醋酸纤维的制备工艺、结构性能及发展趋势

醋酸纤维的制备工艺、结构性能及发展前景天津工业大学纺科1201游兵1210110115摘要：介绍了醋酸纤维的制备工艺、结构、性能以及研究未来的发展趋势，并对醋酸纤维的国内外生产情况和市场需求，应用前景做了详细分析。关键词：醋酸纤维、制备工艺、结构性能、发展趋势概述醋酸纤维，化工产品，英文名celluloseacetate，简称CA。又称醋酸纤维素、乙酸纤维或乙酸纤维素纤维。醋酸纤维分为二醋酯纤维和三醋酯纤维，是人造纤维的一种。是用纤维素为原料，经化学成法转化成醋酸纤维素酯制成的化学纤维。首次制备于1865年，是纤维素的乙酸酯。纤维素以醋酸或醋酐在催化剂作用下进行酯化，而得到的一种热塑性树脂，纤维素分子中羟基用醋酸酯化后得到的一种化学改性的天然高聚物。其性能取决于乙酰化程度。醋酸纤维的制备工艺1.工艺分类醋酸纤维生产有干法纺丝、二步湿法和一步湿法三种纺丝工艺路线,因湿法纺丝缺点较多,目前国外主要醋酸纤维生产企业都采用干法纺丝。2.主要流程活化后的纤维素进人硫酸、醋酸配组成的乙酰化剂中进行乙酰化,在对乙酞化后的三醋酸纤维素部分皂化,以改善纤维素在丙酮溶液中的溶解性,同时使纤维素分子量有一定程度的下降,经皂化后的混合液,加人一定量的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,最后经压榨、干燥、粉碎制得二醋酸纤维素酯3.纺丝及后处理纺丝原液通过每个纺丝位的计量泵、烛型滤器、调温器,从喷丝帽中喷出,借助纺丝甫道中的热空气加热,使原液中的丙酮蒸发出来,其自身则固化成形。固化的丝条由纺丝甫道的底部出来,经集束后卷绕在丝筒上,经加捻后处理得到成品醋醋长丝。经集束后投人对流的水中,再经切断、皂洗、压榨、干燥,即得到醋醋短丝。醋酸纤维的结构性能与用途1．醋酸纤维素的结构1.1醋酸纤维素分子式：(C6H7O2)(OOCCH3)3n式中x=1.8(醋酸含量为46%)为一醋酸纤维素式中x=2.4(醋酸含量为54.8%)为二醋酸纤维素式中x=3.0(醋酸含量为62.5%)为三醋酸纤维素1.2醋酸纤维的纵向和截面形态1.2.1纵向纤维表面形态光滑,较为均一,有明显的沟槽;由其截面形态可看出,纤维无皮芯结构,呈苜蓿叶形,周边较为光滑,少有浅的锯齿。1.2.2在醋酸纤维的分子结构中，纤维素葡萄糖环上的羟基被乙酰基取代，形成酯键，二醋酸纤维的酯化程度由于水解作用而低于三醋酸纤维。二醋酸纤维的超分子结构中无定形区较大，而三醋酸纤维具有一定的结晶结构，而且纤维大分子的对称性、规整性、结晶度均比二醋酸纤维高。1.2.3醋酸纤维有长丝和短纤维，又有有光和无光（TiO2消光）之分。1.2.4正是醋酸纤维素的这一种天然的柔和的光泽，它能完美的吸收各种色彩，赋予织物华美品质，从而使织物获得不同的效果：闪光、粗糙、明亮、凹凸等等。2．醋酸纤维的性能2.1化学性能2.1.1耐碱性弱碱性碱剂对醋酸纤维基本上未造成损伤,纤维失重率很小。遇到强碱后，尤其是二醋酸纤维，容易发生脱乙酰化，造成重量损失，强力和模量也随之下降。因此，处理醋酸纤维的溶液，其pH值不宜超过7.0。在标准洗涤条件下，具有很强的抗氯漂白性能，还可用四氯乙烯进行干洗。2.1.2耐有机溶剂性能醋酸纤维在丙酮、DMF、冰醋酸中完全溶解,而在乙醇和四氯乙烯中则不溶解.根据这些特性,可以将丙酮作为醋酸纤维的纺丝溶剂,用四氯乙烯对醋纤织物进行干洗等。2.1.3耐酸性醋酸纤维的耐酸稳定性较好，常见的硫酸、盐酸、硝酸在一定浓度的范围内对纤维的强力、光泽和伸长等都不会造成影响；但是可以溶解于浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸2.1.4染色性醋酸纤维虽然来源于纤维素，但是在酯化过程中，纤维素葡萄糖环上的极性羟基很大一部分被乙酰基取代成酯，因此，纤维素纤维染色常用的染料对醋酸纤维几乎就没有亲和力，难以上染。最适合醋酯纤维用的染料是低分子量且染色上染速率相近的分散染料。而实际上，第一支分散染料的诞生也是由于醋酸纤维染色的需要。用分散染料染出的醋酸纤维或织物色泽鲜艳亮丽，匀染效果好，染料吸尽率高，色牢度也高，而且色谱齐2.2物理性能2.2.1醋酸纤维既具有一定的吸水性，又具有吸水后快速脱去的性能。2.2.2醋酸纤维的热稳定性较好,纤维的玻璃化转变温度在185℃左右,熔融终止温度在310℃左右,升温结束时,纤维的失重率为90.78%;醋酸纤维的断裂强度为1.29cN/dtex,而应变为31.44%。2.2.3醋酸纤维的密度比粘胶纤维的要小，和涤纶的较为接近；强度是三种纤维中最低的。2.2.4醋酸纤维的弹性相对较好，类似于蚕丝、羊毛。2.2.5沸水收缩率较低，但是高温处理会对纤维的强力和光泽等性能造成影响，因此温度不宜超过85℃。3．醋酸纤维的用途醋酸纤维不易着火，可以用于制造纺织品、烟用滤嘴、片基、医用口罩、塑料制品等。3.1烟卷过滤材料醋酸纤维做卷烟过滤嘴材料，弹性好、无毒、无味、热稳定性好、吸阻小、截滤效果显著、能选择性地吸附卷烟中的有害成分，同时又保留了一定的烟碱而不失香烟口味，自从1953年投入市场以来，深受欢迎，市场前景较好，而我国目前醋酸纤维丝束仍有相当数量的进口，缺口约2美元/吨左右，进口价格约每吨3830美元/吨左右。3.2医疗卫生用品醋酸短纤制成的无纺布可以用于外科手术包扎，与伤口不粘连，是高级医疗卫生材料。醋酸短纤还可以与棉或合纤混纺，制成各种性能优良的织物。3.3服装醋酸长丝在化学纤维中最酷似真丝，光泽优雅、染色鲜艳、染色牢度强，手感柔软滑爽、质地轻，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，可以广泛地用来做服装里子料、闲暇装、睡衣、内衣等，还可以与维纶、涤纶、锦纶长丝及真丝等复合制成复合丝，织造各种男女时装、男女礼服、高档运动服及西服面料，还可以开发缎类织物和编织物、装饰用绸缎、绣制品底料、轧纹绸、色织绸、醋丝氨包纱等。目前在美国、英国、日本、意大利、墨西哥、韩国、俄罗斯、巴基斯坦等国家和地区受到消费者的青睐，特别是在美国市场出现了供不应求的情况，而我国每年的需求量约1万吨以上，由于进口价格昂贵，约4600美元/吨，目前只有少量进口，每年约进口2000吨左右，不少纺织厂多用代替品来解决醋酸纤维的不足问题，因此纺织用醋酸纤维的市场前景十分看好。醋酸纤维的发展前景1．市场前景根据海关统计数据，2009年，国内进口未塑化醋酸纤维素约0．79万t，进口长丝丝束共9．6万t。我国醋纤工业起步较晚，醋酸纤维素技术由国外几家大的公司垄断。上世纪90年代起，中国烟草总公司和塞拉尼斯合资，在南通、昆明、珠海建设三套醋酸纤维装置。随后又成立的有两安惠大化学工业有限公司和宁波大安化学工业有限公司。以上5家公司专为国内烟草行业提供原料，经过多次扩建，目前拥有总生产能力为15．2万t的烟用丝束装置和15万t的二醋片装置，但仍不能完全满足国内需要。按中国烟草总公司规划，中国到2010年卷烟产量预计达到4000万箱，需要烟片，丝束24万t左右。但由于吸烟对健康的危害，国家对香烟生产采取限产、提高档次的政策，今后几年我国卷烟的生产将维持在3400万一3500万箱左右，每年需要烟用丝束21万1左右。目前，国内纺织用醋酸长丝完全依赖进口，2003年我国消耗醋酸长丝约6000t，耗用3000万美元，同时进口醋酸长丝织物耗用人民币超过10亿元。作为服装生产和出口大国，我国每年出口服装约125亿一130亿件。如在l％的出口服装中使用醋酯长丝面料和哩衬，其耗用量在4万～5万t，是一个可观的潜在市场。2.应用前景2．1醋酸面料开发应用醋酯纤维染色性能好，织物色彩鲜艳，外观明亮，性质柔滑、舒适，但强度较低，开发醋酯面料需“扬长避短”。醋酯长丝广泛应用在衣服，家具陈设以及装饰织物。醋酯长丝可应用于服装的里料、衫裙、运动衣服、新娘礼服以及童装衣饰、T恤衫。服装的里料、衫裙、运动衣服、新娘礼服以及童装衣饰、T恤衫用的机织或针织布料可采用100%醋酸长丝，或可与醋酸长丝混纺的如人造丝、弹性纤维、锦纶、棉、或麻、羊毛、蚕丝涤纶等。绒织物，装饰用绸，高档里子绸，轧纹绸，时装面料，高档针织T恤衫面料等。机织家具陈设织物一般采用醋酸长丝为经，棉纱或人造丝为纬的织物。装饰用织物多为缎，缎绸也可用于丝带人造花及领带。2．2醋酸纤维素作为生物降解材料CA作为材料的应用主要是用在分离膜材料上，而作为生物降解塑料的研究报道较少。日本大赛璐化学工业公司最近研制出可生物降解的醋酸纤维系列塑料，该产品添加由钛氧化物组成的光降解促进剂、生物降解促进剂和增塑剂，其中的生物降解促进剂至少包含一种化合物，如磷的含氧酸盐、含氧酸酯及其盐类，以及碳酸及其盐类。生物降解促进剂的总量占醋酸纤维素重量的0.01～10％。增塑剂采用食品添加剂，因而具有优良的生物降解性能。该产品能在薄膜、板材、注模成型、发泡制品、无纺布等方面应用，在工业上有良好的发展前景。参考文献：[1]陶美玲．新型合成纤维醋酸纤维的生产和应用[J]．四川化工，2006，(1)：28—30．[2]马孝田．醋酸纤维的制造[J]．广东化纤，1994，(2)：27—34．[3]岑美柱，孙友德．高温法二醋片纺丝中试I——高温法二醋片可纺性与内在综合质量[J]．人造纤维，1997，(5)：10—15．[4]岑美枉．高温法二醋片纺丝中试Ⅱ——二醋片高纯度纺丝原液的制备[J]．人造纤维，1998，(1)：l一4．[5]阎立峰，李婉，刘绍阳，等．固体超强酸SO；一／Fe203催化绿色合成醋酸纤维素[J]．中国科学技术大学学报，2006，36(4)：422—425．[6]梅洁，陈家楠，欧义芳．气一固相反应制备醋酸纤维素[J]．纤维素科学与技术，2001，9(1)：45—49．[7]马晓龙，沈琳，杨占平，等．国产木浆合成烟用醋酸纤维素的研究[J]．合成纤维，2004，(5)：lO—12．[8]杨占平，曹建华，马晓龙．采用竹浆柏为原料制成的醋酸纤维素及其制造方法和用途[P]．CN200510122933．9．2006．[9]张杰，马晓龙，乐宝祥，等．以棉短绒浆粕为原料制成的醋酸纤维素及制造方法和用途[P]．CN2009l0030549．4．2009．[10]潘艳如，邹君，曾胜．栎木研制烟用二醋酸纤维[J]．广西化纤通讯，1996．(2)：3一11．[11]漆小华．以按木为原料制备醋酸纤维的研究[C]．北京林业大学，2009．[12]陶美玲新型合成纤维醋酸纤维的生产和应用2006(1)[13]马孝田醋酸纤维的制造1994(2)[14]岑美柱.孙友德高温法二醋片纺丝中试Ⅰ--高温法二醋片可纺性与内在综合质量1997(5)[15]阎立峰.李婉.刘绍阳.齐中会.庞浩固体超强酸SO42-/Fe2O3催化绿色合成醋酸纤维素2006(4)[16]梅洁.陈家楠.欧义芳气-固相反应制备醋酸纤维素2001(1)[17]马晓龙.沈琳.杨占平.曹建华国产木浆合