东华大学纤维材料改性国家重点实验室张耀鹏教授、姚响副教授团队以废旧含棉织物为原料，基于制浆工艺调控和浆粕复配制备了一系列平均聚合度相当、分子量分布不同的废旧棉再生浆粕。系统考察了再生浆粕的分子量分布对其Lyocell纺丝稳定性及纤维强度和模量的影响。综合研究证实适当增宽浆粕的分子量分布有利于降低纺丝液的黏度但不会显著影响纤维的综合力学性能。然而，过宽的分子量分布则不利于浆粕的稳定纺丝及所得纤维综合力学性能的维持。对于聚合度偏高的浆粕，可通过调控浆粕分子量分布纺制Lyocell纤维。相关研究有望为扩大废旧棉再生浆粕的利用范围提供理论和实验依据，进而加快废旧含棉织物的高值化绿色循环利用进程。

图1 废旧棉再生浆粕分子量分布对其Lyocell纺丝及纤维力学性能的影响示意图

     我国在全球纺织纤维领域的产业规模占据领先地位，所产生的废旧纺织品数量庞大，目前的年产量已超过2500万吨。废旧纺织品的有效再利用对降碳减污和节约资源均具有重要作用，是建立健全绿色低碳经济体系的重要组成部分。目前，我国废旧纺织品的处理仍以填埋、焚烧或简单的物理回收利用为主，且回收再利用率不足25%。焚烧和填埋等处理方法会带来明显环境污染，简单的物理回收经济效益较低。从废旧含棉织物中分离棉组分制备废旧棉再生浆粕，进一步开展Lyocell纺丝利用进而获得附加值较高的Lyocell纤维是一种极具应用前景的绿色高值化回收利用策略。目前，此类回收利用策略中还存在诸多基本科学问题亟待阐释。为有效拓宽废旧含棉织物与废旧棉再生浆粕的利用范围，基于聚合度调控的浆粕复配纺丝是一种极具前景的纺丝利用策略。然而，此种复配方案同样也会带来浆粕分子量分布的显著改变。为对相关复配纺丝策略进行高效指导，除浆粕聚合度外(姚响，张耀鹏等. 废旧棉再生浆粕聚合度对其Lyocell纺丝及纤维力学性能的影响, 高分子学报, 2023, 54:1762-1771)，研究再生浆粕的分子量分布对纺丝稳定性和纺制纤维力学特征等关键性能的影响规律也是很有必要的。

本研究通过碱法蒸煮、去金属离子和漂白等工艺处理后首先制备了多种DP在292~1492范围内的废旧棉再生浆粕。进一步复配获得了平均聚合度相当(≈588)、分子量分布不同的5种废旧棉再生浆粕CRP1#~CRP5#(模型浆粕)。基于GPC法测得的CRP1#~CRP5#的分子量分布依次为3.54、3.94、4.00、4.10、5.34。

5种平均聚合度相当、分子量分布不同的模型浆粕纺丝液的稳态流变实验结果(图2)表明：分子量分布越宽的再生浆粕也大体呈现出更低的表观黏度。动态流变结果表明(图3)：模型浆粕纺丝液在黏弹性转变前呈现黏性行为，黏性区的黏度随着分子量分布的变宽而降低(与稳态流变测试结果一致)。此外，随着分子量分布的加宽，纺丝液黏弹性转变点对应的模量逐渐变小。对于聚合度偏高的废旧棉浆粕，可通过浆粕复配提升较其可纺性。而当浆粕平均聚合度相对较低时，增宽其分子量分布将导致纺丝液粘度进一步降低而可能不利于浆粕的顺利纺丝。

图2 不同分子量分布废旧棉再生浆粕纺丝液的lg𝛾̇-lgηa曲线

图3 不同分子量分布废旧棉再生浆粕纺丝液的lgω-lgG' 和lgω-lgG''曲线

本研究进一步系统探索了废旧棉再生浆粕分子量分布(PDI 3.54 ~ PDI 5.34)对其Lyocell纺丝可纺性及纤维力学性能的影响。研究结果表明：再生浆粕 CRP 1#~4#(PDI 依次为3.54、3.94、4.00和4.10)的纺丝稳定性较好。再生浆粕 CRP 5#(PDI 5.335)的纺丝中偶尔会出现断丝现象，连续稳定性相对较差；CRP 1#~5#所对应Lyocell纤维的表观形貌如图4所示，相关纤维的外观形貌没有显著差异，表面光滑、无明显疵点；随着再生浆粕分子量分布的变宽，CRP1#~3#对应纤维的断裂强度(4.14~4.23 cN/dtex)和模量(122.89~128.59 cN/dtex)并没有显著变化，纤维的综合力学性能可较好地维持。当再生浆粕的PDI达到4.10后(CRP 4#)，所对应纤维的综合力学性能发生较为明显的下降(图5)。综合来看，在一定范围内适当增宽浆粕的分子量分布有利于降低纺丝液的黏度，但不会显著影响纤维的综合力学性能。然而，过宽的分子量分布将不利于浆粕的纺丝及所得纤维综合性能的维持。相关研究有望为扩大废旧棉再生浆粕的利用范围提供理论和实验依据，进而加快废旧含棉织物的高值化绿色循环利用进程。

图4 不同分子量分布废旧棉再生浆粕所制备Lyocell纤维的扫描电镜图

图5 不同分子量分布废旧棉再生浆粕所制备Lyocell纤维的力学性能

    上述研究成果以题为“废旧棉再生浆粕分子量分布对其Lyocell纺丝及纤维力学性能的影响”将在《高分子学报》2025年印刷出版，论文第一作者为东华大学材料科学与工程学院姚响副教授，通讯作者为东华大学材料科学与工程学院张耀鹏教授。