Lyocell纤维生产工艺是将纤维素直接溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的水溶液中,并通过特殊的干湿法纺丝制备再生纤维素纤维的绿色工艺。该工艺具有生产流程简单、先进环保、产品性能好等特点,可望逐渐取代污染严重的传统纤维素纤维生产工艺即粘胶工艺。迄今为止,Lyocell纤维的生产主要以木浆粕为原料,由于木材受到土地资源、生长周期等因素的影响,远远不能满足Lyocell纤维生产的需求。而我国是世界产竹大国,竹子分布十分广泛,成材迅速,2-3年即可实现连续砍伐使用,符合可持续发展的要求,再加之竹子的主要成分也是纤维素,若能用竹子作为原料生产Lyocell纤维素纤维,不仅提供了一种较为廉价的原料,还为竹子的利用开辟了一条新的途径。此外,以竹子为原料生产的竹纤维素纤维除具有普通纤维素纤维的优点外,还可能被赋予竹子本身所具有的凉爽、顺滑、清香、抑菌以及负离子效应等特性。目前国内外主要采用粘胶工艺制备再生竹纤维素纤维,而有关以竹纤维素浆粕为原料,采用Lyocell工艺纺制竹纤维素纤维,至今尚无文献报道,因此,本论文将对这一领域进行探索性的研究。本论文首先采用铜氨粘度法、凝胶渗透色谱法(GPC)法及FTIR法等手段对几种竹浆粕的聚合度、相对分子质量分布、α-纤维素含量及其主要化学组分进行了分析,并与木浆粕进行了对比。结果表明:竹浆粕与木浆粕主要成分都为纤维素,但竹浆粕中含有较多的木质素以及少量的木浆粕中没有的物质。造纸级竹浆粕与纤维级竹浆粕相比,其聚合度较大,相对分子质量分布较宽,半纤维素含量较高。对这二种竹浆粕在NMMO·H2O溶剂体系中的溶解研究进一步表明,纤维级竹浆粕的溶解性能较好,相比之下,造纸级竹浆粕溶解较困难,因此,这类竹浆粕不宜直接作为纺丝用原料。本论文还采用哈克控制应力流变仪对不同聚合度的竹纤维素/NMMO·H2O溶液的动态及稳态流变性能进行了研究。结果发现,动态流变方法可以预测竹纤维素的相对分子质量及其分布;随着竹纤维素平均聚合度的增大,竹纤维素/NMMO·H2O溶液的流动曲线上移,出现切力变稀的临界剪切速率向低值方向移动,溶液的非牛顿指数n下降,粘流活化能Eη、结构粘度指数Δη和零切粘度η0增加;经一定条件碱处理的竹纤维素/NMMO·H2O溶液的流变性能受竹纤维素原料的聚合度、α-纤维素含量(或半纤维素含量)及杂质含量等因素的影响。在上述研究基础上,本论文选择出了合适的纤维级竹纤维素浆粕,采用Lyocell工艺纺制出了Lyocell竹纤维素纤维,并探讨了纺丝工艺对Lyocell竹纤维素纤维结构与性能的影响,结果发现:随着纺丝原液浓度的适当增加,纤维的力学性能改善;喷头拉伸比的提高,有利于Lyocell竹纤维素纤维的结晶度及取向度增加,相应地纤维的初始模量和断裂强度增大,而纤度和断裂伸长率下降;在固定喷丝拉伸比的情况下,随着纺丝速度的升高,Lyocell竹纤维素纤维的晶区取向基本不变、非晶区取向及结晶度增加,强度和初始模量增大、断裂伸长减小,而纤度几乎没有变化;随着凝固浴温度的上升,所得Lyocell竹纤维素纤维的结晶度、晶区取向度和初始模量上升,而纤维非晶区取向度、总取向度和强度则略有下降。另外,气隙长度对所制得的Lyocell竹纤维素纤维的力学性能也有一定的影响,在本论文研究范围内,较合适的气隙长度为5cm。与此同时,为了降低Lyocell竹纤维素纤维的制造成本,本论文还采用60Coγ射线对聚合度较高的造纸级竹浆粕进行辐照处理,以期获得可纺性好的Lyocell工艺用竹纤维素浆粕,并对辐照处理前后的竹纤维素的平均聚合度、相对分子质量分布及超分子结构进行了表征。结果表明,辐照处理对竹纤维素中的α-纤维素含量和相对分子质量及其分布均有影响:当辐照吸收剂量较小时,高能射线主要作用于高相对分子质量的竹纤维素,因此,竹纤维素的聚合度随吸收剂量的增加而迅速降低,但α-纤维素含量并无明显变化;当吸收剂量达到15kGy以上后,聚合度的下降趋势变缓,而α-纤维素含量逐渐降低;辐照处理后,高相对分子质量的竹纤维素分子数明显减少,相对分子质量分布变窄;此外,WAXD及FTIR的分析结果显示,辐照前后的竹纤维素的结晶变体都属于纤维素Ⅰ,且结晶度及晶粒尺寸也均无明显变化,表明在本研究的辐照吸收剂量范围内,经辐照的竹纤维素的结晶结构未被破坏。根据聚合度与吸收剂量之间的关系进一步推导出其G(s)值为0.94μmol·J-1,表明竹纤维素是一种比较容易辐照降解的聚合物,采用辐照方法处理竹纤维素是经济可行的。这种方法不仅解决了造纸级竹浆溶解困难、纺丝液浓度低的问题,而且使竹纤维素的可纺性明显改善,所制得的Lyocell竹纤维素纤维性能满足服用纤维的要求。通过对Lyocell竹纤维素纤维服用性能与常规Lyocell纤维及粘胶法竹纤维素纤维的对比研究,发现Lyocell竹纤维与常规Lyocell纤维一样,具有光滑的表面及接近圆形的截面,易发生原纤化,其结晶度、强度和模量均远高于粘胶法竹纤维素纤维,湿态下力学性能损失也较小。另外,Lyocell竹纤维素纤维不仅吸湿性、染色性和抗原纤化能力均优于常规Lyocell纤维,还具有明显的负离子效应及天然抑菌性。采用KES织物风格仪对纤维面料的测试结果进一步显示,Lyocell竹纤维素纤维面料的滑爽度、柔软性、抗拉伸及抗压缩性能都比常规Lyocell纤维织物好,表明其具有较好的服用性能。