黏胶纤维生产用原料.ppt

第二章 黏胶纤维生产用原料 项项 目规规 格每 吨 纤纤 维维 消 耗 量 普通短纤维纤维普通长丝长丝富强纤维纤维强力纤维纤维 浆浆粕/t 烧烧碱/t 二硫化碳/t 硫酸/t 硫酸锌锌/kg 水 10% 100% 100% 100% 1.021.06 0.600.67 0.300.32 0.870.89 5457 1.081.12 0.650.69 0.310.32 1.201.26 5460 1.041.12 0.680.77 0.340.40 1.051.20 4050 1.121.16 1.111.18 0.300.34 1.401.50 370400 （一）浆粕的结构特点 n木浆、棉浆和草 n生产黏胶纤维的主要原料是木浆和棉浆 一、浆粕 n纤维素（也称为甲种纤维素，简称甲纤 ）、纤维素、纤维素。 （二）浆粕的质量控制 n1纤维素含量 n用纤维素和半纤维素来表征浆粕的纯度 n浆粕浸渍在20、17.5%NaOH水溶液中， 在45min内不溶解的部分称为纤维素，溶 解部分为半纤维素。 n提高浆粕的纤维素含量，不仅可提高成 品纤维的得率，提高设备生产能力，降低 化工原料消耗量和简化浸渍碱液回收，而 且还能提高成品纤维质量。 n半纤维素含量高，影响到其后的浸渍、老 成、黄化、过滤、熟成等工艺过程，也降 低了成品纤维的品质。 n主要成分是SiO2、铁、镁、钙等 n2灰分 n它们使黏胶的黏度增高，并能与酸生成不溶性 盐如CaSO4，MgSO4，从而降低酸浴的透明度 或堵塞喷丝头，而且硅酸盐颗粒易将纤维切断 ，降低纤维的强力；灰分中的铁、铜、锰等能 加速碱纤维素的老成降解，使工艺不稳定，最 终影响黏胶纤维的强度和色泽。 n灰分的来源主要有两个方面：原料本身；各种 溶剂、水、环境条件。 n浆粕中含有少量树脂，有利于过滤；树脂 含量过多，会影响黄化反应的均匀性，使 黏胶变得浑浊，堵塞喷丝孔。 n3树脂 n4聚合度 n要求纤维素聚合度适中，聚合度分布分散 性小。随着聚合度的增加对纤维的断裂强 度、延伸度以及疲劳性能都有好处，故制 备高强度、高聚合度纤维（如强力黏胶纤 维、高性能黏胶纤维），要求较高聚合度 。但聚合度过高，则因制得的黏胶黏度过 高而致过滤困难，或者需要延长碱纤维素 的老成。 n聚合度通常为5001000 n5吸碱性 n吸碱性通常是以吸碱值（浆粕吸碱后重量增 加的百分比）、膨润度（浆粕吸碱后体积增 加的百分比）和吸碱厚度（将浆粕条一端浸 入17.5%NaOH水溶液中，5min碱液被吸 上的mm数）来表示。 n浆粕吸碱值过低，则浆粕浸渍时易上浮， 采用连续浸渍压榨机时，投料困难，浆粥 浓度不均匀；浆粕吸碱值过高，则浆粕表 面迅速膨润，使纤维毛细管很快被堵塞， 碱液渗透困难，碱纤维素不均匀。 n反应性指浆粕在碱化、黄化及生成的黄酸 酯的溶解等性能。它表示浆粕在消耗合理 数量的NaOH和CS2之后，是否能得到溶解 性良好的纤维素黄酸酯和易于过滤的黏胶 。 n6反应性 n反应性能好，NaOH和CS2的消耗量少，溶 解性能和过滤性能好，所得到的黏胶可纺性好 。 n长丝浆粕的 纤维素含量高，波动范围较 小；半纤维素含量低；黏度均匀；树脂及 蜡质含量低；灰分含量低；白度高；尘埃 度低；含铁量低。 （三）浆粕的制备 n从天然纤维材料制取黏胶纤维浆粕，要经过一 系列的化学及物理-化学过程，以达到下述三 个目的： n除去植物中各种非纤维素杂质； n尽可能充分和均匀地破坏纤维的初生壁和纤 维素大分子间的结合键，提高浆粕的反应性能 ； n适当降低纤维素的聚合度。 n1.碱法制浆 n碱法制浆是用烧碱或硫化钠溶液在适当的温度 和压力下从纤维原料中分离纤维素的方法。包 括烧碱法、预水解苛性钠法和预水解硫酸盐法 。 n（1）苛性钠（烧碱法） n此法多用于制造棉绒浆粕，生产过程包括备料 、蒸煮、精选、精漂、脱水和烘干等。 n备料 n制浆原料要经过预处理。如原料为棉绒，则 要进行开松、除尘，以除去砂粒、矿物性杂 质和棉籽壳等；如为蔗渣原料，则要经过开 松和一次或多次除髓，除去其中的蔗髓及其 它机械杂质（通常还经预水解处理）；如为 木材原料，则要经过剥皮、除节、切片等。 n蒸煮 n用高温烧碱液蒸煮，纤维原料发生如下作用 ：木素与烧碱作用生成碱木素，树脂被皂成 树脂皂，蜡质 被乳化，三者均被溶解，大部 分被除去，使纤维得到分离；纤维细胞发生 膨润，初生壁被破坏，浆粕 反应性能提高； 大部分半纤维蒸煮素直接溶解在碱液中，并 水解成戊糖；纤维素发生碱性氧化降解，聚 合度降低。 n蒸煮的主要影响因素如下： n用碱率：指用碱量与原料绝干重量的百分比 。用碱率高，杂质的溶解程度和溶解速度增 加，但纤维素的降聚程度亦增加，浆的得率 下降。棉浆蒸煮的用碱率通常为15%18% ；蔗渣浆为10%12%。 n温度和时间：蒸煮温度是指蒸煮时的最高 温度。在其它条件不变时，温度升高，蒸 煮时间可缩短。但温度越高木器的得率越 低，浆的黏度、硬度和强度均下降。在选 择蒸煮温度和时间时，要全面考虑浆的质 量和产量的要求。通常间歇法蒸煮棉浆用 150170，46小时；连续法蒸煮蔗 渣浆用130140，4050分钟。 n浴比：浴比指碱液体积（升）与原料绝干重 量（公斤）之比。在用碱率相同的情况下， 减少浴比，则碱浓度大，化学反应速度快， 蒸煮时间可缩短，用于加热的蒸汽量可减少 ，但蒸煮的均匀性差。通常棉浆的间歇式蒸 煮浴比为34，蔗渣浆连续蒸煮浴比为45 。 n蒸煮的方式：有间歇式和连续式两种。间 歇式蒸煮有用立式、卧式、回转式或固定 式蒸煮锅（或蒸球）；连续式蒸煮常用多 段的方式或水平式的管状蒸煮器。连续蒸 煮具有生产效率高，质量稳定，得率高。 劳动强度低等优点。 n精选 n蒸煮后的浆料，经过洗涤、打浆、筛选、除砂、 浓缩等过程。以提高其纯度和反应性能。洗涤的 目的，是除去浆料中蒸煮黑液。打浆就是浆料通 过打浆机的飞刀和底刀之间，使纤维受到剪切作 用而横向切断，降低其长度，同时纤维在纵向分 裂，产生纤维化（又称帚化），提高反应性能。 筛选是浆料通过筛网，除去未分散的纤维束或浆 团。除砂是使浆料通过沉砂沟和通过锥形除砂器 ，以除去大小砂粒、金属碎屑和其它机械杂质。 n精漂 n精漂的目的，是除去浆料中的有色杂质和残存的木 素、灰分和铁质，进一步提高纤维素的反应性能， 并最终调节纤维素的聚合度。 n浆料的精漂，通常采用综合的化学方法，包括氯化 、碱处理（碱精制）次氯酸盐漂白和酸处理四个阶 段。上述各过程，可在精漂池中分批进行，亦可在 管道中连续进行。 n氯化和碱处理：其目的是除去未漂浆的残余木素。 在酸性介质中，木素被氧化，生成氯化木素，然后 再用碱处理浆料，使氯化木素溶解而除去。氯化时 ，一般控制浆料的pH值为2，常温。用氯量和氯化 时间根据未漂浆的含木素量来控制。 n漂白：漂白的目的，是进一步除去浆粕中残余的木 素和有色杂质，提高浆的白度，并调节浆的聚合度 。漂白剂有次氯酸钠、二氧化氯、过氯化氢等，它 们可以单独使用，亦可混合使用，分段进行漂白。 n漂白过程中，纤维素不可避免会发生氧化降解，而 漂白时纤维素降解的均匀性比蒸煮时的降解为差， 为此，在制备聚合度相同的浆粕时，采用重蒸（煮 ）轻漂（白）的工艺，能够使聚合度分布更均匀。 故漂白的工艺条件必须严格控制。以次氯酸盐作漂 白剂时，通常用氯量为1%2%(以绝干浆重量计) 。漂白时间12小时，温度3540，pH值为 910。 n酸处理：其目的是降低浆粕的灰分，因为纤 维素与水溶液接触时带负电荷，能吸附各种 金属离子，当浆料中加入酸，能将纤维素吸 附的金属离子置换出来，生成可溶性的金属 盐而被除去，从而降低浆粕的灰分。 n酸处理可用盐酸或硫酸，而盐酸的效果较好 ，因为生成的氯化物比硫酸盐有更大的溶解 度。酸处理时，通常用酸量为23（以绝干 浆重量计），时间1小时，温度为常温。 n脱水、烘干 n根据需要，浆料可加工成散浆料或浆板，加 工散浆料时，先用压辊或离心机脱水，然后 开松和烘干；加工浆板时，先在抄浆机上成 形和烘干，然后切成一定规格的浆板。不管 是散浆或是浆板，烘干温度对纤维素的反应 性能有很大影响，必须根据浆粕的不同用途 加以调节。 n（2）预水解苛性钠法 n其目的是：使原料中的半纤维素（主要是 多缩戊糖）水解溶出，而未溶出的半纤维素 也发生结构的变化，以利于在碱蒸煮时继续 溶出。使部分木素溶出，纤维结构变得松 软，有利于蒸煮时药液渗透到纤维组织内部 ，保证蒸煮均匀；使纤维的初生壁受到破 坏，以利于在碱液蒸煮时初生壁脱落，从而 提高浆料的反应性能；水解废液中生成大 量的还原糖或糠醛等，有利于回收和利用。 n预水解方法分为水预水解、酸预水解和汽预 水解。 n水预水解：纤维原料在蒸煮前先在加压条 件下用清水蒸煮，由于原料中原有的和在水 解过程中生成的有机酸的作用，就有选择性 地将半纤维素进行了水解，实际上是一次用 有机酸进行的预蒸煮。例如蔗渣的水预水解 的温度通常为160170，浴比为1：3 4，水解时间 23小时。 n酸预水解：在一定压力下，纤维原料中 的半纤维素能在酸性介质中水解。酸预水 解可用无机酸如盐酸、硫酸、亚硫酸或有 机酸如醋酸等进行。蔗渣、芒杆等进行酸 预水解，以用盐酸为多。酸的种类不同， 则对纤维素的水解降解作用亦不同。采用 离解度大的酸如盐酸、硫酸，则更要严格 控制酸的用量、水解温度和时间，以防止 过多地损害纤维素。例如蔗渣用盐酸预水 解时，采用1%盐酸，浴比1：1012，温 度为165，保温1.52小时。 n汽预水解：就是将含水的纤维原料直接通 往饱和蒸汽进行预水解。蒸汽预水解的作用 机理与水预水解相同，但蒸汽预水解的操作 简单，蒸汽耗用量少。由于蒸汽预水解时， 物料中水分少，酸度相对增高，容易造成水 解不均匀和局部焦化等缺点。 n经过预水解后纤维原料变成 “半浆料”，但它 仍基本上保持原来的形状。半浆料经过碱蒸 煮，分散成粗浆，然后再经过精选、精漂、 脱水、烘干等过程，制成散浆或浆板。 n（3）预水解硫酸盐法 n预水解硫酸盐法是碱法制浆的一种，此法蒸 煮所用的药液的主要成分，是烧碱和硫化钠 。其生产过程及工艺控制，与预水解荷性钠 基本相同。 n蒸煮过程消耗的烧碱和硫化钠用硫酸钠补充 ，硫酸钠是在回收蒸煮液（黑液）时加入的 。当将黑液浓缩并灼烧时，黑液内的有机物 即能将硫酸钠还原而得硫化钠，反应如下： nNa2SO4 +2C Na2S + 2CO2 n2.亚硫酸盐法制浆 n亚硫酸盐法制浆的工艺过程与荷性钠法相同 ，亦可分为原料的准备、蒸煮、精选、精漂 、脱水和烘干等过程。 n亚硫酸盐蒸煮液是用亚硫酸氢盐的亚硫酸盐 溶液。盐基有钙、钠、铵或镁。蒸煮时，纤 维原料主要发生下列变化： n（1）木质互在较低温度（6070）下 迅速发生磺化反应，生成固态的木质素磺酸 。然后固态的木质素磺酸缓慢地水解而溶出 。纤维得以分离； n（2）半纤维素局部水解成单糖或寡糖而溶出 ； n（3）在高温、高压和酸液的作用下，纤维细 胞的初生壁受到破坏，纤维素的反应性能提高 ； n（4）纤维素的聚合度下降，尤其是木质素大 部分溶解之后，聚合度下降更为迅速。生产上 往往就利用这段时间 来调节浆料的聚合度。 树脂在蒸煮时较难除去，但在蒸煮后用温水洗 涤，可除去树脂的大部分。 n亚硫酸盐蒸煮，通常是采用立式 的蒸煮锅 分批地进行。蒸煮过程基本上分为两个阶 段：首先是将物料在34小时内逐步加热 到105115，并保温23小时，然后 再升温至140145，蒸煮812小时 。 n粗浆料的精选、精漂、脱水和烘干过程与 碱法制浆基本相同。 n亚硫酸盐法制得浆料的反应性能好，浆的 得率（对木材而言）较高。 二、其它化工原料 n（一）烧碱 n烧碱俗称固碱、苛性钠、烧碱、火碱，学名氢 氧化钠。无色透明结晶体，吸湿性强，易溶于 水，溶解时放出大量热。暴露空气中吸湿后呈 黏稠状液体，也溶于甘油、乙醇，不溶于乙醚 和丙酮。腐蚀性强，能破坏纤维和有机组织。 高温下能腐蚀碳钢。吸收空气中二氧化碳后， 生成碳酸氢钠和碳酸钠，能与酸类中和成盐。 n烧碱制造方法有：苛化法、水银电解法和隔膜 电解法。其中，水银电解法和采用离子交换膜 的隔膜电解法所生产的产品纯度高，适宜黏胶 纤维生产用料。 n黏胶纤维生产对烧碱质量要求很高，含杂质越 少越好。盐类杂质，如NaCl、Na2CO3等，影 响浆粕浸渍时膨润不匀，使碱纤维素黄化不正 常；盐类又是强电解质，使黏胶熟成过快；烧 碱中的铁和锰等杂质，能使碱纤维素老成加快 ；此外。铁质还影响黏胶过滤，或者受氧化作 用生成有色物质，斑染纤维。 （二）二硫化碳 n外观为无色或淡黄色透明油状液体，易燃 、有毒，有恶臭，但纯CS2并无恶臭，只有 微弱芳香味，CS2恶臭来自于无机的或有机 的硫化物杂质。 nCS2沸点46.4，是一种优良溶剂，也是一 种无色易挥发的可燃液体。CS2气体与空气 混合后有强烈爆炸性。CS2对人体有毒性， 能通过呼吸系统和皮肤进入人体，因此， 在生产、运输、贮存和使用等过程中应采 取特别相应的安全措施。 nCS2在水中溶解度很小（20时0.2%）， 比重又大，因此运输、贮存时多用水封。 （三）硫酸 n黏胶生产用硫酸要有较高的纯度，而且其 中氧化氮、铁、铅等杂质不能过多。黏胶 纤维生产用硫酸主要配置黏胶纤维凝固浴 。 （四）硫酸钠 n硫酸钠（Na2SO410H2O）又名芒硝，无色 晶体，带苦咸味。相对密度1.462，熔点 324；100时失去全部结晶水转化为晶 体。工业用无水硫酸钠又名元明粉，含硫 酸钠9097%。