粘胶纤维

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(1)定义:浆粕在20℃,用17.5%NaOH溶液处理45min,溶解的那部 分纤维素(β纤维素:聚合度50~200;γ纤维素:聚合度<50) (2)影响:半纤维素的危害
影响浸渍: 半纤维素→溶于碱液→碱液粘度↑→碱液向浆粕内部的扩散↓→浆粕中半纤 维素溶出率↓→碱纤维素质量不匀 延长老成时间: 半纤维素平均聚合度<纤维素平均聚合度→前者链末端基(醛基)潜在数 量↑→醛基易被氧化→消耗反应 介质中的氧→碱纤维素老化时间↑ 影响黄化: 半纤维素→黄化速度比甲纤快→消耗CS2↑→碱纤维素酯化度↓→黄酸酯溶 解↓ 影响粘胶过滤: 半纤维素→碱纤维素酯化度↓→黄酸酯溶解↓→粘胶过滤↓ →其末端潜在醛 基氧化成的羧基与灰分中的金属离子(Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+)形 成粘性极强的络合物→粘胶过滤↓ 影响纤维物理机械性能: 半纤维素→粘胶纤维物理机械性能↓
一次浸渍的不足:一次浸渍经压榨后碱纤维素组成:α-纤维素33%,氢氧化钠 16.5%,其中仅有25%的氢氧化钠与纤维素结合,75%的碱液呈游离状态 黄化副反应: 75%的碱液呈游离状态要消耗25%CS2 解决: 二次浸渍
二次浸渍特点:
浆粕+16~20%碱液,温度40~60℃→压去多余的碱液→24~33%碱纤维素 24~33%碱纤维素+9~11%碱液,温度20~30℃→纤维素充分膨胀,半纤维素 充分溶出。再次压榨的碱纤维素含碱量12%,大大降低黄化CS2量
影响压榨的因素: 浆粕:
棉浆较木浆容易压榨;膨胀度小的较膨胀度大的容易压榨;短纤维的碱纤维素层 的透液能力差,再加上短纤维被压榨液带走而使碱液中悬浮物增多或堵塞压 辊的沟道或孔眼,压榨困难;
浸液:
浸渍时,凡能使纤维素膨润和使浆粥粘度上升的因素→压榨困难
设备:
连续式浸压机因压辊的沟槽或网眼堵塞,压榨困难和压榨不匀
黄化机
(4)黄化工艺控制:
浆粕质量:
同种类型浆粕:浆粕质量差(反应性能↓、含杂↑)→黄化副反 应 ↑→粘胶质量↓→二硫化碳消耗↑ 不同类型浆粕:二硫化碳消耗:草浆>棉浆>木浆
碱纤维素中含游离碱及粉碎度的影响:
游离碱量:碱纤维素压榨↓→含碱↑→黄化时副反应↑ 水量:碱纤维素压榨↓→含水↑→黄酸钠的酯化度↓→粘胶过虑 ↓ 粉碎度:粉碎度↓→碱纤维素与二硫化碳接触不充分→黄化反应 均匀↓→黄酸钠的酯化度↓→粘胶过滤↓
化学反应 主反应:纤维素葡萄糖基环第二位碳原子上的仲羟基,处于甙键的α-位
置,负电性极强(较强的酸性),与碱作用容易形成醇化物, 纤维素葡萄糖基环第六位上的伯羟基酸性较弱,则容易生成加成物
副反应:半纤维素碱化反应、部分纤维素的碱性氧化降解 纤维素碱化时的结构变化
NaOH浓度10~20%,温度0~30℃时制得的碱纤维素Ⅰ才具有实际用途,其组 成为:C6H10O5· NaOH· 3H2O 纤维素Tg180℃→一般情况下不结晶→碱化→碱纤维素Tg0~20℃→结晶度↑
长丝:吸碱值600±100%(棉浆:一级品);膨润度300~450% 短纤:吸碱值600±100%(棉浆:一级品);膨润度300~450% 吸碱值↑↑→浆粕表面迅速膨润→毛细管堵塞→碱液渗透↓ →碱纤维素压榨↓ 吸碱值↓↓→浆粕浸渍不均匀
8.含水率:
一定含水率,10%
二、其他化工原料:
1.烧碱:苛性钠或火碱,NaOH,纤维素碱化 2.二硫化碳:碱纤维素黄化 3.硫酸:0.8~1.5t/t纤维 4.硫酸钠 5.硫酸锌 6.水: 工艺用水:溶液配制、纤维洗涤——软水 一般用水:冷却、洗涤——清净水(经混凝和过滤处理)
2.灰分:
Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+与半纤维素形成粘性极强的络合物→粘胶过滤↓ Fe2+、Mn2+、Co2+→促进老成→老成工艺难以控制→粘胶粘度波动 Fe2+→粘胶颜色灰暗、发黑 长丝:灰分<0.12%(棉浆);0.1%(木浆) 短纤:灰分<0.15%(棉浆);0.12%(木浆)
3.半纤维素:
浆粕的膨化和半纤维素的溶出
膨化:→黄化时CS2向内扩散速度↑→黄化反应↑ →纤维素大分子间的氢键 被破坏→羟基游离出来→ 黄化反应↑→半纤维素的溶出↑
(2)碱纤维素的压榨和粉碎
压榨:浆粕经浸渍后压出多余碱液 过程:碱液流经毛细孔而被排出;弹性的多孔物质(碱纤 维素)被压缩而 变形 粉碎:将纤维素撕碎→微粒(0.1~5.0mm)→反应表面积↑
半纤维素含量:
半纤维素↑→争夺空气中氧↑→正常碱纤维素老成受阻↑→老成速度↓
碱纤维素组成:
压榨后碱纤维素中α-纤维素↑、碱和水↓→碱纤维素内部空隙↑→碱纤 维素与氧接触↑→老成速度↑
杂质:
氧化剂或氧化的催化剂(铁、铝、镍、氯、钴、锰)→催化老成反应→ 老成速度↑
还原剂(金、银)→老成速度↓ 碱纤维素的压榨和粉碎度:
粘胶纤维
以天然纤维素(浆粕)为基本原料,转化为纤维素黄 酸酯溶液再纺制而成的再生纤维素纤维
粘胶短纤维
普通粘胶长丝
有色粘胶长丝
抗菌粘胶长丝
第一节 粘胶纤维概论
一、分类
二、基本生产过程
1.粘胶的制备: 浸渍、压榨、粉碎、 老成、黄化、溶解 2.粘胶的纺前准备: 混合、过滤、脱泡 3.粘胶的纺丝及 纤维的拉伸: 4.粘胶纤维后处理: 水洗、脱硫、漂白、 酸洗、上油、干燥、 (长丝:加捻、络筒; 短纤:切断、打包)
富纤用浆粕
人造棉用浆粕
780±25
500±20
人造丝用浆粕
帘子线用浆粕
550~600
930±30
6.反应性能: (1)定义:制取粘胶所需的CS2的最小量 反应性能好的浆粕,消耗较少量的二硫化碳和烧碱,就能制得过 滤性能好的粘胶
7.吸碱值和膨润度:
(1)定义:吸碱值(重量膨润度);膨润度(体积膨润度) (2)大小:
黄化溶解液浓度及加入量:
预碱化:黄化前加入溶解碱进行预碱化(碱纤维素膨化→有利于 碱纤维素与二硫化碳的黄化反应) 预碱化目的:碱纤维素中α-纤维素的含量29~31%→20~ 22%,,碱大于13% 黄化溶解液浓度: 由粘胶中含碱量决定; 浓度↑→碱纤维素膨化 ↑→有利于黄化 浓度↓→含水↑→黄酸钠的酯化度↓→粘胶过滤↓
第三节 普通粘胶短纤维
1—喂粕机 2—浸渍桶 8—黄化机 9—溶解机 15—集束架 16—塑化浴
图 粘胶短纤维生产工艺流程 3—压力平衡桶 4—浆粥泵 5—压榨机 6—粉碎机 7—老成鼓 10—混合机 11—过滤机 12—中间桶 13—脱泡桶 14—纺丝机 17—切断机 18—淋洗机 19—开松机 20—干燥机 21—打包机
2、碱纤维素生产的方法及设备
1、间歇法(古典法):各工序粉皮、间歇进行——少用 2、五合机法:将碱纤维素制备与粘胶制备过程(碱化、粉碎、老成、黄化、 初溶解)在同一设备中完成——原料浆粕纯度要求高,少用 3、连续法:浸渍、压榨、粉碎连续进行,自动化控制~浸压粉联合机
图 LR型连续浸压粉联合机流程示意图 1—浆粕输送带;2—碱液计量桶;3—浸渍桶;4—浆粥泵; 5—压力平衡桶;6—压榨机;7—预粉碎辊;8—输送带;9—粉碎机; 10—压实机;11—冲洗减液泵;12—工作碱液桶;13—碱液泵
(2)压榨
作用:
压出多余碱;除去半纤维素及杂质;提高碱纤维素纯度;减少黄化副反应; 压榨倍数:浆粕浸渍压榨后重量/浆粕干基重量;3左右 压榨倍数↑↑→碱纤维压得过干,对下道工序不利 压榨倍数↓↓→残留在碱纤维素中的碱、半纤维素、杂质↑ 压榨后碱纤维素组成:α-纤维素30~31%,氢氧化钠16~17%
4.木素:
木素→浆粕膨润性↓→反应性↓ 木素→木素中含有易氧化的羰基→消耗反应介质中的氧→碱纤维素老化时间 ↑ 木素→漂白生成氯化木素→脱硫浴中形成有色物→纤维斑点 木素→纤维发硬
5.平均聚合度:
影响纤维强度,要求聚合度均匀;500~1000 平均聚合度↑↑→粘度↑↑→过滤困难
品种
聚合度
品种
聚合度
(3)粉碎:
作用:
坚硬板块→粉碎→细小、松散屑状→比表面积↑→老成时与空气接触↑→老成均 匀wenku.baidu.com
粉碎度:
酚酞红色消失的时间s,连续法110s;五合机90s
粉碎温度:
粉碎终温与老成温度相符,20℃(始温);终温24~25℃
4、碱站:
作用:
为浆粕浸渍、纤维素黄酸酯溶解、纤维后处理的脱硫提供碱液
任务:
浓碱液的准备; 碱液的调配;碱液的回收; 半纤维素:<15g/L→不除去半纤维素 半纤维素:>15g/L→(透析法)除去半纤维素
浸渍桶 1—投料口 2—出料口 3—调温水夹套电 4—套筒 5—搅拌轴 6—假底 7—进碱口
3、连续浸压粉工艺控制 (1)浸渍:
浸渍时间:碱纤维素生成:3~5min;半纤维素溶出40min(静止);为更 多溶出半纤维素及杂质,60~120min(间歇);15~30min(连续:搅 拌→有利于半纤维素溶出) 浸渍温度:碱纤维素的生成反应是放热反应20~30℃(间歇);40~70℃ (连续) 浸渍碱液浓度:实际值比理论(10~12%)高(反应生成水、浆粕本身含 水);18~22%(230~245g/L) 浸渍碱液中含杂量:<20~30g/L 浆粥浓度:100L浆粥含有的绝干浆粕的重量(kg)——4~6% 二次浸渍:
混粕→浸渍→压榨→粉碎→老成→黄化→后溶解→过滤→熟成脱泡→纺丝→塑化拉伸→切断→淋洗→干燥→打包
一、粘胶的制备
(一)浆粕的准备 1.浆粕的贮存:一个月生产用量 2.浆粕的调湿:
含水量大小:不重要(只要相应改变工艺条件即可) 喂粨机 含水量波动:±2% 影响:波动↑→浸渍时渗透到浆粕内的碱液被稀释的浓度不同→ 浆粕膨润性不均匀→碱纤维素不均匀→老成、黄化不均匀→粘 胶过滤↓→成品纤维质量↓ 方法:烘干、调湿处理
3、老成机理:
纤维素的氧化降解:
空气中的氧对纤维素在碱性介质中的氧化反应是生成游离基的连锁反应(链的引 发、连锁反应、自行催化作用、链的终止)
纤维素的结构降解:
纤维素的整列区的结晶组分被破坏→分离成由大分子组成的细束
4、影响老成因素:
老成温度:温度↑→老成速度↑
常温老成(18~25℃) 中温老成(30~34℃)普通粘较长丝 高温老成(50~60℃)普通粘较短纤维 老成时间:老成时间↑→碱纤维素的氧化降解↑→聚合度↓ 常温老成40~60h;中温老成12~18h;高温老成1~5h;
二硫化碳加入量:=30~35%甲纤(此时,酯化度50,溶于稀碱和水) 二硫化碳↑→影响粘胶熟成,生产成本↑ 二硫化碳↓→黄化反应不完全 黄化温度:初温21~22℃,终温23~24℃, 黄化温度↑→黄化反应速度↑ →纤维素氧化裂解速度↑→聚合度 ↓ →黄 化反应(放热)→黄酸钠的酯化度↓ 黄化反应是放热反应,故夹套冷却水
碱站流程:
(三)碱纤维素的老成
定义: 碱纤维素在恒温下保持一定时间,在空气中氧化降解,聚合物下降至 工艺要求 粘胶纤维制备过程中聚合度变化:
亚硫酸木浆: 浸渍 粉碎 老成 黄化 熟成 纤维制品 800~1000 750~900 700~850(连续法); 600~700(古典法) 450~550 350~400 350~400 330~400
粘胶纤维生产流程图
第二节 粘胶纤维生产用原料
一、浆粕
棉浆、木浆——硫酸盐法、亚硫酸盐法、碱法
1.α-纤维素(甲纤):
α-纤维素↑→制得纤维质量↑ →浆粕生产成本↑
长丝浆:α-纤维素>95.5%(棉浆);90%(木浆) 短纤浆:α-纤维素>92%(棉浆);88%(木浆) 富强纤维浆:α-纤维素97.8% 强力浆:α-纤维素98.5%
3.浆粕的混合:
目的:减少或消除各批浆粕间品质的差异 原则:混粕批数:6~16个批号;批数越多→混粕均匀性↑→粘胶 质量稳定
浆粕
(二)碱纤维素的制备
浆粕的浸渍(碱化)、碱纤维素的压榨、碱纤维素的粉碎
1.碱纤维素制备原理:纤维素的浸渍(碱化),纤维素在碱液中变 成碱纤维素;溶出半纤维素;浆粕膨化提高反应性
压榨倍数↑或游离碱量↑→降解↓→老成速度↓ 粉碎度↑→碱纤维素比表面积↑→老成速度↑
大气压力:
压力↑→老成速度↑
黄化副反应:
CS2与NaOH反应:
纤维素黄酸酯水解和皂化:
半纤维素的黄化反应及其黄化产物的分解
(四)纤维素黄酸酯的制备及溶解:
1、黄化:
碱纤维素与二硫化碳发生化学反应,生成纤维素黄酸钠的过程 目的:黄酸基团引入→纤维素大分子间距↑→大分子间作用力↓黄 酸基团(亲水)→溶剂化↑→纤维素黄酸酯稀碱溶液 碱纤维素黄化原理: 黄化主反应:碱纤维素+二硫化碳→纤维素黄酸钠+水+热量
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