毋庸置疑，粘膠纖維的誕生與發(fā)展在世界化纖行業(yè)的發(fā)展歷程中功不可沒，但是，其工藝弊端也顯而易見。尤其是在全球大力倡導綠色、節(jié)能、環(huán)保的當下，粘膠纖維由于在生產(chǎn)過程中釋放大量的有毒、有害氣體CS2和H2S，會造成空氣、河流、土壤的污染，發(fā)展境況舉步維艱。因此，如何治愈用傳統(tǒng)“粘膠法”工藝生產(chǎn)粘膠纖維所帶來的高污染“頑疾”，已成為化纖行業(yè)的全球性課題。
現(xiàn)狀 高污染已成粘膠纖維最大痛楚
粘膠纖維是以天然纖維素為基本原料，經(jīng)堿化、黃化后轉(zhuǎn)化為纖維素黃原酸酯溶液，再紡絲而成的再生纖維素纖維。其當前的生產(chǎn)工藝，是傳統(tǒng)的“粘膠法”。
20世紀60年代，粘膠纖維的發(fā)展達到高峰，其產(chǎn)量約占化學纖維總產(chǎn)量的80%。然而，由于生產(chǎn)工藝過程冗長、設備復雜、投資大、“三廢”污染嚴重等原因，加之合成纖維的迅速發(fā)展，自上世紀70年代開始，世界上多數(shù)國家已不再將粘膠纖維作為重點發(fā)展對象，陸續(xù)關閉粘膠纖維生產(chǎn)廠，退出粘膠纖維行業(yè)。
這些退出的粘膠產(chǎn)能大量轉(zhuǎn)入中國，加之這些年來纖維素膜、纖維和無紡布等用途廣泛，行業(yè)利潤較高，國內(nèi)粘膠纖維產(chǎn)品產(chǎn)量及產(chǎn)能快速增長。
2000年~2008年，我國粘膠短纖產(chǎn)量由43萬噸增至146.8萬噸，增幅為241.4%。2011年，我國粘膠短纖產(chǎn)量繼續(xù)猛增至206.9萬噸，約占全球總產(chǎn)量的60%。2001年~2011年，我國粘膠纖維產(chǎn)量年均增長率為13%。2012年我國粘膠纖維產(chǎn)量達到240萬噸，2013年超過280萬噸，2014年達到300萬噸。但是，產(chǎn)量快速增長的同時，卻始終有一個繞不過去的“痛楚”，那就是環(huán)境污染。“粘膠法”生產(chǎn)中使用占產(chǎn)品總量約30%~35%的二硫化碳（CS2），伴隨著粘膠纖維的生產(chǎn)過程會釋放大量的有毒、有害氣體CS2和H2S。
專家介紹，粘膠纖維采用漿粕與CS2反應生成能溶于堿溶液的纖維素衍生物——纖維素黃原酸酯，整個過程中，CS2一直存在。由于CS2有劇毒性，造成整個工藝必須完全封閉，但生產(chǎn)中不可能所有設備完全封閉，因此CS2泄露的危險如影隨形。另外，其最終的產(chǎn)品還必須進行脫硫處理。在其生產(chǎn)過程中，原液黃化排風、紡絲機內(nèi)排風、精煉-水洗排風、酸浴脫氣尾氣、酸站排風、CS2直冷回收系統(tǒng)尾氣等工序節(jié)點中的廢氣濃度較高。這些不但惡化了粘膠工廠的生產(chǎn)作業(yè)條件，而且對周圍的大氣環(huán)境造成了嚴重污染。
采訪中，多位專家都無奈地談道，粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)里的氣味兒都比較大。有些專家甚至開玩笑地說，一個城市如果有幾家粘膠廠，那這個城市上空的空氣幾乎都特別有“味道”。尤其是老粘膠人張建東，談起粘膠纖維工藝的落后之處有太多感觸。
自1970年開始至2013年，張建東已在粘膠纖維廠工作了43年。他是中國第一家化纖廠——丹東化纖的總工程師。幾乎干了一輩子粘膠，這在帶給他榮耀的同時，卻也給他留下了難言的傷痛。2013年，張建東拒絕了原企業(yè)的挽留，毅然離開。那時，他對粘膠已不止是心理上的抵觸，還有身體的不適。他有些無奈地說道：“我的嗓子現(xiàn)在不太好，這就是長期在粘膠廠工作落下的?！?/P>
粘膠纖維的污染還不止于此。它在生產(chǎn)過程中生成的硫及硫化物隨著廢水排入江河，對水體和土壤也會造成一定的污染。專家介紹，粘膠纖維的生產(chǎn)廢水主要包括酸性和堿性廢水兩大類，排放總量約為短纖維100 立方米/噸，長纖維300 立方米/噸。其生產(chǎn)中排放的廢水中的特征污染物為硫酸及其鹽、硫及硫化物、鋅鹽和COD等。其中，硫酸、硫化物(主要是H2S、CS2等)和鋅鹽污染主要來自粘膠成形工段及酸站廢水，且鋅鹽主要以硫酸鋅和纖維素磺酸鋅的形式存在。因此，所有廢水必須經(jīng)過處理后排放。
如此大的污染，正是發(fā)達國家逐步退出粘膠纖維產(chǎn)業(yè)的重要原因。而目前，我國幾十家粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)已成為企業(yè)所在地的污染大戶。尤其是近年來，沿海地區(qū)及大城市的粘膠工廠正在向中、西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，污染也隨之轉(zhuǎn)移到內(nèi)地。而面對越來越嚴厲的環(huán)保要求，各地政府開始對這些污染大戶亮出“警示牌”，這些企業(yè)的生存已是舉步維艱。近期，保定市為治理大氣污染宣布將對天鵝化纖實施關停搬遷便是實例。
對此，中國工程院院士蔣士成指出，當今世界，充分利用可再生資源，走環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展之路已成為全球科學技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢。依賴于化石資源的合成高分子材料產(chǎn)業(yè)面臨資源枯竭和環(huán)境污染兩大問題，基于可再生資源及環(huán)境友好的新材料的研究與開發(fā)已刻不容緩。
具體到粘膠纖維行業(yè)，一方面，市場對纖維素纖維仍有旺盛的需求，但另一面，其主要生產(chǎn)方法——“粘膠法”在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的嚴重污染以及對人體健康的損害已經(jīng)嚴重危及了該法的生存。面對這一日益凸顯的矛盾，開發(fā)無污染的纖維素新溶劑以及新的加工方法就成為再生纖維素纖維發(fā)展的關鍵。
突破 綠色環(huán)保氨基甲酸酯法新工藝誕生
“氨基甲酸酯法纖維素纖維濕紡長絲生產(chǎn)新工藝及裝備研發(fā)”正是在以上大背景下開展的。
4月底，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會宣布，由湖北天思科技股份有限公司和武漢大學共同承擔的“氨基甲酸酯法纖維素纖維濕紡長絲生產(chǎn)新工藝及裝備研發(fā)”通過鑒定。鑒定組認為：項目整體技術達到國際先進水平，其中，纖維素活化與低溫溶解工藝達到國際領先水平。
該工藝的最大亮點之一，便是綠色環(huán)保。
從工藝上看，該項目的新型纖維素纖維與粘膠纖維存在較大區(qū)別，它采用漿粕與尿素反應，生成能溶于溶劑的纖維素衍生物——纖維素氨基甲酸酯。整個過程中，只有活化纖維素氨基甲酸酯過程有少量氨氣產(chǎn)生，氨氣采用稀硫酸吸收，制成氨水或氮肥，其余過程無任何有毒廢氣排放。記者在該項目的紡絲車間實地采訪時也發(fā)現(xiàn)，整個車間幾乎沒有氣味。
在廢水廢氣方面，其廢水中的特征污染物為硫酸鹽、鋅鹽和COD，特征污染物PH值為6~9，懸浮物SS濃度低于70 mg/L，BOD5濃度低于20 mg/L，COD濃度低于100 mg/L，總鋅濃度低于2.0 mg/L，全部達到國家一級排放標準。
而且，其生產(chǎn)原料也是綠色的，它以天然材料如棉短絨、木材、竹漿等為原料，不需要消耗石油等能源。
湖北天思科技股份有限公司總經(jīng)理王云波介紹，與粘膠纖維生產(chǎn)相比，公司項目的纖維素纖維生產(chǎn)所排放的廢水，一是其污染物種類明顯減少，二是其污染物濃度顯著降低，三是其廢水排放量大大減少。所以，其通過污水排放的污染物總量比粘膠纖維生產(chǎn)要少得多。
一個細節(jié)是，原本打算退隱化纖“江湖”的張建東，如今成為湖北天思的技術顧問。王云波至今回想起當時邀請張建東的情形仍很感慨：“當時我去請他，老爺子的第一句話便是，粘膠纖維我不干。我就開玩笑地說，您去看一看，真不是粘膠，但能干死粘膠?！贝撕?，經(jīng)現(xiàn)場查看，紡絲車間沒有味道這一點首先征服了張建東。同時，張建東以一個老粘膠人的敏銳性做出判斷，“項目能成，前景廣闊”，最后欣然答應。
其他業(yè)內(nèi)資深專家也看好該項目。在對項目做了充分了解后，北京三聯(lián)虹普新合纖技術服務股份有限公司總工程師汪樂江指出：“該工藝與粘膠生產(chǎn)工藝最大的區(qū)別在于，粘膠漿液的放置時間不能超過48小時，否則就不能再紡絲；超過72小時要全部扔掉。但是，新研發(fā)的工藝技術可以實現(xiàn)常溫紡絲，這是革命性的突破?！?/P>
從工藝流程結構方面看，新型纖維素纖維工藝流程比傳統(tǒng)粘膠纖維流程短，削減了老成、熟成、酸洗、脫硫等環(huán)節(jié)。其工藝簡潔，能耗小，經(jīng)濟效益高。
由于生產(chǎn)工藝簡潔、環(huán)保，產(chǎn)品價格優(yōu)勢明顯，專家預計，其市場空間很大。
據(jù)測算，按照生產(chǎn)纖維素長絲產(chǎn)品（120D)計算，每噸可變成本約1.8萬元，不變成本約1萬元，售價約3.5萬元/噸，利潤約0.7萬元/噸。這種纖維素長絲產(chǎn)品可以完全取代傳統(tǒng)的粘膠法纖維素長絲。
在下游服用性方面，粘膠纖維可與其他纖維混紡，適宜于內(nèi)衣、外衣和各種裝飾用品。尤其是長絲織物的質(zhì)地輕薄，適用于衣料、裝飾織物等。該項目新型纖維素纖維與粘膠纖維的原料相同，生產(chǎn)過程類似，同樣可以生產(chǎn)短纖、長絲、玻璃紙、碳纖維。
而且，相比粘膠纖維，該纖維截面為圓形，用此纖維織造的面料更爽滑，懸垂感更好，更挺括，顏色更加鮮艷。同時，由于它完全不含硫，還可以用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品包裝材料、煙用絲束領域等。
對策 可過程替代“粘膠法”促其涅槃重生
能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)當然意義重大，但若從現(xiàn)實角度看，“氨基甲酸酯法纖維素纖維濕紡長絲生產(chǎn)新工藝”最經(jīng)濟實惠之處，還在于它的工藝流程與“粘膠法”十分相似，能夠最大限度地利用粘膠企業(yè)原有的生產(chǎn)設備、產(chǎn)業(yè)工人等進行“無縫對接”，實行過程替代，這點尤其難能可貴。
業(yè)內(nèi)人士都深知，在粘膠纖維的轉(zhuǎn)型升級過程中，要重建一個新廠與在老廠的基礎上逐漸進行改造，完全不是一個概念。一位專家介紹道，粘膠纖維廠的升級改造中，如果采取新建廠的思路，讓一家新企業(yè)從無到有，除了要投入數(shù)額不菲的資金，大量老工人的安置、新技工的培養(yǎng)，都需要花費相當大的力氣。
而新工藝的生產(chǎn)流程與傳統(tǒng)的粘膠纖維生產(chǎn)工藝有許多相近或相似之處，經(jīng)過簡單的技術改造，便能最大限度利用原有的粘膠設備進行生產(chǎn)，比較容易嫁接到現(xiàn)存的粘膠纖維生產(chǎn)線上，從而使老粘膠企業(yè)逐步突破污染瓶頸，涅槃重生。
據(jù)介紹，新工藝的設備70%可利用原有的粘膠裝備進行改造，從而大大節(jié)約設備投資。
對于這種可基于粘膠廠基礎進行過程替代的意義，專家給予了高度肯定。多位專家表示，粘膠產(chǎn)業(yè)是整個紡織產(chǎn)業(yè)鏈條的中間一部分，粘膠的生死存亡事關整個產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。在越來越嚴厲的環(huán)保要求下，粘膠產(chǎn)業(yè)如何盡快實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級非常關鍵。
而如果運用該工藝對“粘膠法”進行過程替代，就能保證上下游不斷鏈，產(chǎn)能不改變并能逐步提升，原有的員工和設備都能正常維持?！斑@有利于整條紡織產(chǎn)業(yè)鏈的健康運行。它也不只是300多萬噸的粘膠產(chǎn)能那么簡單的事，而是事關1000萬~2000萬名粘膠產(chǎn)業(yè)工人、幾十家粘膠廠和所有粘膠生產(chǎn)設備的安置問題?！币晃粚＜艺劦馈?/P>
事實上，為污染問題苦惱不已的保定恒天天鵝的代表當天也來到了湖北天思項目鑒定會現(xiàn)場。
恒天天鵝技術中心負責人田文智感慨道：“目前的恒天天鵝正處于轉(zhuǎn)型升級的關鍵節(jié)點。而天思項目是基于粘膠纖維企業(yè)特性設計的項目，就像是給粘膠企業(yè)量身定制的一樣。該工藝前道的活化和冰凍、常溫溶解是粘膠廠的短板，在‘嫁接’過程中，粘膠企業(yè)可以利用后道的技術優(yōu)勢把漿液的溶解進行完善。希望可以借助天思的工藝技術平臺，把技術嫁接到恒天天鵝去。”
多位專家也對該技術與傳統(tǒng)粘膠廠的嫁接表示看好。汪樂江表示，該技術可以逐步替代粘膠，沒有二硫化碳等有害物質(zhì)，這個意義很大。如果能與保定天鵝合作，打開突破口，那該項技術在國際市場的推廣將會大大提速。
北京賽歐蘭阻燃纖維有限公司副總經(jīng)理冉國慶表示，該項目接下來可以改造國內(nèi)那些環(huán)保不達標的粘膠廠，這樣，既能實現(xiàn)項目自身的技術輸出，又能使老粘膠企業(yè)“浴火重生”，這對于整個化纖行業(yè)的意義都很大。
中國工程院院士蔣士成、東華大學教授王華平則表示，氨基甲酸酯法纖維素纖維濕紡長絲生產(chǎn)新工藝實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，無論是對于粘膠纖維企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，還是對于我國紡織工業(yè)上下游整條產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展，都意義重大。
當然，任何一項新技術、新工藝的問世，都或多或少地存在不完善之處，都還需要在產(chǎn)業(yè)化的過程中逐步完善。另據(jù)了解，湖北天思目前已建成30噸/年的中試生產(chǎn)線工藝及裝備，運行穩(wěn)定、安全可靠，滿足了纖維素纖維的連續(xù)化生產(chǎn)要求。接下來，它正在推進5000噸/年的產(chǎn)業(yè)化工程設計。
纖維素氨基甲酸酯纖維，你知道多少？
纖維素氨基甲酸酯纖維是指以纖維素氨基甲酸酯為原料，用新工藝生產(chǎn)的纖維素纖維。纖維素氨基甲酸酯纖維紡絲工藝的基本原理，是將尿素與預處理過的纖維素在惰性有機溶劑或尿素溶液中生成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物纖維素氨基甲酸酯。
20世紀80年代，芬蘭Neate公司開發(fā)了生產(chǎn)纖維素氨基甲酸酯的工藝，并與Kemira公司合作開發(fā)了由纖維素氨基甲酸酯紡制短纖維的工藝，名為Cellca。但是，Neste公司在研究中發(fā)現(xiàn)，這種生產(chǎn)工藝并不完善，而且由于以液氨作為浸潤劑，生產(chǎn)過程能耗大、生產(chǎn)成本較高，80年代末便放棄了對這一工藝的研究。
近年來，許多國外公司和科研機構重新致力于纖維素氨基甲酸酯合成和加工方法的研發(fā)，如開發(fā)新的纖維素氨基甲酸酯合成方法、纖維素氨基甲酸酯纖維制品及其應用、以及纖維素氨基甲酸酯成膜及其膜制品的生產(chǎn)工藝，這都有助于推動纖維素氨基甲酸酯的工業(yè)化進程。
目前，國外有多家研究機構在研究纖維素氨基甲酸酯，主要有波蘭羅茲化纖研究所、德國Zimmer公司。我國對纖維素氨基甲酸酯生產(chǎn)工藝的研究尚處于起步階段，研究機構包括天津工業(yè)大學、東華大學、安徽大學等。
