醋酯纖維

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醋酯纖維(Cellulose Acetate Fibre)

　　醋酯纖維是指由天然纖維素纖維經過醋酸酯化後生成的纖維素醋酸酯纖維，常採用溶劑溶解後進行濕法紡絲製備纖維。醋酯纖維的加工條件介於黏膠纖維和合成纖維之間，可稱為半合成纖維。

　　醋酯纖維的工業生產始於20世紀初葉，至50年代前，由於以石化工業為原料支撐的合成纖維工業尚未規模化，粘膠纖維、醋酯纖維是當時化纖工業的主導產品。1901年，A.艾新格恩和貝爾成功地對纖維素進行乙酰化，得到三醋酯纖維素；1904年在德國Bayor公司發明瞭乾法紡制醋纖維素纖維，併在法國、英國申請了專利，1905年，三醋酯可溶解在丙酮中成為醋酯纖維素溶液的發現，為醋酯纖維素纖維的生產提供了保證。此後，美國Kodak公司1908年成功製成纖維素醋酸酯不燃性照相膠片，Lustron公司於1914年首次製成三醋酯纖維。

　　我國醋酯纖維工業始於20世紀50年代，且發展較慢，生產技術也比較落後，80年代中國煙草總公司採用技貿結合的方式，與美國Celanese公司合資成立了南通醋酯纖維有限公司，由美國Celanese公司提供技術，在江蘇省南通市建成了年產煙用醋纖絲束裝置，填補了國內空白。到90年代，南通煙用醋纖絲束裝置已擴建至年產25000t，並建成了為其配套的年產25000t的二醋片裝置。90年代中國煙草總公司還與美國Celanese公司合資在珠海和昆明建成了兩家年產12500的煙用醋纖絲束工廠；另外陝西惠安公司與日本大賽路合資，採用本技術 在惠安公司建成了一套年產8000t的煙用醋纖絲束裝置。

　　目前，全球醋酯纖維生產能力已達110萬t，實際生產總產量為76萬～82萬t，占世界化纖總產量的3％，占纖維素纖維產量的35％左右，其中煙用絲束55萬～57萬t，紡織用醋酯纖維21萬～25萬t。全球有醋酯纖維生產廠家幾十家，分佈在美國、日本、義大利、英國、比利時、巴西、保加利亞、哥倫比亞、墨西哥、烏拉圭、加拿大、德國、獨聯體等，但世界醋纖產量的85％以上由美國、義大利、英國、日本等國的大公司生產。中國是世界上最大的香煙生產國，產量已超過美國，占全球總量的30％。據中國煙草工業總公司統計，“十五”期間，我國每年生產香煙約3500萬箱，按醋酯纖維作濾嘴的高檔煙占2／3計算，年需絲束13萬t以上，僅煙草行業，其市場缺口尚有3萬t左右。

　　(一)二醋酯纖維的結構

　　二醋酯纖維可製成長絲或短纖維，有有光和無光之分，無光短纖維一般帶有捲縮。醋酯纖維橫斷面無明顯的皮芯結構，斷面形狀以多瓣葉狀和耳狀為多。

　　二醋酯纖維的置換度為2.25—2.40，即纖維素葡萄糖剩基(六元環)的三個羥基中，平均有2.25～2.40個被醋酯化。三個羥基被乙酰基取代的難易程度為C6>C2>C3，但皂化的難易程度並無多大差別，因而纖維素上全部羥基被醋酯化後(即生成三醋酸纖維素酯)再被皂化時，羥基的分佈是隨機的，所以，生成的二醋酸纖維素酯分子的對稱性和規整性比較差，且基本上是非結晶的，由此形成的二醋酯纖維結晶度很低，聚合度約為200～300。

　　(二)三醋酯纖維的結構

　　三醋酯纖維也有長絲和短纖維之分。因為葡萄糖剩基上的三個羥基基本上全被乙酰基取代，所以分子結構的對稱性和規整性比二醋酯纖維好，纖維的結晶度比二醋酯纖維高，聚合度為300—400。

　　(一)二醋酯纖維的性能

　　1．相對密度

　　粘膠、銅氨等再生纖維素纖維，由於其基本組成物質是纖維素，所以它們的相對密度約為1.5，而醋酯纖維是纖維素衍生物，乙酰基已取代了部分羥基，乙酰基的體積比羥基大，因而纖維中會留有較大空隙，使纖維的相對密度降低。二醋酯纖維的相對密度為1.32，三醋酯纖維的相對密度為1.30。

　　2．機械性質

　　(1)強度、伸長度：二醋酯纖維的乾強度僅為1.1～1.2cN/dtex，比粘膠纖維低，在紡織纖維中屬強度較小的。二醋酯纖維之所以強度低，一是因為二醋酯纖維中存在乙酰基，使二醋酯纖維大分子具有較大的支鏈，減弱了大分子之間的橫向結合力，故而纖維強度較低；二是因為二醋酯纖維中羥基處於隨機分佈狀態，纖維分子有序程度的降低導致結晶度很小。二醋酯纖維在濕態時的強度，雖不如粘膠纖維下降得多，但也是下降的。

　　(2)初始模量與彈性：二醋酯纖維的初始模量為26～40cN/dtex，是比較柔軟、容易變形的纖維，又由於二醋酯纖維有熱塑性，加熱時初始模量降低更多，200℃時僅為8.8cN/dtex。

　　二醋酯纖維容易變形，變形後也容易回覆，彈性較好。延伸1.5％時的彈性回覆率為100％，延伸4％時仍有高度的回彈性，但延伸5％時，彈性回覆率顯著降低。

　　(3)耐磨性：因為強度比較低，二醋酯纖維的耐磨性較差。

　　3．吸濕性

　　由於纖維素分子上的親水性基團(羥基)已基本上被疏水性基團(乙酰基)所取代，羥基的分佈密度較低，因而二醋酯纖維的吸濕性比纖維素纖維差，在標準大氣狀態下的回潮率為6.0％一7.0％。

　　4．熱性能

　　二醋酯纖維耐熱較差，一般在90％溫度下加熱lh，強力損失2％，光澤消失；升溫到120℃，強力損失16％～18％；自150℃左右，二醋酯纖維即表現出顯著的熱塑性，在195—205％時開始軟化；加熱到230℃左右，熱分解而熔融。

　　5．電性能

　　二醋酯纖維由於吸濕量比纖維素纖維低，比合成纖維高，因而電絕緣性比合成纖維差，而比棉和粘膠纖維更容易產生靜電。

　　6．光性能

　　二醋酯纖維的耐光性優於蠶絲、棉、粘纖、錦綸等，但不如腈綸和滌綸。無光二醋酯長絲在二氧化鈦和水分存在的條件下，易產生光裂解，使纖維強度降低。

　　7．染色性和上漿性能

　　二醋酯纖維內部親水性基團(羥基)較纖維素減少，因而二醋酯纖維的吸色性和對漿液的親和性也差。

　　對大部分酸性染料、直接染料、鉻媒染料來說，二醋酯纖維染色性較差。但對鹽基性染料，因二醋酯纖維中仍有羥基，故有親和性。對硫化染料等鹼性染料，因二醋酯纖維會被其皂化，故不能採用。二醋酯纖維也可採用原液染色，即將染料分散在紡絲液中進行染色。

　　因二醋酯纖維缺少親水性基團，漿絲時，漿液不易滲入絲條內部，因而不能按再生纖維素纖維的方法設計上漿工藝，需另選擇適當的上漿工藝及漿液配方。

　　8．化學性質

　　(1)耐酸性：二酣酯纖維耐無機稀酸，不耐無機濃酸，在無機濃酸作用下會因皂化和水解而溶解。有機酸中的蟻酸和醋酸對它作用劇烈，但高級脂肪酸對它作用溫和。

　　(2)耐鹼性：二醋酯纖維在pH值<9.5的鹼性溶液中較為穩定，但在pH值>9.5時，會因皂化成為再生纖維素。

　　二醋酯纖維能溶解在很多有機溶劑內，如丙酮、二氯甲烷、苯酚、甲酚等有機溶劑。

　　(二)三醋酯纖維的性能

　　1．機械性能

　　(1)強度、伸長度：三醋酯纖維的強度為1.0～1.1cN／dtex，伸長度為25％～35％，乾濕強度比為67％～77％，稍高於二醋酯纖維，這是由於三醋酯纖維的聚合度、分子的對稱性和規整性、結晶度均比二醋酯纖維高。

　　(2)初始模量與彈性：三醋酯纖維的初始模量比二醋酯纖維小一些，為22—35cN／dtex，延伸5％時的彈性回覆率為50％～65％，比二醋酯纖維彈性稍好。

　　(3)耐磨性：與二醋酯纖維相同，耐磨性較差。

　　2．吸濕性

　　三醋酯纖維在標準大氣狀態下回潮率為3.2％，約為二醋酯纖維的一半，這是因為三醋酯纖維的酯化度高且結晶性好。三醋酯纖維的吸水量為17％，比二醋酯纖維少，斷面積只增加4.5％，也比二醋酯纖維少。

　　熱處理將增強三醋酯纖維的疏水性和耐水性，濕強度、濕態尺寸穩定性也均能提高，還具有速乾特點。在沸水中，三醋酯纖維不像二醋酯纖維那樣容易失去光澤。

　　3．熱性能

　　三醋酯纖維有較明顯的熔點，完全醋酯化的三醋酯纖維熔點為306—309℃。一般的三醋酯纖維在290～300℃熔融，它的玻璃化溫度為186℃。經熱處理的熨燙溫度為235℃，未經熱處理的為180℃，三醋酯纖維的熨燙溫度120％要高得多。三醋酯纖維的化學結構比二醋酯纖維更接近於合成纖維，因而熱塑性更大，易熱定型。在200℃熱空氣或130。C濕熱條件下處理時，分子會重新排列，結晶程度提高。

　　三醋酯纖維燃燒緩慢且發出醋酸氣味，燃燒時會收縮熔化成球，與二醋酯纖維一樣具有易燃性。

　　4．電性能

　　三醋酯纖維的體積比電阻比二醋酯纖維大，雖比滌綸與玻璃纖維小，但仍易引起靜電。

　　5．光性能

　　三醋酯纖維的耐光性比二醋酯纖維稍好，這是由於三醋酯纖維的結晶度和分子量比二醋酯纖維高。

　　三醋酯纖維的雙摺射率為負值(一0.005)，與大多數紡織纖維的雙摺射率(為正值)不同，這是因為纖維中垂直於分子鏈方向的乙酰基的極化程度要比平行於分子鏈方向的其他基團的極化程度高。

　　6．染色性三醋酯纖維的染色性比二醋酯纖維差，同樣採用分散性染料染色時，二醋酯纖維的染色溫度僅需70℃，而三醋酯纖維約需98～100℃，才能取得相同的染色效果。

　　7．化學性質

　　(1)耐酸性：三醋酯纖維耐無機稀酸，但不耐濃酸(強酸)，在強無機酸作用下會因皂化和水解而溶解。有機酸中除蟻酸能使之溶解外，其他有機酸只能使纖維膨化。

　　(2)耐鹼性：三醋酯纖維在稀鹼作用下，錶面會逐漸皂化。利用三醋酯纖維的這一特點，可進行錶面皂化整理，以改善纖維的耐磨性、手感、耐熨燙性以及降低靜電感應。三醋酯纖維不耐強鹼，受強鹼作用會迅速皂化變成再生纖維素，直至溶解。

　　三醋酯纖維能溶解在多種有機溶劑中，如二氯甲烷、氯仿、間甲酚、苯酚等。

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• 合成纖維