醋酸纖維的加工工藝原理及應(yīng)用

■李江

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

醋酸纖維的加工工藝原理及應(yīng)用

■李江

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

醋酸纖維雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其本身也存在強(qiáng)力較低、耐用性能較差的缺點(diǎn)，這也是紡織用醋酸長(zhǎng)絲消費(fèi)量在最近幾年持續(xù)下降的原因之一。自醋酸纖維開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研發(fā)人員就一直致力于以促進(jìn)醋酸纖維工業(yè)發(fā)展、開(kāi)拓醋酸纖維應(yīng)用為目的的研究工作。此外，雖然醋酸纖維生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，原料可以再生，適合可持續(xù)發(fā)展，但傳統(tǒng)醋酸纖維以木材、棉短絨為原料，由于林業(yè)資源的限制、技術(shù)問(wèn)題等原因，使得醋酸纖維工業(yè)的發(fā)展受到較大的限制，因此開(kāi)發(fā)新的原材料以制備纖維素醋酸醋及相應(yīng)的纖維生產(chǎn)工藝成為近些年國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。

一、醋酸纖維的加工工藝

（一）國(guó)內(nèi)醋酸纖維（CA）的發(fā)展現(xiàn)狀

醋酸纖維發(fā)展至今，雖然也有不短的歷史，但紡織面料的生產(chǎn)一直依賴(lài)進(jìn)口醋酸纖維原料。隨著我國(guó)化纖生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，我國(guó)紡織科技人員已致力于醋酸纖維生產(chǎn)技術(shù)的研究。紡織用醋酸纖維長(zhǎng)絲和短纖維也一改過(guò)去主要依賴(lài)進(jìn)口的局面，研制開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)技術(shù)。東莞市新綸纖維材料科技有限公司在20世紀(jì)90年代就已試驗(yàn)掌握了醋酸纖維長(zhǎng)絲和絲束的生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)計(jì)和制造了醋纖成套設(shè)備，其紡絲速度己超過(guò)500 m∕min，其產(chǎn)品質(zhì)量與進(jìn)口的醋酸纖維水平相當(dāng)。[1]不僅可以滿(mǎn)足紡織面料生產(chǎn)企業(yè)的紡紗、織造需求，而且纖維品種也能根據(jù)需要不斷改進(jìn)。

（二）醋酸纖維的加工原理及工藝流程

1.加工原理。

醋酸纖維的制備大體分為兩個(gè)部分，首先是生產(chǎn)纖維所用的纖維素醋酸酯（又叫醋片）的制備，然后將二醋片和三醋片分別溶解于不同的溶劑中，制成紡絲原液，采用干法紡絲，從而得到醋酸纖維[2]。

（1）纖維素醋酸酯（醋片）的制備說(shuō)明。

纖維素漿粕首先經(jīng)過(guò)冰醋酸的活化處理，使其能夠在水浴中充分地膨脹，增加酯化反應(yīng)的活性，然后在濃硫酸催化劑的作用下與醋酸酐反應(yīng)，生成纖維素三醋酸酯。三醋酸纖維素酯經(jīng)部分皂化水解以后（即成熟），即得到二醋酸纖維素酯。然后用弱醋酸做沉淀劑使二醋酸纖維素酷沉淀，再蒸去溶劑使二醋酸纖維素酯析出，經(jīng)洗滌去除殘留的醋酸，再經(jīng)穩(wěn)定化處理除去殘留的硫酸，最后經(jīng)壓榨、干燥、粉碎制得醋酸纖維素酯。醋片制取過(guò)程中醋酸的回收是將這些稀醋酸溶液通過(guò)萃取，將醋酸和水分離，再將萃取物與萃取液分別進(jìn)行蒸餾分離，從而得到醋酸和萃取劑。

（2）紡絲原液的制備及纖維成形。

溶解是制造紡絲原液最關(guān)鍵的一步。根據(jù)醋片溶解性的不同，分別用不同溶劑溶解醋片，制得紡絲原液。其中在原液中需要加入分散劑，還可以加入消光劑（制備無(wú)光醋纖長(zhǎng)絲），或者顏料（制備有色醋纖長(zhǎng)絲），同時(shí)還要不斷地?cái)嚢?。溶解以后，將溶液進(jìn)行過(guò)濾、脫泡，即可進(jìn)行紡絲。

紡絲原液通過(guò)每個(gè)紡絲位的計(jì)量泵、燭型濾器、調(diào)溫器，從噴絲帽中噴出，借助紡絲甬道中的熱空氣加熱，使原液中的丙酮蒸發(fā)出來(lái)，其自身則固化成形。固化的絲條由紡絲甬道的底部出來(lái)，經(jīng)集束后卷繞在絲筒上，經(jīng)加捻后處理得到成品醋酸長(zhǎng)絲。蒸發(fā)的丙酮?dú)怏w經(jīng)冷卻，活性炭吸附和精餾，即又回收到純凈的丙酮。

在醋纖生產(chǎn)過(guò)程中，將原液制備、紡絲、溶劑回收的用水、用汽及用熱部位綜合平衡，進(jìn)行熱能綜合利用及回收利用。對(duì)降低能耗、降低成本、正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)將起到重要作用。

2.工藝流程及設(shè)備。

（1）工藝流程圖（如圖1所示）。

圖1 醋酸長(zhǎng)絲生產(chǎn)工藝流程

（2）工藝流程說(shuō)明。

醋片以大袋型包裝或?qū)Ｓ萌萜魉偷酱灼邮苜A存裝置。貯罐中的醋片使用專(zhuān)用提升裝置送到醋片混合器?；旌虾蟮拇灼?jīng)過(guò)提升和絞籠式輸送裝置送至溶解工序。漿液制備工序使用溶解設(shè)備，采用連續(xù)法的三釜串聯(lián)工藝，溶解時(shí)間6 h。纖維素醋酸酯以片狀形式存放于貯罐中，靠氣流輸送，醋片經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制的稱(chēng)量裝置進(jìn)入溶解釜。在裝有可精密計(jì)量水量的貯罐中，與丙酮混合制成溶劑，并在強(qiáng)力攪拌的條件下注入溶解工序。漿液經(jīng)過(guò)加熱和三級(jí)充分過(guò)濾，以去除機(jī)械雜質(zhì)和不完全溶解的聚合物粒子，同時(shí)脫除氣泡。第一級(jí)過(guò)濾采用筒式連續(xù)過(guò)濾機(jī)，第二和第三道過(guò)濾采用板式壓濾機(jī)。漿液的輸送采取計(jì)量泵輸送方式。來(lái)自漿液車(chē)間的纖維素醋酸酯溶液于壓力下進(jìn)入燭型過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)根據(jù)產(chǎn)品纖度要求可精密計(jì)量的漿液泵進(jìn)入紡絲組件。其后，漿液下行至紡絲組件，從紡絲板孔流出的漿液于紡絲甬道處和熱空氣接觸。纖維素醋酸酯絲條中的大部分溶劑丙酮逸出，形成醋酯長(zhǎng)絲束。每一個(gè)紡絲甬道配置一塊紡絲板，一臺(tái)計(jì)量泵，可紡制40 dtex～166 dtex醋酯長(zhǎng)絲。

溶劑回收車(chē)間是回收并重復(fù)使用來(lái)自紡絲機(jī)、紡絲甬道、漿料制備及各罐釜、回收工序各槽、冷凝器、過(guò)濾器等生產(chǎn)單元的空氣和丙酮混合氣體。丙酮混合氣體經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入一級(jí)冷凝器，除去混合氣體中夾帶的雜物。經(jīng)風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入第二級(jí)冷凝器，把氣體溫度降下，進(jìn)入吸附床。吸附單元為活性炭床，活性炭床70%的吸附能力進(jìn)行吸附操作，30%的吸附能力進(jìn)行解吸。吸附丙酮后的活性炭床，通入蒸汽進(jìn)行解吸。被蒸汽解吸的丙酮與蒸汽進(jìn)入冷凝器，變成溫度為30℃、丙酮含量40%～50%的稀溶液。丙酮稀溶液泵送到浮閥式精餾塔，塔頂丙酮被送入貯罐，循環(huán)使用[3]。

（三）醋酸纖維技術(shù)的新進(jìn)展

1.功能性醋酯納米纖維的開(kāi)發(fā)。

泰國(guó)國(guó)家納米技術(shù)中心使用數(shù)均分子質(zhì)量為30 000、酯化度2.4的醋片原料，以丙酮、二甲基乙酰胺作為溶劑，在CA紡絲液中添加Asiaticoside制劑，成功地在靜電紡絲裝置上制得納米纖維網(wǎng)，纖維單絲直徑在300 nm～545 nm。產(chǎn)品應(yīng)用于促進(jìn)組織生長(zhǎng)的創(chuàng)傷包扎紗布。美國(guó)馬薩諸里技術(shù)研究所在CA紡絲液中添加氯化物系列抗菌劑，在靜電紡設(shè)備上成功得到直徑在700 nm～1 200 nm的亞微米醋酯抗菌纖維。美國(guó)康奈爾大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的熒光防偽醋酯納米纖維，兼有pH值傳感功能，受到市場(chǎng)的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)天津工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的CA中空纖維膜用于超低壓反滲透操作，產(chǎn)品適用于超純水、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域[4]。

2.利用可再生資源生產(chǎn)醋酸纖維。

美國(guó)Street大學(xué)農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究中心立足于農(nóng)副產(chǎn)品原料，在合成高附加值的醋酸纖維上取得了新進(jìn)展。該項(xiàng)研究主要涉及三個(gè)方面：①原料選擇與加工，原料選擇農(nóng)副產(chǎn)品下腳料即谷物纖維、米殼和麥稈等非糧食生物質(zhì)；②原料的預(yù)處理，源于農(nóng)副產(chǎn)品的原料需進(jìn)行預(yù)處理；③經(jīng)過(guò)預(yù)處理的纖維素原料直接進(jìn)入酯化工序。研究成果顯示：以預(yù)處理物料量計(jì)，平均轉(zhuǎn)化率達(dá)25%，其中，以谷物纖維為原料的轉(zhuǎn)化率可做到23.9%，米殼的轉(zhuǎn)化率為26.6%，麥稈為原料的轉(zhuǎn)化率達(dá)25.8%。

3.等離子體改性醋酯纖維。

程德亮等人采用低溫常壓等離子體對(duì)醋酯纖維進(jìn)行表面改性處理，結(jié)果表明經(jīng)低溫氬氣等離子體改性處理的醋酯纖維，表面出現(xiàn)了較大的溝槽和較多的突起，明顯增大了纖維的比表面積，其對(duì)煙焦油的吸附量比常規(guī)醋酯纖維高41.73%[5]，對(duì)等離子體處理醋酯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)具有非常重要的意義。

二、醋酸纖維的應(yīng)用

（一）醋酸纖維在卷煙行業(yè)的應(yīng)用

作為煙草行業(yè)卷煙的過(guò)濾嘴材料，醋酸纖維濾嘴是現(xiàn)今低焦油和高焦油卷煙消費(fèi)者都廣泛接受的機(jī)械過(guò)濾嘴。它無(wú)毒、無(wú)味、耐沖擊、耐油、不帶靜電、吸阻小、吸附力強(qiáng)，且具有很好的彈性和熱穩(wěn)定性，能選擇性的吸附煙氣中的有害成分，同時(shí)又保留一定的煙堿而不失煙草的口味[6]。

（二）醋酸纖維在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

CA中空纖維膜在血液透析器上的使用已較為普遍，其使用性能介于較為致密的超濾膜和比較疏松的反滲透膜之間。通常CA膜易受到微生物的侵蝕而使用壽命縮短，因此CA膜的改進(jìn)與提高的研究從未停止過(guò)。由醋酸纖維于對(duì)蛋白質(zhì)的移動(dòng)無(wú)阻力，在醫(yī)學(xué)上常被作為電泳的載體，顯示特定蛋白質(zhì)的有無(wú)及含量。醋酸纖維素膜電泳是20世紀(jì)50年代以后興起的一種以醋酸纖維素膜作為支持物的電泳技術(shù)，這種電泳技術(shù)不僅具有分辨力高、簡(jiǎn)單、快速、樣品需求量少和定量分析時(shí)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，而且還便于照相，透明的電泳圖譜可長(zhǎng)期保存，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床化驗(yàn)[7]。另外用醋酸短纖制成的無(wú)紡布可用于外科手術(shù)包扎，與傷口不黏連，是高級(jí)醫(yī)療衛(wèi)生材料。

（三）醋酸纖維在紡織行業(yè)的應(yīng)用

1.醋酸纖維及其織物的主要性能。

醋酸纖維制成的織物真正能夠迎合消費(fèi)者對(duì)服飾的美觀與舒適性合一的要求。其主要性能有：在化學(xué)纖維中最酷似真絲，光澤優(yōu)雅，染色鮮艷，染色牢度強(qiáng)手感柔軟滑爽，質(zhì)地輕，具有優(yōu)良的自然品質(zhì)感，穿著舒適回潮率低，彈性好，不易起皺，具有良好的懸垂性、熱塑性、尺寸穩(wěn)定性，不需要水洗定形有穩(wěn)定的抗起球性、抗靜電性，服裝外觀始終保持不變，吸濕性能不如黏膠好，可耐高溫熨燙和低溫打褶耐蟲(chóng)蛀和霉變，服裝可長(zhǎng)期存放不易污染，污跡易脫落、易洗滌、有生物降解性。

2.應(yīng)用于機(jī)織物。

由于纖維素醋酯具有舒適、懸垂性和可染等性能，使其在工作服、女裙及褲子的襯里上獲得廣泛應(yīng)用。醋酯織物一般需要干洗，從而也使其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。但是，醋酯纖維已大量用于機(jī)織和針織時(shí)裝面料，如：縐綢、緞紋、塔夫綢、提花織物、平針織物、拉舍爾以及服裝襯里的斜紋和塔夫綢。醋酯長(zhǎng)絲織物主要用于社交服、女式禮服、新娘服裝、家俱織物、窗簾織物、床單、醫(yī)用和外科用帶、運(yùn)動(dòng)護(hù)帶、裝飾織物、帶、人造花、燈罩、絲絨、女士服裝、木箱襯里等。醋酯纖維也可以同粘膠、尼龍、真絲和氨綸混紡制做各種時(shí)裝?；旒彿b具有較好的水洗，舒適和保形性能。

3.應(yīng)用于針織物。

用醋酯長(zhǎng)絲制造的經(jīng)編物可用作時(shí)裝、運(yùn)動(dòng)服、醫(yī)用繃帶和包扎帶、起絨晨衣以及花邊和鉤編花邊等裝飾織物。用醋酯或醋酯同聚酯和尼龍混紡的緯編織物可用來(lái)制做漂亮的時(shí)裝。

4.應(yīng)用于醋酯短纖維和非織造布。

醋酯短纖維經(jīng)梳理、干法和濕法鋪網(wǎng)可制造傷病人服裝、個(gè)人衛(wèi)生用材料、擦布以及特種紙。

三、結(jié)語(yǔ)

醋酸纖維是物理機(jī)械性能和化學(xué)性能都相對(duì)優(yōu)良的纖維，是可降解的生物友好型再生纖維素材料，廣泛應(yīng)用于卷煙、紡織、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)。雖然醋酸纖維的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是現(xiàn)在用于紡織品的醋酸纖維大部分還需要進(jìn)口，而且醋酸纖維的加工性能、服用性能還有待提高，醋酸纖維及其產(chǎn)品的許多性能和機(jī)理還有待進(jìn)一步研究與探討，所以加強(qiáng)醋酸纖維的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用依然是一個(gè)重要的課題。

[1]侯慶華，戴玲.紡織用醋酯長(zhǎng)絲的產(chǎn)品性能及應(yīng)用[J].合成纖維，2006，35（2）：1-5.

[2]王石磊.醋酸纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究[D].山東：青島大學(xué)，2010.

[3]侯慶華，戴玲.紡織用醋酯長(zhǎng)絲的產(chǎn)品性能及應(yīng)用[J].合成纖維，2006，35（2）：1-5.

[4]蘆長(zhǎng)椿.不斷進(jìn)步中的醋酯纖維技術(shù)與市場(chǎng)[J].合成纖維，2012，41（10）：34-38.

[5]程德亮，黃少毅，蔡再生等.等離子體改性醋酯纖維的煙焦油吸附性能[J].印染，2012，38（3）：5-8.

[6]林云.卷煙濾嘴研究進(jìn)展[J].科技信息，2013（25）：480.

[7]陳華絮，肖生鴻.關(guān)于提高血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳效果的探討[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2006（6）：15-18.☆