gl_第二章 再生纤维素纤维

第二章再生纤维素纤维

第一节概述

纤维素是自然界赐予人类的最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是可再生的资源。自古以来人们就懂得用棉花织布及用木材造纸，但直到1838年，法国科学家Anselme Payen对大量植物细胞经过详细的分析发现它们都具有相同的一种物质，他把这种物质命名为纤维素（Cellulose）。据科学家估计，自然界通过光合作用每年可产生几千亿吨的纤维素，然而，只有大约六十亿吨的纤维素被人们所使用。纤维素可以广泛应用于人类的日常生活中，与人类生活和社会文明息息相关。利用纤维素生产再生纤维素纤维是纤维素应用较早和非常成功的应用实例。早在1891年，克罗斯（Cross），贝文(Bevan)和比德尔（Beadle）等首先制成了纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶”。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。1893年由此发展成为一种最早制备化学纤维的方法。到1905年,Mueller等发明了稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴,使粘胶纤维性能得到较大

改善,从而实现了粘胶纤维的工业化生产。这种方法得到的再生纤维素纤维就是人们至今一直应用的粘胶纤维。目前，再生纤维素纤维的生产方法具体有如下几种：

1、粘胶法：粘胶纤维

2、溶剂法：铜氨纤维；Lyocell纤维等；

3、纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维素氨基甲酸酯(cellulose Carbamate)纤

维

4、闪爆法：新纤维素纤维

5、熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维

环境友好的并可能工业化生产的为属于生产第三代纤维素纤维的N－甲基吗啉－N－氧化物（NMMO）法和CC法。但是，目前纤维素纤维的主要生产方法还是以粘胶法为主，产量占90％以上。所以，我们将主要介绍粘胶纤维。

粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量巨大、用途广泛的化学纤维。据其结构和性能可分为以下品种:

(Polynosic)()

,

由于原料丰富，性能优良，自工业化以来，粘胶纤维得到了不断的完善和发展。在本世纪30年代末期,出现了强力粘胶纤维；50年代初期,高湿模量粘胶纤维实现了工业化；60年代初期,粘胶纤维的发展达到高峰,其产量占化学纤维总产量的80%以上。由于合成纤维的兴起,从60年代中期起,粘胶纤维的发展趋于平缓,到1968年产量开始落后于合成纤维。目前世界粘胶纤维的产量约300万吨,约占化学纤维总产量的10%。在粘胶纤维中,短纤维的产量约占三分之二,其余三分之一是粘胶长丝和强力纤维。我国自解放后,粘胶纤维的生产才刚刚起步,随后得到迅速发展,先后建成了近50家中小型粘胶纤维厂,遍及全国20多个省、市、自治区。近年其产量又得到较大发展。到2003年粘胶纤维总产量达到70多万吨,产量位居世界第一。除普通品种外,改性粘胶纤维也有生产。在改进生产设备,及生产工艺方面,都取得了明显成就。

粘胶纤维在70年代由于合成纤维的兴起及本身的"三废"问题的影响，其发展处于停滞状态,由于它与合成纤维具有各自的优缺点，在化学纤维中仍占有不可忽视的地位。粘胶纤维虽然湿强低,织物易变形褶皱,但其它具有吸湿性好、透气性强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可以生物降解等优良性能。这恰好可以弥补合成纤维的不足。因此,粘胶纤维与合成纤维按一定比例混纺或交织,可以相互取长补短,提高织物的服用性能。

合成纤维主要原料是不同地质时期形成的石油、煤、天然气，这些原料的贮藏量虽然很大,但消耗量大,而且实际上是难以恢复的。据专家预测，地球上的石油资源到本世纪中叶将要耗尽。而粘胶纤维的原料纤维素来自植物资源,贮备量很大,而且有巨大的再生量（100亿吨/年～1000亿吨/年）。只要有阳光和水,树木及含有丰富纤维素的植物和农作物就能不断生长，这些原料目前只有极少的一部分被粘胶纤维工业所利用。随着科学技木的发展,可被利用的植物将逐步增多。因此,粘胶纤维的原料丰富而易得,为其发展提供了可靠的保证。

通过各种方法对粘胶纤维进行改性,可以制得兼有粘胶纤维与合成纤维优良性能及特殊功能的纤维素纤维,从而又促进了粘胶纤维的进一步发展。

此外,开发对环境友好型非粘胶法纤维素纤维绿色生产工艺受到了国内外专家的普遍关注，寻找少毒或无毒纺丝工艺；建立完善的回收体系；对"三废"进行综合治理；改造生产设备,提生产自动化、连续化；可使纤维素纤维生产更具活力。其中溶剂直接溶解纤维素、纺制纤维素纤维的研究,从根本上改革粘胶体系并解决"三废"污染问题的生产工艺已在国外实现了工业化,这将是纤维素纤维工业的发展方向,也是纤维

素纤维工业的重大变革。

第二节生产纤维素纤维的基本原料

一、植物纤维原料的来源及其化学成分

植物纤维是制造纤维素浆粕的原料,纤维素浆粕是生产再生纤维素纤维的原料。所谓植物纤维是植物的一种细胞。植物细胞由细胞膜、细胞壁、细胞质和细胞核组成。在植物细胞形成过程中，首先是在原生质体的外表面形成细胞膜,细胞膜很快生长加厚形成细胞壁。当细胞壁形成后,其原生质体消失,在细胞的中心形成细胞腔,其中充满水和空气,这时细胞已变成了中空细长的形态,称为植物纤维。制造纤维素纤维的植物纤维原料主要有以下来源。

1、木材纤维

木材纤维可分为针叶木和阔叶木两类。阔叶木如桦木、白杨、栗木、山毛榉等,针叶木如落叶松、鱼鳞松、云南松、云杉、铁杉、马尾松等。针叶木是制造纤维素纤维的优质原料,阔叶木也可以用于制造纤维素纤维。

木材的化学成分因品种、生长条件及生长部位的不同而有较大差异。我国几种木材的化学成分如表2-1。

表2-1几种木材的化学成分（单位：%）

2、棉纤维

棉纤维属种子纤维,附着在棉籽壳上的短纤维为棉短绒,它不能直接作为纺织原料,而是制造纤维素纤维的优质原料。

品种

成分

针

叶

木阔

叶

木冷杉马尾松云南松白杨桦木分9.32118.1711.6013.35——分0.310.990.500.34 1.430.33出物

冷水

0.96 1.92 2.50—— 1.52——2.35 4.56 2.80 3.39 3.19 2.61NaOH

10.6814.5114.6714.43——25.060.890.21 3.06 3.95 3.59 3.930.590.72————0.51——1.28 1.08————————29.1231.6527.7927.9423.8423.8411.45

10.7911.4010.4117.31——-纤维素

48.4545.9358.7946.5446.7944.58——

——

58.79

——

60.33

59.97