids》发表的研究，开创性地将麦秆浆应用于离子液体纺丝技术。研究人员采用丙酮基有机溶剂分馏法（FABIOLA?工艺）制备漂白和未漂白麦秆浆，通过电子束辐照调控聚合度（DP），以新型离子液体[C₂C₁im][Oc]为溶剂开展干喷湿纺试验。该研究首次系统验证了麦秆浆在HighPerCell?技术中的适用性，为农业废弃物资源化利用开辟了新途径。

关键技术方法包括：采用有机溶剂分馏法制备麦秆浆，通过电子束辐照调控纤维素聚合度；利用流变学分析确定纺丝工艺参数；建立多孔喷丝板干喷湿纺系统，结合在线洗涤和热处理工序；通过扫描电镜、广角X射线散射、双折射测量等技术表征纤维结构与性能。

3.1. 浆料成分

通过R-18值测定发现麦秆浆纤维素纯度达94-95%，高于硬木浆的90%。电子束辐照将聚合度从1160-1320降至410-650，使纺丝溶液零剪切粘度处于1000-10000 Pa·s的理想范围。ICP-OES分析显示漂白处理使灰分含量降低77%至0.11%，金属离子含量均低于工艺耐受阈值。

3.2. 流变学与纤维纺丝

流变学研究表明，12%纤维素/[C₂C₁im][Oc]纺丝液呈现剪切稀化特性，交叉点频率（ω_S）随温度降低而减小。在65-75°C纺丝温度下，最大拉伸比达11-27，纺丝过程无堵塞现象。研究发现 coagulation bath中离子液体浓度可达20%，显著降低溶剂回收能耗。

3.2.1. 长丝表征

SEM显示所有纤维表面光滑、截面圆形，无皮芯结构缺陷。纺织品级长丝（拉伸比4）断裂伸长率8-10%，强度18-33 cN/tex；工业级长丝（拉伸比11-12）强度达27-40 cN/tex，模量1777-2225 cN/tex。双折射测量表明总取向度（f_t）与湿态原纤化指数（fb_i）呈正相关，纺织品级长丝fb_i为2（低原纤化），工业级达4-5。WAXS分析显示结晶度指数（C.I.）为60-78%，优选取向度（P.O.[002]）达85-92%。

研究结论证实，HighPerCell?技术可通过工艺参数调控灵活制备不同应用场景的纤维素长丝。麦秆浆长丝虽力学性能略低于硬木浆，但其低原纤化特性更适合纺织品应用。该技术实现了离子液体99.9%的回收率，且纺丝液在16天内性能稳定，展现出良好的工业化潜力。这项研究为构建基于当地农业废弃物的"即插即用"式纺织原料供应链提供了技术支撑，对推动纺织业向循环经济转型具有重要意义。