醋酸纖維的制備工藝、結(jié)構(gòu)性能及發(fā)展趨勢

醋酸纖維的制備工藝、結(jié)構(gòu)性能及發(fā)展前景天津工業(yè)大學紡科1201游兵1210110115摘要：介紹了醋酸纖維的制備工藝、結(jié)構(gòu)、性能以及研究未來的發(fā)展趨勢，并對醋酸纖維的國內(nèi)外生產(chǎn)情況和市場需求，應(yīng)用前景做了詳細分析。關(guān)鍵詞：醋酸纖維、制備工藝、結(jié)構(gòu)性能、發(fā)展趨勢概述醋酸纖維，化工產(chǎn)品，英文名celluloseacetate，簡稱CA。又稱醋酸纖維素、乙酸纖維或乙酸纖維素纖維。醋酸纖維分為二醋酯纖維和三醋酯纖維，是人造纖維的一種。是用纖維素為原料，經(jīng)化學成法轉(zhuǎn)化成醋酸纖維素酯制成的化學纖維。首次制備于1865年，是纖維素的乙酸酯。纖維素以醋酸或醋酐在催化劑作用下進行酯化，而得到的一種熱塑性樹脂，纖維素分子中羥基用醋酸酯化后得到的一種化學改性的天然高聚物。其性能取決于乙?；潭?。醋酸纖維的制備工藝1.工藝分類醋酸纖維生產(chǎn)有干法紡絲、二步濕法和一步濕法三種紡絲工藝路線,因濕法紡絲缺點較多,目前國外主要醋酸纖維生產(chǎn)企業(yè)都采用干法紡絲。2.主要流程活化后的纖維素進人硫酸、醋酸配組成的乙?；瘎┲羞M行乙?；?在對乙酞化后的三醋酸纖維素部分皂化,以改善纖維素在丙酮溶液中的溶解性,同時使纖維素分子量有一定程度的下降,經(jīng)皂化后的混合液,加人一定量的沉淀劑使二醋酸纖維素酯沉淀,再蒸去溶劑使二醋酸纖維素酯析出,經(jīng)洗滌去除殘留的醋酸,再經(jīng)穩(wěn)定化處理除去殘留的硫酸,最后經(jīng)壓榨、干燥、粉碎制得二醋酸纖維素酯3.紡絲及后處理紡絲原液通過每個紡絲位的計量泵、燭型濾器、調(diào)溫器,從噴絲帽中噴出,借助紡絲甫道中的熱空氣加熱,使原液中的丙酮蒸發(fā)出來,其自身則固化成形。固化的絲條由紡絲甫道的底部出來,經(jīng)集束后卷繞在絲筒上,經(jīng)加捻后處理得到成品醋醋長絲。經(jīng)集束后投人對流的水中,再經(jīng)切斷、皂洗、壓榨、干燥,即得到醋醋短絲。醋酸纖維的結(jié)構(gòu)性能與用途1．醋酸纖維素的結(jié)構(gòu)1.1醋酸纖維素分子式：(C6H7O2)(OOCCH3)3n式中x=1.8(醋酸含量為46%)為一醋酸纖維素式中x=2.4(醋酸含量為54.8%)為二醋酸纖維素式中x=3.0(醋酸含量為62.5%)為三醋酸纖維素1.2醋酸纖維的縱向和截面形態(tài)1.2.1縱向纖維表面形態(tài)光滑,較為均一,有明顯的溝槽;由其截面形態(tài)可看出,纖維無皮芯結(jié)構(gòu),呈苜蓿葉形,周邊較為光滑,少有淺的鋸齒。1.2.2在醋酸纖維的分子結(jié)構(gòu)中，纖維素葡萄糖環(huán)上的羥基被乙?；〈?，形成酯鍵，二醋酸纖維的酯化程度由于水解作用而低于三醋酸纖維。二醋酸纖維的超分子結(jié)構(gòu)中無定形區(qū)較大，而三醋酸纖維具有一定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而且纖維大分子的對稱性、規(guī)整性、結(jié)晶度均比二醋酸纖維高。1.2.3醋酸纖維有長絲和短纖維，又有有光和無光（TiO2消光）之分。1.2.4正是醋酸纖維素的這一種天然的柔和的光澤，它能完美的吸收各種色彩，賦予織物華美品質(zhì)，從而使織物獲得不同的效果：閃光、粗糙、明亮、凹凸等等。2．醋酸纖維的性能2.1化學性能2.1.1耐堿性弱堿性堿劑對醋酸纖維基本上未造成損傷,纖維失重率很小。遇到強堿后，尤其是二醋酸纖維，容易發(fā)生脫乙酰化，造成重量損失，強力和模量也隨之下降。因此，處理醋酸纖維的溶液，其pH值不宜超過7.0。在標準洗滌條件下，具有很強的抗氯漂白性能，還可用四氯乙烯進行干洗。2.1.2耐有機溶劑性能醋酸纖維在丙酮、DMF、冰醋酸中完全溶解,而在乙醇和四氯乙烯中則不溶解.根據(jù)這些特性,可以將丙酮作為醋酸纖維的紡絲溶劑,用四氯乙烯對醋纖織物進行干洗等。2.1.3耐酸性醋酸纖維的耐酸穩(wěn)定性較好，常見的硫酸、鹽酸、硝酸在一定濃度的范圍內(nèi)對纖維的強力、光澤和伸長等都不會造成影響；但是可以溶解于濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸2.1.4染色性醋酸纖維雖然來源于纖維素，但是在酯化過程中，纖維素葡萄糖環(huán)上的極性羥基很大一部分被乙?；〈甚?，因此，纖維素纖維染色常用的染料對醋酸纖維幾乎就沒有親和力，難以上染。最適合醋酯纖維用的染料是低分子量且染色上染速率相近的分散染料。而實際上，第一支分散染料的誕生也是由于醋酸纖維染色的需要。用分散染料染出的醋酸纖維或織物色澤鮮艷亮麗，勻染效果好，染料吸盡率高，色牢度也高，而且色譜齊2.2物理性能2.2.1醋酸纖維既具有一定的吸水性，又具有吸水后快速脫去的性能。2.2.2醋酸纖維的熱穩(wěn)定性較好,纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在185℃左右,熔融終止溫度在310℃左右,升溫結(jié)束時,纖維的失重率為90.78%;醋酸纖維的斷裂強度為1.29cN/dtex,而應(yīng)變?yōu)?1.44%。2.2.3醋酸纖維的密度比粘膠纖維的要小，和滌綸的較為接近；強度是三種纖維中最低的。2.2.4醋酸纖維的彈性相對較好，類似于蠶絲、羊毛。2.2.5沸水收縮率較低，但是高溫處理會對纖維的強力和光澤等性能造成影響，因此溫度不宜超過85℃。3．醋酸纖維的用途醋酸纖維不易著火，可以用于制造紡織品、煙用濾嘴、片基、醫(yī)用口罩、塑料制品等。3.1煙卷過濾材料醋酸纖維做卷煙過濾嘴材料，彈性好、無毒、無味、熱穩(wěn)定性好、吸阻小、截濾效果顯著、能選擇性地吸附卷煙中的有害成分，同時又保留了一定的煙堿而不失香煙口味，自從1953年投入市場以來，深受歡迎，市場前景較好，而我國目前醋酸纖維絲束仍有相當數(shù)量的進口，缺口約2美元/噸左右，進口價格約每噸3830美元/噸左右。3.2醫(yī)療衛(wèi)生用品醋酸短纖制成的無紡布可以用于外科手術(shù)包扎，與傷口不粘連，是高級醫(yī)療衛(wèi)生材料。醋酸短纖還可以與棉或合纖混紡，制成各種性能優(yōu)良的織物。3.3服裝醋酸長絲在化學纖維中最酷似真絲，光澤優(yōu)雅、染色鮮艷、染色牢度強，手感柔軟滑爽、質(zhì)地輕，回潮率低、彈性好、不易起皺，具有良好的懸垂性、熱塑性、尺寸穩(wěn)定性，可以廣泛地用來做服裝里子料、閑暇裝、睡衣、內(nèi)衣等，還可以與維綸、滌綸、錦綸長絲及真絲等復(fù)合制成復(fù)合絲，織造各種男女時裝、男女禮服、高檔運動服及西服面料，還可以開發(fā)緞類織物和編織物、裝飾用綢緞、繡制品底料、軋紋綢、色織綢、醋絲氨包紗等。目前在美國、英國、日本、意大利、墨西哥、韓國、俄羅斯、巴基斯坦等國家和地區(qū)受到消費者的青睞，特別是在美國市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的情況，而我國每年的需求量約1萬噸以上，由于進口價格昂貴，約4600美元/噸，目前只有少量進口，每年約進口2000噸左右，不少紡織廠多用代替品來解決醋酸纖維的不足問題，因此紡織用醋酸纖維的市場前景十分看好。醋酸纖維的發(fā)展前景1．市場前景根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2009年，國內(nèi)進口未塑化醋酸纖維素約0．79萬t，進口長絲絲束共9．6萬t。我國醋纖工業(yè)起步較晚，醋酸纖維素技術(shù)由國外幾家大的公司壟斷。上世紀90年代起，中國煙草總公司和塞拉尼斯合資，在南通、昆明、珠海建設(shè)三套醋酸纖維裝置。隨后又成立的有兩安惠大化學工業(yè)有限公司和寧波大安化學工業(yè)有限公司。以上5家公司專為國內(nèi)煙草行業(yè)提供原料，經(jīng)過多次擴建，目前擁有總生產(chǎn)能力為15．2萬t的煙用絲束裝置和15萬t的二醋片裝置，但仍不能完全滿足國內(nèi)需要。按中國煙草總公司規(guī)劃，中國到2010年卷煙產(chǎn)量預(yù)計達到4000萬箱，需要煙片，絲束24萬t左右。但由于吸煙對健康的危害，國家對香煙生產(chǎn)采取限產(chǎn)、提高檔次的政策，今后幾年我國卷煙的生產(chǎn)將維持在3400萬一3500萬箱左右，每年需要煙用絲束21萬1左右。目前，國內(nèi)紡織用醋酸長絲完全依賴進口，2003年我國消耗醋酸長絲約6000t，耗用3000萬美元，同時進口醋酸長絲織物耗用人民幣超過10億元。作為服裝生產(chǎn)和出口大國，我國每年出口服裝約125億一130億件。如在l％的出口服裝中使用醋酯長絲面料和哩襯，其耗用量在4萬～5萬t，是一個可觀的潛在市場。2.應(yīng)用前景2．1醋酸面料開發(fā)應(yīng)用醋酯纖維染色性能好，織物色彩鮮艷，外觀明亮，性質(zhì)柔滑、舒適，但強度較低，開發(fā)醋酯面料需“揚長避短”。醋酯長絲廣泛應(yīng)用在衣服，家具陳設(shè)以及裝飾織物。醋酯長絲可應(yīng)用于服裝的里料、衫裙、運動衣服、新娘禮服以及童裝衣飾、T恤衫。服裝的里料、衫裙、運動衣服、新娘禮服以及童裝衣飾、T恤衫用的機織或針織布料可采用100%醋酸長絲，或可與醋酸長絲混紡的如人造絲、彈性纖維、錦綸、棉、或麻、羊毛、蠶絲滌綸等。絨織物，裝飾用綢，高檔里子綢，軋紋綢，時裝面料，高檔針織T恤衫面料等。機織家具陳設(shè)織物一般采用醋酸長絲為經(jīng)，棉紗或人造絲為緯的織物。裝飾用織物多為緞，緞綢也可用于絲帶人造花及領(lǐng)帶。2．2醋酸纖維素作為生物降解材料CA作為材料的應(yīng)用主要是用在分離膜材料上，而作為生物降解塑料的研究報道較少。日本大賽璐化學工業(yè)公司最近研制出可生物降解的醋酸纖維系列塑料，該產(chǎn)品添加由鈦氧化物組成的光降解促進劑、生物降解促進劑和增塑劑，其中的生物降解促進劑至少包含一種化合物，如磷的含氧酸鹽、含氧酸酯及其鹽類，以及碳酸及其鹽類。生物降解促進劑的總量占醋酸纖維素重量的0.01～10％。增塑劑采用食品添加劑，因而具有優(yōu)良的生物降解性能。該產(chǎn)品能在薄膜、板材、注模成型、發(fā)泡制品、無紡布等方面應(yīng)用，在工業(yè)上有良好的發(fā)展前景。參考文獻：[1]陶美玲．新型合成纖維醋酸纖維的生產(chǎn)和應(yīng)用[J]．四川化工，2006，(1)：28—30．[2]馬孝田．醋酸纖維的制造[J]．廣東化纖，1994，(2)：27—34．[3]岑美柱，孫友德．高溫法二醋片紡絲中試I——高溫法二醋片可紡性與內(nèi)在綜合質(zhì)量[J]．人造纖維，1997，(5)：10—15．[4]岑美枉．高溫法二醋片紡絲中試Ⅱ——二醋片高純度紡絲原液的制備[J]．人造纖維，1998，(1)：l一4．[5]閻立峰，李婉，劉紹陽，等．固體超強酸SO；一／Fe203催化綠色合成醋酸纖維素[J]．中國科學技術(shù)大學學報，2006，36(4)：422—425．[6]梅潔，陳家楠，歐義芳．氣一固相反應(yīng)制備醋酸纖維素[J]．纖維素科學與技術(shù)，2001，9(1)：45—49．[7]馬曉龍，沈琳，楊占平，等．國產(chǎn)木漿合成煙用醋酸纖維素的研究[J]．合成纖維，2004，(5)：lO—12．[8]楊占平，曹建華，馬曉龍．采用竹漿柏為原料制成的醋酸纖維素及其制造方法和用途[P]．CN200510122933．9．2006．[9]張杰，馬曉龍，樂寶祥，等．以棉短絨漿粕為原料制成的醋酸纖維素及制造方法和用途[P]．CN2009l0030549．4．2009．[10]潘艷如，鄒君，曾勝．櫟木研制煙用二醋酸纖維[J]．廣西化纖通訊，1996．(2)：3一11．[11]漆小華．以按木為原料制備醋酸纖維的研究[C]．北京林業(yè)大學，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