（纺织化学与染整工程专业论文）醋酸纤维的结构与性能研究.pdf

a b s t r a c t c e l l u l o s ea c e t a t ef i b e ri sak i n do fc h e m i c a lf i b e rt h a tf o r m e db ya i rs p i n n i n g p r o c e s sf r o mt h ee s t e rd e r i v a t i v eo f c e l l u l o s e ，w i t hs o m es i m i l a rp r o p e r t i e st ov i s c o s e f i b e ra n dp o l y e s t e rf i l a m e n t i t a l s oi sc o n s i d e r e de c o l o g i c a l l yf r i e n d l yt ot h e e n v i r o n m e n tf o ri t sn o n p o l l u t i n gp r o d u c t i o np r o c e s s e sa n db i o d e g r a d a b l ew a s t e a g g r e g a t i o ns t r u c t u r ea n dm o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r ew e r ec h a r a c t e r i z e db ym e a n s o ft h em o d e mm a t e r i a l t e s t i n gt e c h n i q u e sa n da n a l y t i c a lm e t h o d ss u c ha sf t i r s p e c t r o s c o p y ，s e m ，x r a yd i f f r a c t i o n ，d s c t g ；m e a n w h i l e ，t h ee f f e c to fd i f f e r e n t k i n d so fc h e m i c a l sa n di t sa m o u n to nt h es o l u b i l i t ya n dw e i g h tl o s so fc e l l u l o s e a c e t a t ef i b e rw e r et e s t e d ，a n dt h ev i s c o s i t yo ft h es a m p l e st r e a t e dw i t ha c i da n dt h e d e g r e eo fe s t e r i f i c a t i o no ft h es a m p l e st r e a t e dw i t ha l k a l i n ew e r ea n a l y s e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：c e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rc o n t a i n i n ge s t e rc a r b o n y la n dh y d r o x y g r o u p ；t h ec r y s t a l l i n i t yo fc e l l u l o s ea c e t a t e i s21 9 8 w i t ht h ec o e x i s t e n c eo f c r y s t a l l i n ea n da m o r p h o u s ”t w o - p h a s e ”s t r u c t u r e ，t h et h e r m a ls t a b i l i t yo fc e l l u l o s e a c e t a t ef i b e ri sg o o da n di t sb r e a k i n gt e n a c i t yi s1 2 9c n d t e x ；i n o r g a n i ca c i dc o u l d d e c r e a s et h ed e g r e eo f p o l y m e r i z a t i o no fc e l l u l o sa c e t a t ee a s i l y , m a k i n gi td i s s o l v e d ； a n ds o d i u mc a r b o n a t ew o u l dh a v ead e a c e t y l a t i o ne f f e c to nc e l l u l o s ea c e t a t ew i t ha n a p p e a r a n tw e i g h tl o s s ；h o w e v e r ，t h ee f f e c to fh y d r o g e np e r o x i d ea n dh y d r o s u l p h i t e w e r el e s so nt h ep e r f o r m a n c eo fc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e r b yd y e i n gc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rw i t hd i s p e r s ed y e s ，c a t i o n i cd y e sa n dr e a c t i v e d y e s ，t h ee f f e c t so ft h ef a c t o r ss u c ha st e m p e r a t u r e ，p hv a l u e ，d y e i n gt i m ea n d c o n c e n t r a t i o no nt h ed y e i n gu p t a k ef o rc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rw e r es t u d y e d ，t h e nt h e b e s td y e i n gc o n d i t i o n sw e r ed e t e r mi n e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：b o t ht h ed y e - u p t a k e a n df a s t n e s st ow a s h i n go fd i s p e r s ed y e so nc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rw e r eh i g h e s t ， e s p e c i a l l yf o rm e d i u ma n dl o wt e m p e r a t u r et y p e sd i s p e r s ed y e s ，a n dt h eb e s td y e i n g p r o c e s si st h a t ：t e m p e r a t u r e8 5 。c ，p h = 5 - 6 ，d y e i n gt i m e8 0 m i n ；w i t ht h ef a s t n e s st o w a s h i n g4 5 f o rc a t i o n i cd y e sa n dr e a c t i v ed y e s ，t h ed y e - u p t a k ew e r en o th i g h t h ed y e i n gp r o c e s so fc a t i o n i cd y e si ss i m i l a rt od i s p e r s ed y e s f o rb i - f u n c t i o n a l r e a c t i v ed y e s ，t h eb e s td y e i n gp r o c e s si st h a t ：t e m p e r a t u r e8 5 c ，s o d i u ms u l p h a t e 5 0 9 l ，d y e i n gt i m e8 0 m i n d i s p e r s er e df bw a se m p l o y e dt or e s e a r c hd y e i n gt h e r m o d y n a m i ca n dk i n e t i c o fc e l l u l o s ea c e t a t e f i b e r ；f u r t h e r l y i t c o m p a r e d t h e t h e r m o d ) r n a m i c p a r a m e t e r s ( a f f i n i t y a l a o ，d y e i n ge n t h a l p yz x n o ，d y e i n ge n t r o p ya s o ) a n dt h ek i n e t i c s p a r a m e t e r s ( d i f f u s i o nc o e f f i c i e n td ，h a l f - d y e i n gt i m et i 2 ，d y e i n gr a t ec o n s t a n tk7 ) o f 】3七 c e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rd y e dw i t ha n dw i t h o u td i s p e r s i n ga g e n tn n o t h er e s u l t s s h o w e dt h a ti t sd y e i n ga d s o r p t i o nm e c h a n i s mb e l o n g e dt on e m s td i s t r i b u t i o nt y p e i tf o u n dt h a tw h e nd y e i n gw i t hd i s p e r s i n ga g e n tn n o ，b o t ht h ea f f i n i t y a n dt h e d i f f u s i o nc o e f f i c i e n to fd i s p e r s er e df bi nc e l l u l o s ea c e t a t ef i b e rr e d u c e d ，l e a d i n g t oal o w e rd y e u p t a k ea n dl o n g e rh a l f - d y e i n gt i m e ；a n dt h er e d u c e dd y e i n gr a t e c o n s t a n ti n d i c a t e dt h a td i s p e r s i n ga g e n tn n ow o u l da f f e c tt h ed y e i n gr a t e t oa c e r t i a ne x t e n t k e y w o r d s ：c e l l u l o s ea c e t a t ef i b e r ；s t r u c t u r e ；p r o p e r t y ；d y e - u p t a k e ；d i s p e r s i n g a g e n tn n o 步j- 3 0 一 目录 第一章前言1 1 1 醋酸纤维的发展概况1 1 1 1 醋酸纤维的发展历史1 1 1 2 国内外醋酸纤维工业现状2 1 2 醋酸纤维的生产过程3 1 2 1 醋酸纤维制造的工艺流程4 1 2 2 工艺流程分析5 1 3 醋酸纤维在纺织中的应用6 1 3 1 醋酸纤维及其织物的主要性能6 1 3 2 醋酸纤维及其织物的应刖7 1 4 国内外醋酸纤维的研究现状一8 1 4 1 纤维素醋酸酯的制备8 1 4 2 醋酸纤维的改性研究9 1 4 3 醋酸纤维的结构与染色性能l o 1 5 奉课题的研究内容、目的和意义1 1 第二章醋酸纤维的结构及理化性能研究1 3 2 1 实验材料、药品及仪器1 3 2 1 1 实验材料l3 2 1 2 实验药品。1 3 2 1 3 实验仪器14 2 2 测试方法1 4 2 2 1 傅立叶红外光谱测试( f t - i r ) 1 4 2 2 2x 射线衍射测试( x r d ) 1 4 2 2 3s e m 电镜扫描1 4 2 2 4t g 和d s c 测试15 2 2 5 强力测试1 5 2 2 6 耐化学品性能测试1 5 2 3 测试指标l5 2 3 1 失重率1 5 2 3 2 粘度系数一1 5 2 3 3 酯化度l5 2 4 结果与讨论：o 1 6 2 4 1 醋酸纤维的结构表征1 6 2 4 2 醋酸纤维的物理性能1 9 2 4 3 醋酸纤维的化学性能2 2 2 5 本章小结2 6 第三章醋酸纤维的染色性能研究2 7 3 1 实验材料、药品及仪器2 7 3 1 1 实验材料2 7 3 1 2 实验药品、染料2 7 3 1 3 实验仪器2 8 3 2 实验方法2 9 3 2 1 醋酸纤维预处理2 9 3 2 2 染色- t 艺曲线2 9 3 2 3 不同温度下纤维的染色性能3 0 3 2 4 不同p h 值下纤维的染色性能3 0 3 2 5 不同电解质浓度下纤维的染色件能3 0 3 2 6 不同染料浓度下纤维的染色性能3 0 3 2 7 纤维染色速率的测定3 0 3 - 3 测试指标3 0 3 3 1 上染百分率3 0 3 3 2 耐洗色牢度3 l 3 4 结果与讨论3l 3 4 1 醋酸纤维的分散染料染色3 1 3 4 ，2 醋酸纤维的阳离子染料染色3 4 3 4 3 醋酸纤维的活性染料染色3 7 3 4 4 最佳工艺条件下三种染料的染色效果比较4 l 3 5 本章小结4 2 第四章醋酸纤维的染色热力学和动力学研究4 5 4 1 实验材料、药品及仪器4 5 4 1 1 实验材料4 5 4 1 2 实验药品4 5 4 1 3 实验仪器。4 5 4 2 实验方法4 6 4 2 1 染料精制4 6 4 2 2 标准曲线的绘制4 6 4 2 3 吸附等温线的绘制4 6 4 2 ，4 上染速率曲线的绘制4 7 i l 5 a 七 一 4 2 5 染色工艺曲线4 7 4 3 测试指标4 7 4 3 1 热力学指标4 7 4 3 2 动力学指标4 9 4 4 结果与讨论5 2 4 4 1 染料的标准曲线5 2 4 4 2 醋酸纤维的染色热力学5 4 4 4 3 醋酸纤维的染色动力学5 7 4 5 本章小结6 2 第五章结论6 3 参考文献6 5 攻读学位期间的研究成果6 9 致谢7 l 学位论文独创性声明7 3 学位论文知识产权权属声明7 3 1 1 1 1 惠 l i 一 第一章前言 第一章前言 醋酸纤维又称醋酯纤维，是世界上开发较早的化学纤维之一，日前是再生纤 维素纤维中仅次于粘胶纤维的第二大品种。醋酸纤维是以纤维素浆粕为原料，经 过乙酰化以后形成纤维素酯化衍生物，然后经干法纺丝工艺而制得。依据纤维素 中的羟基( o h ) 被乙酰基( c o c h 3 ) 取代程度分为三醋酸纤维( c t a ) f f l l l 醋酸纤维 ( c d a ) 。根据i s o f d i s2 0 7 6 ：1 9 9 9 ( e ) 对纤维名称的定义，c t a 和c d a 的羟基取代 度分别在9 2 0 0 以上与7 4 0 0 - - - 9 2 0 0 之间【1 之】。没有特别指出是三醋酸纤维时， 一般所说的醋酸纤维即指二醋酸纤维。 醋酸纤维具有悬垂性好、穿着舒适以及吸湿等特点；其非品态开孔结构能将 水分排出体外，从而达到穿着更加舒适、凉爽，而且用醋酯纤维制作的各种接触 皮肤的服装安全环保。醋酸纤维具有蚕丝般的鲜艳光泽和优良的手感，常作为丝 的代替品，已受世界知名服装设计大师的青眯1 3 】。数十年来，醋纤织物始终在高 档服装面料领域占居重要位置，特别是最近几年，随着世界服装市场竞争的日益 激烈，服装面料高档化、舒适化，促使醋纤而料市场急剧扩大。 当前我国纺织行业面临着产品结构调整，为适应国内外市场竞争和提高企业 经济效益，开发醋酸纤维是现实可行的产品方向之一。 1 1 醋酸纤维的发展概况 从第一束醋酯纤维的纺制成功距今已有一百多年的历史了。作为历史最为 悠久的一种化学纤维，醋酸纤维经历了一个在曲折中前进的发展历程。 1 1 1 醋酸纤维的发展历史 醋酸纤维的工业生产始于2 0 t t c 纪初。1 9 0 1 年，a 艾辛格恩和贝尔成功地对 纤维素进行乙酰化，得到三醋酸纤维。1 9 0 4 年德国b a y o r 公司发明了干法纺制醋 酸纤维素醋纤维，并在法国、英国申请了专利：1 9 0 5 年二醋酸酯可溶解在丙酮中 成为醋酸纤维素溶液的发现为醋酸纤维素纤维的生产提供了保证。1 9 0 8 年美国 k o d a k 公司便成功地制成纤维素醋酸酯不燃性照相胶片，由于其抗燃性能良好， 在第一次世界大战时，曾取代容易燃烧的纤维素硝酸酯用于飞机的涂层。1 9 1 4 年美国l u s t r o n 公司首次制成三醋酸酯纤维【l 4 】。早期的醋酸纤维由于常见的天然 纤维用染料难以对其染色使其在纺织领域的应用受到一些限制，因此发展相当缓 慢。直到1 9 5 4 1 9 5 5 年，三醋酸纤维素才真正在美国、英国、加拿大、法国和德 国等的某些公司成功地工业化生产。1 9 5 0 年美国依斯曼柯达公司，首先将二醋纤 香烟滤嘴工业化生产，并逐渐发展为二醋纤的主要用途。1 9 6 9 1 9 7 9 年，由于合成 纤维锦纶、涤纶与丙纶等的兴起，二醋纤与三醋纤纺织纤维的需求量不断下降， 青岛大学硕上学位论文 美国每年约下降4 2 0 ，世界市场每年约下降2 2 0 t s 】。自8 0 年代初以来，由于粘 胶纤维生产中污染问题难以解决，些发达国家的生产厂家纷纷关闭，由此导致 了醋酯长丝需求量迅速增加。近年来，由于产品品种和牛产技术的不断更新发展， 醋酯纤维已成为人造纤维i , i k 中发展较快的品种之。i 引。 1 1 2 国内外醋酸纤维工业现状 目前世界上醋酯纤维生产厂商有2 0 多家，分别分布在比利时、巴西、保加利 亚、哥伦比亚、意大利、墨西哥、乌拉圭、加拿大、德国、独联体( 5 家) 、日本( 2 家) 、英国( 2 家) 、美国( 3 家) ，但生产技术为少数几个国家所垄断【7 l 。其中占主导 地位的是美国c e l a n e s e 公司，其产量约占世界总产量的一半，其次是美国e a s t m a n c h e m i c a l 公司，意大利的n o v a c e t a 公司，同本- 一菱公司和帝人公司以及英国 a c o r d i s 公司和法国r o d i a 公司等，这些公司总产量占全球总产量的9 0 0 0 左右。 全球醋酸纤维生产能力已达l1 0 0k t ，实际生产总量约7 6 0 8 2 0k t ，占世界化纤总 产量的3 0 0 ，占纤维素纤维产量的3 5 0 0 左右，而且各项指标还有继续增加的 趋势。 醋酸纤维包括丝柬、长丝及醋酸短纤。纺织用醋酯长丝的品种有【6 】：5 0 0 t e x ( 4 5 d ) 1 3 f 、6 1 0t e x ( 5 5 d ) 2 2 f 、8 3 0t e x ( 7 5 d ) 2 5 f 、1 2 8 0t e x ( 11 5 d ) 5 0 f 、1 3 3 0 t e x ( 1 2 0 d ) 3 0 f 、1 6 6 0t e x ( 15 0 d w o f 以及同涤纶或锦纶混纤复合丝7 4 0 t e x ( 6 7 d ) 1 8 f 、9 3 0t e x ( 8 4 d ) 2 3 f 、1 0 4 0t e x ( 9 4 d ) 3 5 f 、1 5 5 0t e x ( 1 4 0 d 1 3 5 f 、2 4 4 0 t e x ( 2 2 0 d ) 4 2 f 、3 6 6 0t e x ( 3 3 0 d ) 5 6 f 、4 8 8 0t e x ( 4 4 0 d ) 6 6 f 等。国际市场价格，长 丝约4 5 0 0 美元t ，丝束3 8 0 0 美元t 。 我国醋酸纤维工业始于2 0 世纪5 0 年代，发展较慢，生产技术也比较落后，品 种也仅限于烟用醋酸丝束。纺织用醋纤历年依赖于进口，主要从美国塞拉尼斯 公司、英国康太斯公司、加拿人塞拉尼斯公司和日本三菱公司四大公司进口，年 进口量约在2 0 0 4 0 0k t 左右。据市场预测，随着服装面料向天然化、卫生性、 薄犁飘逸、色泽鲜颜、回归自然等方面发展，我国对醋纤的年需求鼍约在1 5 0 0 ，- 2 0 0 0l ( t 左右( 不包括香烟滤咀用丝束) 。上世纪8 0 年代中国烟草总公司采用技贸结 合的方式，与美国c e l a n e s e 公司合资成立了南通醋酸纤维有限公司，由美国 c e l a n e s e 公司提供技术，在江苏省南通市建成了年产1 2 5 0k t 烟用醋纤丝束装置， 填补了国内空白。目前，国内醋酸纤维及醋酸丝束的主要生产厂家有南通醋 酸纤维有限公司、广东新会醋纤厂、西安惠安化工厂、吉林化工厂、无锡 胶片厂、保定胶片厂、广东中山糖衣醋酸纤维试验车间、珠海醋酸纤维公 司、昆明醋酸纤维公司等p j 。 醋酯纤维发展至今，虽然也有了不短的历史，并且始终是织制高档服装h j 纺 织产品的化纤原料，但纺织面料的生产一直依赖进口醋酸纤维原料。随着我国化 纤生产技术水平的提高，我国纺织科技人员已致力于醋酯纤维生产技术的研究。 2 第一章前占 目前国内已有四家合资企业生产醋酯纤维烟用丝束；纺织用醋酯纤维长丝和短纤 维也一改过去主要依赖进口的局面，研制开发出了具有自主知识产权的生产技 术。东莞市新纶纤维材料科技有限公司在二十世纪九 年代就已试验掌握了醋酸 纤维长丝和丝束的生产技术，设计和制造了醋纤成套设备，其纺丝速度已超过 5 0 0 m r a i n ，其产品质量与进l j 的醋酯纤维水平相当【3 】。不仅可以满足纺织面料生 产企业的纺纱、织造需求，而t 4 纤维品种也能根据需要不断改进。南通醋酸纤维 有限公司以竹浆粕合成的醋酸纤维素为原料制备纺织用醋酸纤维，使得生产纺织 用醋酸纤维长丝的成本降低3 0 0 0 - 4 0 0 0 ，从而有利于醋酸纤维工业的进一步 发展【9 j o 1 2 醋酸纤维的生产过程 醋酸纤维是通过将纯化的纤维素术浆粕与醋酸酐在催化剂浓硫酸的作j h j 下 反应i 叮得到的纤维素醋酸酯。纤维素与醋酸的反应实质是纤维素葡萄糖环中的醇 羟基( o h ) 被醋酸酐中的乙酰基( c o c h 3 ) 取代，形成纤维素乙酰酯l l o 。其反应式 如图1 1 所示： o c h 2 0 h j 1 卜吣 一! c c h 掣z 。j h 2 s q c h z o c o c h 3 c h 2 0 h q 、h 二o ! h 1 3 _h o h 厂q 甲 0 。型名c h 。 i ：i o c i ) c 吩 h o c o c h 3 n h o c o c h 3 j h 2 0 h 才一o ” 弋c o c h 。 h o c o c 坞1 - io c o c h 3nh o c o c h 3 图1 1 纤维素的乙酰化反应 f i g u r e1 ia c e t y l a t i o no fc e l l u l o s e 根据i s o f d i s2 0 7 6 ：1 9 9 9 ( e ) 的定义【2 1 ，羟基取代度在9 2 0 0 以上的为纤维素 三醋酸酯，酯化度在2 7 6 3 0 0 之间：羟基取代度在7 4 0 0 - - 9 2 0 0 之间的为纤维 青岛大学硕上学位论文 素二醋酸酯，酯化度在2 2 2 - - 2 7 6 之间。纤维素浆柏与醋酸酐反应，首先生成纤 维素三醋酸酯。三醋酸酯在烧碱的作用下能够发生皂化反应，部分酯基还原出原 来的羟基，造成酯化度卜| 降，从而牛成纤维素二醋酸酯。二醋酸酯可以溶解于丙 酮，制成纺丝原液，从而可以采用干法进行纺丝，得到醋酸纤维。 1 2 1 醋酸纤维制造的工艺流程 醋酸纤维的制备人体分为两个部分，首先是生产纤维所用的纤维素醋 酸酯( 又叫醋片) 的制备；然后将二醋片和三醋片分别溶解于不同的溶剂 中，制成纺丝原液，采用于法进行纺丝【1 】，从而得到醋酸纤维。 1 2 1 1 纤维素醋酸酯的制备 纤维素醋酸酯制备的工艺流程l lo j ： 纤维素浆粕一活化一乙酰化( 催化剂，醋酐) 一j 醋酸纤维素析出一洗涤一稳 定化处理一压制一千燥一粉碎一三醋酸纤维索酯； 三醋酯纤维素一部分皂化水解( 成熟) 一二醋酯纤维素析出一洗涤一稳定化 处理一压制一干燥一粉碎一二醋酸纤维素酯。 图i 2 纤维素醋酸酯的制备流程 f i g u r e1 2p r e p a r a t i o np r o c e s so fc e l l u l o s ea c e t a t e 1 2 1 2 醋酸纤维的纺制 将制得的纤维素醋酸酯分别溶解于二氯甲烷或三氯甲烷和丙酮中，然后经过 过滤、脱泡、纺丝即得到醋酸纤维长丝。具体的工艺流程如图1 3 所示【l l 】： 4 第一章前言 图1 3 二醋酸纤维的纺丝工艺流程 f i g u r e1 3s p i n n i n gp r o c e s so f c e l l u l o s ed i a c e t a t ef i b e r 1 2 2 工艺流程分析 1 2 2 1 醋酸纤维纺丝用原料 纺制醋酸纤维将涉及剑下列原料和化学试剂：纤维素浆粕( 棉短绒、 木材、竹子及秸秆等 9 , 1 2 】) ，醋酸( 活化剂) ，醋酸酐( 乙酰化试剂) ，浓硫 酸( 催化剂) ，氢氧化钠( 皂化水解) ，二氯甲烷或三氯甲烷( 溶解纤维素三醋 酸酯) 和丙酮( 溶解纤维素一：醋酸酯) 等。 1 2 2 2 纤维素醋酸酯制备说明 纤维素浆粕首先经过冰醋酸的活化处理，使其能够在水浴中充分地膨胀，增 加酯化反应的活性，然后在浓硫酸催化剂的作用下与醋酸酐反应，生成纤维素= 三 醋酸酯。三醋酸纤维的理沦酯化度为3 。0 0 ，但实际上并非如此，因为在酯化反应 过程中，硫酸与纤维素葡萄糖基环上的羟基作用生成少量的纤维素硫酸酯，在后 道水洗过程中水解，故三醋酯纤维的酯化度一般在2 7 0 3 0 0 之间。三醋酸纤维 素酯经部分皂化水解以后( 即成熟) ，即得到二醋酸纤维素酯。然后用弱醋酸做 沉淀剂使二醋酸纤维素酯沉淀，再蒸去溶剂使二醋酸纤维素酯析出，经洗涤去除 残留的醋酸，再经稳定化处理除去残留的硫酸f l ，l3 1 ，最后经压榨、干燥、粉碎制 得醋酸纤维素酯。醋片制取过程中醋酸的回收是将这些稀醋酸溶液通过萃取，将 醋酸和水分离，再将萃取物与萃取液分别进行蒸馏分离，从而得到醋酸和萃取剂。 青岛大学硕r 上学位论文 1 2 2 3 纺丝原液的制备及纤维成形 溶解是制造纺丝原液最关键的一步。根据醋片溶解性的不同，分别用不同的 溶剂溶解醋片，制得纺丝原液。其中住原液中需要加入分散剂，还可以加入消光 剂t i 0 2 ( 制备无光醋纤长丝) ，或者颜料( 制备有色醋纤长丝) j ，同时还要不 断地搅拌。溶解以后，将溶液进行过滤、脱泡，即可进行纺丝。 纺丝原液通过每个纺丝位的汁量泉、烛型滤器、调温器，从喷丝帽中喷出， 借助纺丝甬道中的热空气加热，使原液中的丙酮蒸发出来，其自身则固化成形。 固化的幺幺条南纺丝甬道的底部出来，经集束后卷绕在丝筒上，经加捻后处理得到 成品醋酯氏丝。蒸发的丙酮气体经冷却，活性炭吸附和精馏【13 1 ，即又回收到纯净 的丙酮。 在醋纤生产过程中，将原液制备、纺丝、溶剂回收的用水、用汽及用热部 位综合平衡，进行热能综合利用及回收利用。对降低能耗、降低成本、正常稳 定运转将起到重要作用。 1 3 醋酸纤维在纺织中的应用 1 3 1 醋酸纤维及其织物的主要性能 醋酸纤维具有良好的物理机械性能，具有纤维素纤维的基本特征，同时却显 示出明显不同于纤维素纤维而类似于合成纤维的特性，兼具天然纤维( 包括人造 纤维) 和合成纤维的特性，而这种特性是其他纤维所不具备的。醋酸纤维制成的 织物真正能够迎合消费者对服饰的美观与舒适性合一的要求。其主要性能可归 结如下： ( 1 ) 在化学纤维中最酷似真丝，光泽优雅，染色鲜艳，染色牢度强； ( 2 ) 手感柔软滑爽，质地轻，具有优良的自然品质感，穿着舒适； ( 3 ) 回潮率低，弹性好，不易起皱，具有良好的悬垂性、热塑性、尺寸稳定 性，不需要水洗定形； ( 4 ) 有稳定的抗起球性、抗静电性，服装外观始终保持不变； ( 5 ) 其织物具有适度吸湿性、速干性，可耐高温熨烫和低温打褶； ( 6 ) 耐虫蛀和霉变，服装可长期存放； ( 7 ) 不易污染，污迹易脱落、易洗涤； ( 8 ) 有生物降解性。 利用醋酸纤维织物做衬里比用普通的涤纶织物做衬里制成的服装具有更为 舒适和透气的性能，使得醋酸纤维织物具有非常优异的服用性能。美国堪萨斯州 立大学环境研究所就这两种服装的舒适性做了一项研究，分别从粘附感、不吸汗、 冷湿感、潮湿感、贴身感、沉重感六个方面进行等级评价( 5 级性能最好) 【8 】o 结果发现：前者粘连冷湿的感觉大大减少，输送潮湿能力比涤纶强；尽管重量有 6 第一章前言 些增加，但与涤纶相比仍为较轻。如图1 4 、图1 5 所示： ”5 篮盛戳琵丕熊崖一幺：。嫩黝趁戮毖琵勉勉我五邈曼乏? 4 3 一 2 1 o 醋酸塔尖葫“舐酸莉鼓布 醋酸簿巍纹希”藩蓊罐耍i 一葛磊甄i i ；石 + 粘附+ 不吸汗十冷湿_ 卜潮湿1 卜贴身 图1 4 醋酸纤维衬里服装与涤纶衬里服装的舒适性比较 f i g u r e1 4c o m f o r tc o m p a r a t i o no f l i n i n g sm a d eo f c d aa n dp e t j 2 ，t ； 1 ； i | i ? 毛2 j 0 0 钐移7 | ij 。? 。j j 二7 | ，t ：j j ，j ：篙秀锡绥? ；，一一j 。j ，e i f i g u r e1 5c o m p a r a t i o no fw e i g h to fl i n i n g sm a d eo fc d aa n dp e t 1 3 2 醋酸纤维及其织物的应用 醋酸纤维及其织物的应用领域主要有以下三个方面 1 4 - 1 5 】： ( 1 ) 服装里子料：醋纤长丝里子料手感柔软、滑爽、悬垂性良好，不起皱、 不变形，因而成为高档服装( 尤其西装) 首选里子料。根据g a m a ( 全球醋酸纤维 制造者协会) 统计，全世界消费的醋酸纤维有4 0 0 0 用于衬里。 ( 2 ) 缎类织物和编织物：醋纤长丝缎类织物酷似真丝织物，其它化纤不可比 拟；作为辅助材料的包缠带、印花标签布，以其特有的性能具有稳定的市场。 7 o 、 青岛大学硕士学位论文 而醋纤长丝织物的立绒产品长毛绒、天鹅绒、仿麂皮织物等，均具有特殊 的外观，颜色鲜艳、光泽柔和、悬垂性良好，给人以充分美感。 ( 3 ) 时装及高级服装面料：利用醋纤长丝的优异性能和良好的混纤性能，与 涤纶长丝、锦纶长丝、真丝等复合制成复合丝，织造各种男女时装、男女礼服、 休闲服、高级运动服及高档西装面料因风格高雅独特，很受消费者炊迎，是 新合纤产品的典型一例。醋纤长丝、醋纤复合丝或与其它类丝的交织物，经碱 减鼍处理和后整理。可达到与真丝以假乱真的效果，甚至超过真丝织物的服用 性能。 1 4 国内外醋酸纤维的研究现状 醋酸纤维虽然具有诸多优点，但是其本身也存在强力较低的缺点。这种低强 力虽然并没有限制它在传统服装领域中的应用，但由于变形、织造等后加工技术 难度较大，无疑使它在纺织中的应用和推广受到了一定影响；而且醋酸织物的耐 用性能较差，这也是纺织用醋酸长丝消费量在最近几年持续下降的原因之一。因 此自醋酸纤维开始工业化生产以来，国内外研发人员就一直致力于以促进醋酸纤 维工业发展、开拓醋酸纤维应用为目的的研究工作。而差别化醋酸纤维的开发和 改善醋酸纤维强力的研究是纺织企业及研发人员关注的重点【l6 | 。此外，传统的醋 酸纤维以迸u 木浆为原料，但由于林业资源的限制，技术问题等原因，使得醋酸 纤维工业的发展受到较大的限制。因此开发新的原材料以制备纤维素醋酸酯及相 应的纤维生产工艺成为近些年国内研究的热剧9 7 】1 1 4 1 纤维素醋酸酯的制备 长期以来，醋酸纤维素的原材料醋化级木浆粕还完全依靠进口，为了减 少国际术浆市场对我国烟用醋酸纤维素生产的不利影响，提高产品竞争力，南通 醋酸纤维有限公司在开发原材料方而进行了很多尝试，并取得了良好的效果。自 2 0 0 3 年始，他们以国产的速生桉木等为原料来制备纤维素醋酸酯，并与同等的进 口木浆进行比较，系统的分析了醋化值、粘度等重要指标；小试试验的结果表明 国产木浆的各项性能接近国外同等级木浆水平【l8 1 。2 0 0 6 年，他们又成功地以竹浆 粕为原料制备了醋酸纤维素酯，并将其用于纺织用醋酸纤维长丝的纺制。利用该 工艺不仅可以降低纤维的生产成本，而且纤维还具有抗菌能力，有效去除异味等 功能【9 1 。此外，樊岫珊【1 7 1 等人以天然纤维素纤维苎麻为原料进行乙酰化试验，以 制备高取代度的醋酸纤维素。通过对不同取代度的纤维素醋酸酯分析，确定了最 佳的高取代度醋酸纤维素的制备工艺。 在改进传统的醋酸纤维素的制备工艺方面也有不少研究。采用传统的低温 法工艺不仅反应时间长，而且能耗高；因此梅洁【1 9 1 等人尝试在高温条件下制备醋 8 一 第一章前言 酸纤维素，研究了反应温度、反应时间及催化剂用量等因素对酯化反应的影响。 为了获得取代均匀且产率较高的纤维素醋酸酯，孟庆莉【2 0 】等人用纤维素在 l i c i d m a c 溶液中的均相反应制备了不同取代度的纤维素醋酸酯。y a n t 2 l 】等人报 道了纤维素在无需溶剂的条件。i - n 用固体超酸s 0 4 2 z r 0 2 为催化剂进行乙酰化反 应的新型工艺；相对来讲，该工艺更环保、更简单1 1 4 2 醋酸纤维的改性研究 1 - 4 2 1 醋酸纤维的差别化 纤维的差别化是指通过对纤维的化学改性及物理变形，使纤维的截血形状、 物理机械性能及染色性能等有所改善。为了提高醋酸纤维的附加价值，日本各纺 织公司并不满足于醋纤所具有的舒适性和功能性，而是各展所k ，以市场需要为 导向，推出各具特色的醋酯差别化新产品。 差别化醋酸纤维的开发途径主要有【1 6 】：1 ) 采用特殊设计的喷丝板或纺丝部 件，实现醋酸纤维横截而的异型化及单丝纤度的变化。t e n n e s s e ee a s t m a n 公司和 c o u r t a u l d s 公司在纺丝过程中，使用带特殊形状喷丝孔的喷丝板以使醋酸纺丝液 从喷丝板挤出时就形成扁平、带状长丝。粗而扁的长丝具有非常爽的手感，而且 由于纤维的扁平表血能像一面镜子一样捕捉光线，其织物具有闪光外观。2 ) 在纤 维素醋酸的纺丝原液中添加改性剂或结合碱处理、酶加工等技术，赋予醋酸纤维 新的风格和功能。h o e c h s t 集团分公司t r e v i r a 以美国m i c r o b a n 公司开发的苯氧基氯 化物为添加剂，开发了新型抗菌醋酸纤维m i c r o s a f e 2 2 1 。日本的三菱公司推出了 一系列差别化产品：通过在纺丝原液中添加l o 0 0 - - 3 0 0 0 ( 质鼍比) 、粒径为 0 1 0 o 5 0 1 a m 的高比重无机物( 硫酸钡) ，纺制出高悬垂性的三醋酯纤维z e l g a ；将 碱处理、酶处理和热处理这三种技术有机结合，开发了卷缩数达1 00 0 0 - - 2 00 0 0 个m 的超微卷缩醋酸纤维r o e m 2 引。该纤维不仅手感柔软、膨松，回弹性和悬垂 性大为改善，而且由于纤维表面的光反射受到抑制，织物色泽深度增加。3 ) 通过 混纺、网络、空气变形和花式捻线等方法将醋酸纤维与其他纤维复合，取长补短。 帝人公司则将差别化涤纶与醋酸纤维复合，既使醋酸的低强度得到弥补，义使差 别化涤纶的优良特征得到发挥。也推出了许多醋酸新产品，如耐高温醋酸纤维 r o s e i 以及具有干燥、轻盈感的仿麻织物e l b e a 、有高悬垂性的仿粘胶织物s h e b a l i s 和深染织物m s a t e l 。 1 4 2 2 改善醋酸纤维的强力 醋酸纤维较低的强力影响了后续的织造、印染等加工工序的顺利进行和产 品的质量，因此有必要设法提高醋酸纤维的强力。 在改善醋酸纤维强力方面，研究者从如下几种途径进行了尝试：1 ) 通过接枝 或共混的方法对纺丝液进行改性。这种方法虽然有提高强力的可能性，但是些 9 青岛大学硕上学位论文