再生纤维素纤维

表2-4 浆粕的理想质量
指标名称 纤维素 杂度
聚合度分布 反应性能 纤维长度分布 浆粕成分均一性
理想要求 越高越好 越低越好 均匀一致，分布带越窄越好
优良 均匀 好
α－纤维素含量高、半纤维素含量低标志着浆粕纯 度高,在纤维生产中浆粕及CS２ 的单位消耗低,也容易进 行碱的回收。
浆粕中的杂质包括SiO２、铁、镁等,它们使粘胶的粘 度增高 ,并能与酸生成不溶性盐如 CaS0４、MgS0４,从而 降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。杂质中的铁、铜、锰 等能加速碱纤维素的老成降解,使工艺不稳定,最终
1.56g/cm3, 比热容为 0.32～0.33, 不溶于水、稀酸、稀 碱和一般的有机溶剂 ,但能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液 中,同时发生一定程度的分子链断裂,使聚合度降低。纤维 素能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体系中。 纤维素对金属离子具有交换吸附能力。纤维素中含杂质
如木质素及半纤维素越多,其对金属离子的吸附能力越强。 纤维素对金属离子的交换吸附能力与溶液的pHpH值有关,pH 值越高,交换吸附能力越强。
1、纤维素浆粕的制造 纤维素浆粕的生产过程与造纸工业的制浆过程区别
不大 , 但对浆粕的化学纯度及反应性能要求严格,对机 械强度等物理性质无特殊要求,因而生产工艺与造纸工 业有所不同。其生产工艺流程可用图2-4表示。
备料：制浆原料要进行预处理。甘蔗渣原料要经过 开松和除髓,除去其中的蔗髓及其它机械杂质；棉短绒则 要进行开松、除尘,除去砂粒和矿物性杂质以及棉籽壳 等；木材原料则要经过剥皮、除节、切片等处理。
纤维素一般具有良好的对水或其它溶液的吸附性。吸 附性的强弱与纤维素的结构及毛细管作用有关。
纤维素在200200℃以下热稳定性尚好；当温度高于200 时,纤维素的表面性质发生变化,聚合度下降。影响纤维素
裂解的因素除温度和时间外,水分和空气的存在亦有很大 关系。 4、纤维素的化学性质
在纤维素分子结构中,每个葡萄糖残基含有三个羟基 (－OH)及一个末端醛基,在某些化学试剂的作用下,纤维 素可发生一系列化学反应。
出来的那一部分纤维素。不能沉淀的部分为γ－纤维素。 聚合度越低纤维素越易溶解，显然，α－纤维素的聚合 度高于半纤维素的聚合度。α－纤维素的聚合度一般在 200以上，β－纤维素为140～200, 而γ－纤维素则为 10～140。浆粕的α－纤维素含量越高越好。
3、纤维素的物理性质 纤维素是白色、无味、无臭的物质。密度为1.50～
氧化反应: 纤维素对氧化剂十分敏感。受氧化剂
作用时, 纤维素分子中的部分羟基被氧化成羧基(-COOH) 或醛基(－CHO),同时分子链发生断裂,聚合度降低 。
与酸反应:纤维素与酸作用时,在适当的条件下会发生 酸性水解。这是由于纤维素大分子的配糖联接对酸不稳定 性引起的。纤维素的酸性水解,可分为单相及多相水解。 多相水解时,水解后的纤维素形态仍保持固态,并不溶解,
影响粘胶纤维的强度和色泽。杂质中的木质素具有特殊 的结构及反应基团,可降低浆粕的润湿能力,延缓老成速 度,在漂白时生成有色物质,使纤维产生色斑。木质素含 量过高,将最终导致粘胶纤维的柔软性变差。
纤维品种和生产方法的不同,对浆粕聚合度有不同 的要求,但都要求聚合度分布均匀。聚合度高于1200及低 于200的部分越少越好。较高聚合度的部分过多,其反应 性能差,并影响过滤性能；聚合度低于200的部分过多,则 成丝质量低劣,纤维品质差。
漂白：除去浆料中的有色杂质和残存的木素、灰分、 铁质 , 进一步提高纤维素的反应性能, 并最终调节纤维 素的聚合度。
漂白精选后的浆料送至抄浆机,在此成型、脱水、烘 干、整理并成包,即为成品浆粕。
2、粘胶纤维浆粕的质量要求 由于浆粕生产原料不同,纤维素纤维品种及制造方法、
工艺、设备不同 , 因此对纤维素浆粕的质量要求也不尽 相同。但均应具有纯度高,碱化及黄化时能与化学试剂迅 速而均匀地反应,纤维素酯在碱溶液中扩散及溶解性能良 好,并且有良好的过滤性能,以保证纺丝顺利进行。浆粕 的理想质量如表2-4所示。
蒸煮：植物原料经过以上的预处理后与蒸煮药剂混 合,在规定的温度与压力下进行蒸煮成为浆料。蒸煮工序 是制浆中的重要工序之一。根据蒸煮药剂的不同,
粘胶纤维浆粕生产的方法一般可分为三种,即亚硫酸盐法、 预水解硫酸盐法及苛性钠法。其中亚硫酸盐法适用于结 构紧密的纤维原料,如针叶木等。预水解硫酸盐法适用于 树脂和多缩戊糖含量高的植物纤维原料 , 如落叶松、阔 叶树及甘蔗渣等。苛性钠法适用于棉短绒制浆。对于禾 本科植物原料也有采用预水解苛性钠法和亚硫酸盐法制 浆。
均匀, 从而使以后的老成和黄化反应不均匀,制得的粘胶 过滤性能变坏,成品纤维的品质下降。所以含水率的波动 应控制±2% 范围内,否则要进行烘干及调湿处理。但目前 生产厂家一般都没有专门的调湿过程,而是通过加强浆粕 的生产、包装、运输和贮存过程的管理,在使用前将含水 率相近的浆粕进行混合和搭配,在使用时根据浆粕含水率 的不同而适当调整浸渍工艺,以制得符合要求的碱纤维素。
的溶剂化作用。纤维素大分子的溶剂化程度受溶液中离 子的水化能力和水化层厚度的影响。如果升高温度,使 水化层中水分子的热运动加剧,破坏水化层的稳定性而 使其减薄,将导致纤维素的溶胀度减小。提高碱浓度会 使结合到纤维素大分子上的离子数增加,溶胀度增大。 但当碱浓度超过一定限度时,溶胀度反而减小,这是由于 碱液中自由离子数大量增加,对结合到纤维素大分子上
一定的允许范围。品质差异太大,特别是相对分子质量 分布差异太大的浆粕不能相混。
浆粕的含水率直接影响粘胶生产工艺。但含水率的 高低并不是重要因素,只要相应地改变工艺条件亦可制 得符合工艺要求的碱纤维素。重要的是浆粕含水率的均 匀性。含水率波动,则浸渍时渗透到浆粕内的碱液被稀 释的浓度不同,浆粕的膨润不均匀,碱纤维素的生成也不
在蒸煮过程中,纤维细胞发生膨润,初生壁被破坏,浆粕 反应性能提高,大部分半纤维素及其它非纤维素化合物 得以除去,浆粕的聚合度降低。蒸煮条件则视纤维原料 的种类、化学组成、密度、水分、成熟程度及浆粕品质 要求不同而异。
精选：蒸煮后的浆料要经过洗涤、打浆、筛选、除 砂、浓缩等过程,以提高其纯度和反应性能。
浆粕经过浸渍以后,必须与过剩的碱液加以分离。
因为过量的水和碱会直接影响黄化反应的正常进行,还 会发生多种副反应,消耗大量的二硫化碳,所以浸渍后的 纤维素需要进行压榨,使α-纤维素含量控制在28%～ 30%,NaOH含量控制在16%～17% 范围内。
经过压榨后的碱纤维素非常致密,表面积减小,所以必须 进行粉碎,使其成为细小的松屑粒状,从而增加了碱纤维 素反应的表面积,使在以后各工序中的反应能够更加均 匀地进行。 4、碱纤维素的老成
四个过程：(1)、粘胶的制备；(2)、纺前准备；(程为：
二、碱纤维素的制备
1、浆粕的准备 浆粕的生产一般是分批进行的,各批浆粕之间往往存
在着一定的差异,特别是当浆粕的原料品种或质量变化较 大以及生产工艺控制出现波动时,就会对粘胶生产产生很 大的影响。为了减小各批浆粕之间的品质差异,通常采用 多批混合的方法。在混合时,各批浆粕的品质差异应有
这种不溶解的纤维素称为水解纤维素。水解后，纤维素 聚合度降低。单相水解时,纤维素首先溶解,然后发生水 解,聚合度下降。如条件剧烈,则水解的最终产物为葡萄 糖。
与碱反应:纤维素与碱作用时,在适当条件下发生配 糖联接碱性降解及端基的“剥皮”反应, 导致纤维素的 聚合度降低。纤维素与浓NaOH溶液作用,生成碱纤维素。
浆粕中的树脂含量少,则有利过滤；树脂含量多,则
影响黄化反应的均匀性,并容易堵塞喷丝头。
第三节 粘胶原液的制备
一、粘胶纤维的生产过程
粘胶纤维的原料和成品,其化学组成都是纤维素,仅 仅是形态、结构以及物理机械性质发生了变化。粘胶纤 维的生产任务,就是通过化学和机械的方法,将浆粕中很 短的纤维制成各种形态并具有所要求品质、适合各种用 途的纤维成品。各种粘胶纤维的生产，都必须经过下列
碱纤维素是制备纤维素酯或醚的中间产物。 酯化反应:纤维素与各种无机酸和有机酸反应,生成
各种酯化物,如硝化纤维素、酯酸纤维素、纤维素黄酸 酯等。
醚化反应:纤维素与卤代烷、卤代酸或硫酸酯作用 生成纤维素醚,比较重要的有:纤维素甲基醚、乙基醚及 羧甲基纤维素(CMC)等,它们有广泛的用途。
三、纤维素浆粕
的水产生了竞争,使离子水化层变薄,溶胀度反而减小。 如果在碱液中含有能降低钠离子水化作用的各种盐类, 同样也会削弱纤维素的膨润效果。因此,当碳酸钠、氯 化钠等杂质存在时,对纤维素的浸渍是不利的。 (3)、浸渍过程的工艺参数 ①碱液浓度：理论上,常温下当碱液中碱的质量分数在 10%～12%时纤维素的溶胀最剧烈。实际生产中,还必须
2、纤维素浸渍 (1)、浸渍过程中化学及物理化学变化: 浸渍是粘胶纤维 原液制备的重要工序。碱与纤维素的相互作用,通常可分 为两个阶段。首先生成加成化合物：
加成化合物还可进一步形成醇化物：
这一过程进行得极快,只需数分钟。生成的碱纤维 素的γ值在100左右。即平均一个葡萄糖残基结合一个分 子的氢氧化钠,其结合形式既有可能是醇钠形式 (C6H9O4ONa),又有可能出现分子化合物的形式 (C6H1005·NaOH·nH20)。一般在纤维素大分子上酸性较强 的仲羟基有可能生成醇钠,而在酸性较弱的伯羟基上则生 成分子化合物。
考虑碱化过程中产生的水分和浆粕中的水分。因此,通 常浸渍碱的质量分数控制在18%～20% 。 ②浸渍时间：生成碱纤维素的反应时间很短,但浆粕从 湿润到碱液逐步向纤维素内部渗透达到均匀的程度,需 要一定的时间,而半纤维素的溶出则需要更长的时间。 浸渍时间的长短主要取决于浆粕的结构形式,浸渍方式 以及浸渍工艺。通常古典法为45～60min,连续法15～
老成是借空气中的氧化作用,使碱纤维素分子链断 裂,聚合度下降,以达到适当调整粘胶粘度的目的。
碱纤维素老成的程度,主要通过调节老成时间、老成温度 及采用氧化剂或催化剂来控制。延长老成时间,可以增加 碱纤维素氧化降解的程度；提高老成温度,则可加快碱纤 维素氧化降解反应进行的速度,但是温度过高,裂解剧烈, 纤维素分子链长分布均匀性变差。因此,低温长时间比高 温老成效果好。实际的老成温度应根据生产的纤维品种 和设备而定。另外,如含锰、钴等化合物能
浆粕的反应性能实质是一种综合指标,对粘胶纤维 生产具有重要意义。反应性能好，NaOH 和 CS２的
消耗量少,溶解性能和过滤性能好,所得到的粘胶可纺性 好。浆粕的反应性能包括纤维素大分子的均一性；纤维 素形态结构,即纤维长度及纤维初生壁破坏程度,以及植 物纤维的生长条件等。
另外,若吸碱性能差,则浆粕浸渍时易上浮,浆粥浓度 不易均匀,不利于生产工艺的控制。
第二章 再生纤维素纤维
第一节 概述
2、纤维素的分类 纤维素不是一种均一的物质,而是一种不同相对分子
质量的混合物。在工业上分为: α－纤维素、β－纤维 素、γ－纤维素。后两种纤维素统称为半纤维素。
α－纤维素是植物纤维素在特定条件下不溶于20℃ 的17.5%NaOH溶液的部分；溶解的部分称为半纤维素。β －纤维素是以上溶解部分用酯酸中和又重新沉淀分离。
与此同时,纤维素在浸渍过程中除以上的化学变化 外,还要发生溶胀和部分低分子溶出,纤维素的聚合度有 所降低。纤维素的形态结构受到破坏,超分子结构也发 生了变化。纤维素对各种化学试剂的反应能力有所提高, 从而有利于黄化反应的进行。
(2)影响纤维素溶胀作用的因素:浆粕的膨润作用, 包含了纤维间毛细管水的凝聚作用和纤维素分子上羟基
20min, 五合机法为 3Omin。 ③浸渍温度：碱化反应是放热反应,低温有利于溶胀和 使半纤维素充分溶出。升高温度会使碱纤维素发生水解 反应。因此浸渍温度不宜太高。对于不同的浆粕原料和 设备,浸渍温度有较大的差异。一般古典法为20℃左右, 连续法为40～60℃,五合机法为30～60 ℃。
④浸渍浴比：浆粕的绝干重量和碱液体积之比,称为浴 比。增大浴比,可以增加碱液与纤维素的接触机会,提高 浸渍碱的均匀。但浴比过大,会影响单机生产能力,反而 会造成碱化不匀。一般连续法为1：20～1：40,五合机 法为1：2～l：3。 3、碱纤维素的压榨与粉碎