醋酯纤维

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醋酯纤维(Cellulose Acetate Fibre)

目录

什么是醋酯纤维[1]

  醋酯纤维是指由天然纤维素纤维经过醋酸酯化后生成的纤维素醋酸酯纤维,常采用溶剂溶解后进行湿法纺丝制备纤维。醋酯纤维的加工条件介于黏胶纤维和合成纤维之间,可称为半合成纤维。

醋酯纤维的发展历史[2]

  醋酯纤维的工业生产始于20世纪初叶,至50年代前,由于以石化工业为原料支撑的合成纤维工业尚未规模化,粘胶纤维、醋酯纤维是当时化纤工业的主导产品。1901年,A.艾新格恩和贝尔成功地对纤维素进行乙酰化,得到三醋酯纤维素;1904年在德国Bayor公司发明了干法纺制醋纤维素纤维,并在法国、英国申请了专利,1905年,三醋酯可溶解在丙酮中成为醋酯纤维素溶液的发现,为醋酯纤维素纤维的生产提供了保证。此后,美国Kodak公司1908年成功制成纤维素醋酸酯不燃性照相胶片,Lustron公司于1914年首次制成三醋酯纤维。

  我国醋酯纤维工业始于20世纪50年代,且发展较慢,生产技术也比较落后,80年代中国烟草总公司采用技贸结合的方式,与美国Celanese公司合资成立了南通醋酯纤维有限公司,由美国Celanese公司提供技术,在江苏省南通市建成了年产烟用醋纤丝束装置,填补了国内空白。到90年代,南通烟用醋纤丝束装置已扩建至年产25000t,并建成了为其配套的年产25000t的二醋片装置。90年代中国烟草总公司还与美国Celanese公司合资在珠海和昆明建成了两家年产12500的烟用醋纤丝束工厂;另外陕西惠安公司与日本大赛路合资,采用本技术 在惠安公司建成了一套年产8000t的烟用醋纤丝束装置。

  目前,全球醋酯纤维生产能力已达110万t,实际生产总产量为76万~82万t,占世界化纤总产量的3%,占纤维素纤维产量的35%左右,其中烟用丝束55万~57万t,纺织用醋酯纤维21万~25万t。全球有醋酯纤维生产厂家几十家,分布在美国、日本、意大利、英国、比利时、巴西、保加利亚、哥伦比亚、墨西哥、乌拉圭、加拿大、德国、独联体等,但世界醋纤产量的85%以上由美国、意大利、英国、日本等国的大公司生产。中国是世界上最大的香烟生产国,产量已超过美国,占全球总量的30%。据中国烟草工业总公司统计,“十五”期间,我国每年生产香烟约3500万箱,按醋酯纤维作滤嘴的高档烟占2/3计算,年需丝束13万t以上,仅烟草行业,其市场缺口尚有3万t左右。

醋醋纤维的结构[3]

  (一)二醋酯纤维的结构

  二醋酯纤维可制成长丝短纤维,有有光和无光之分,无光短纤维一般带有卷缩。醋酯纤维横断面无明显的皮芯结构,断面形状以多瓣叶状和耳状为多。

  二醋酯纤维的置换度为2.25—2.40,即纤维素葡萄糖剩基(六元环)的三个羟基中,平均有2.25~2.40个被醋酯化。三个羟基被乙酰基取代的难易程度为C6>C2>C3,但皂化的难易程度并无多大差别,因而纤维素上全部羟基被醋酯化后(即生成三醋酸纤维素酯)再被皂化时,羟基的分布是随机的,所以,生成的二醋酸纤维素酯分子的对称性和规整性比较差,且基本上是非结晶的,由此形成的二醋酯纤维结晶度很低,聚合度约为200~300。

  (二)三醋酯纤维的结构

  三醋酯纤维也有长丝和短纤维之分。因为葡萄糖剩基上的三个羟基基本上全被乙酰基取代,所以分子结构的对称性和规整性比二醋酯纤维好,纤维的结晶度比二醋酯纤维高,聚合度为300—400。

醋酯纤维的性能[3]

  (一)二醋酯纤维的性能

  1.相对密度

  粘胶、铜氨等再生纤维素纤维,由于其基本组成物质是纤维素,所以它们的相对密度约为1.5,而醋酯纤维是纤维素衍生物,乙酰基已取代了部分羟基,乙酰基的体积比羟基大,因而纤维中会留有较大空隙,使纤维的相对密度降低。二醋酯纤维的相对密度为1.32,三醋酯纤维的相对密度为1.30。

  2.机械性质

  (1)强度、伸长度:二醋酯纤维的干强度仅为1.1~1.2cN/dtex,比粘胶纤维低,在纺织纤维中属强度较小的。二醋酯纤维之所以强度低,一是因为二醋酯纤维中存在乙酰基,使二醋酯纤维大分子具有较大的支链,减弱了大分子之间的横向结合力,故而纤维强度较低;二是因为二醋酯纤维中羟基处于随机分布状态,纤维分子有序程度的降低导致结晶度很小。二醋酯纤维在湿态时的强度,虽不如粘胶纤维下降得多,但也是下降的。

  (2)初始模量与弹性:二醋酯纤维的初始模量为26~40cN/dtex,是比较柔软、容易变形的纤维,又由于二醋酯纤维有热塑性,加热时初始模量降低更多,200℃时仅为8.8cN/dtex。

  二醋酯纤维容易变形,变形后也容易回复,弹性较好。延伸1.5%时的弹性回复率为100%,延伸4%时仍有高度的回弹性,但延伸5%时,弹性回复率显著降低。

  (3)耐磨性:因为强度比较低,二醋酯纤维的耐磨性较差。

  3.吸湿性

  由于纤维素分子上的亲水性基团(羟基)已基本上被疏水性基团(乙酰基)所取代,羟基的分布密度较低,因而二醋酯纤维的吸湿性比纤维素纤维差,在标准大气状态下的回潮率为6.0%一7.0%。

  4.热性能

  二醋酯纤维耐热较差,一般在90%温度下加热lh,强力损失2%,光泽消失;升温到120℃,强力损失16%~18%;自150℃左右,二醋酯纤维即表现出显著的热塑性,在195—205%时开始软化;加热到230℃左右,热分解而熔融。

  5.电性能

  二醋酯纤维由于吸湿量比纤维素纤维低,比合成纤维高,因而电绝缘性比合成纤维差,而比棉和粘胶纤维更容易产生静电。

  6.光性能

  二醋酯纤维的耐光性优于蚕丝、棉、粘纤、锦纶等,但不如腈纶和涤纶。无光二醋酯长丝在二氧化钛和水分存在的条件下,易产生光裂解,使纤维强度降低。

  7.染色性和上浆性能

  二醋酯纤维内部亲水性基团(羟基)较纤维素减少,因而二醋酯纤维的吸色性和对浆液的亲和性也差。

  对大部分酸性染料直接染料、铬媒染料来说,二醋酯纤维染色性较差。但对盐基性染料,因二醋酯纤维中仍有羟基,故有亲和性。对硫化染料碱性染料,因二醋酯纤维会被其皂化,故不能采用。二醋酯纤维也可采用原液染色,即将染料分散在纺丝液中进行染色。

  因二醋酯纤维缺少亲水性基团,浆丝时,浆液不易渗入丝条内部,因而不能按再生纤维素纤维的方法设计上浆工艺,需另选择适当的上浆工艺及浆液配方。

  8.化学性质

  (1)耐酸性:二酣酯纤维耐无机稀酸,不耐无机浓酸,在无机浓酸作用下会因皂化和水解而溶解。有机酸中的蚁酸和醋酸对它作用剧烈,但高级脂肪酸对它作用温和。

  (2)耐碱性:二醋酯纤维在pH值<9.5的碱性溶液中较为稳定,但在pH值>9.5时,会因皂化成为再生纤维素。

  二醋酯纤维能溶解在很多有机溶剂内,如丙酮、二氯甲烷、苯酚、甲酚等有机溶剂。

  (二)三醋酯纤维的性能

  1.机械性能

  (1)强度、伸长度:三醋酯纤维的强度为1.0~1.1cN/dtex,伸长度为25%~35%,干湿强度比为67%~77%,稍高于二醋酯纤维,这是由于三醋酯纤维的聚合度、分子的对称性和规整性、结晶度均比二醋酯纤维高。

  (2)初始模量与弹性:三醋酯纤维的初始模量比二醋酯纤维小一些,为22—35cN/dtex,延伸5%时的弹性回复率为50%~65%,比二醋酯纤维弹性稍好。

  (3)耐磨性:与二醋酯纤维相同,耐磨性较差。

  2.吸湿性

  三醋酯纤维在标准大气状态下回潮率为3.2%,约为二醋酯纤维的一半,这是因为三醋酯纤维的酯化度高且结晶性好。三醋酯纤维的吸水量为17%,比二醋酯纤维少,断面积只增加4.5%,也比二醋酯纤维少。

  热处理将增强三醋酯纤维的疏水性和耐水性,湿强度、湿态尺寸稳定性也均能提高,还具有速干特点。在沸水中,三醋酯纤维不像二醋酯纤维那样容易失去光泽。

  3.热性能

  三醋酯纤维有较明显的熔点,完全醋酯化的三醋酯纤维熔点为306—309℃。一般的三醋酯纤维在290~300℃熔融,它的玻璃化温度为186℃。经热处理的熨烫温度为235℃,未经热处理的为180℃,三醋酯纤维的熨烫温度120%要高得多。三醋酯纤维的化学结构比二醋酯纤维更接近于合成纤维,因而热塑性更大,易热定型。在200℃热空气或130。C湿热条件下处理时,分子会重新排列,结晶程度提高。

  三醋酯纤维燃烧缓慢且发出醋酸气味,燃烧时会收缩熔化成球,与二醋酯纤维一样具有易燃性。

  4.电性能

  三醋酯纤维的体积比电阻比二醋酯纤维大,虽比涤纶与玻璃纤维小,但仍易引起静电。

  5.光性能

  三醋酯纤维的耐光性比二醋酯纤维稍好,这是由于三醋酯纤维的结晶度和分子量比二醋酯纤维高。

  三醋酯纤维的双折射率为负值(一0.005),与大多数纺织纤维的双折射率(为正值)不同,这是因为纤维中垂直于分子链方向的乙酰基的极化程度要比平行于分子链方向的其他基团的极化程度高。

  6.染色性三醋酯纤维的染色性比二醋酯纤维差,同样采用分散性染料染色时,二醋酯纤维的染色温度仅需70℃,而三醋酯纤维约需98~100℃,才能取得相同的染色效果。

  7.化学性质

  (1)耐酸性:三醋酯纤维耐无机稀酸,但不耐浓酸(强酸),在强无机酸作用下会因皂化和水解而溶解。有机酸中除蚁酸能使之溶解外,其他有机酸只能使纤维膨化。

  (2)耐碱性:三醋酯纤维在稀碱作用下,表面会逐渐皂化。利用三醋酯纤维的这一特点,可进行表面皂化整理,以改善纤维的耐磨性、手感、耐熨烫性以及降低静电感应。三醋酯纤维不耐强碱,受强碱作用会迅速皂化变成再生纤维素,直至溶解。

  三醋酯纤维能溶解在多种有机溶剂中,如二氯甲烷、氯仿、间甲酚、苯酚等。

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参考文献

  1. 王擢,吴立峰等主编.第五章 着色剂在纤维中的选用 着色剂选用手册.化学工业出版社,2009.08.
  2. 逄奉建编著.第三章 再生纤维素纤维的生产 新型再生纤维素纤维.辽宁科学技术出版社,2009.03.
  3. 3.0 3.1 李栋高主编.第六章 天然短纤维 纤维材料学.中国纺织出版社,2006年05月第1版.
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