醋酸纤维的生产工艺、研究进展及市场分析

醋酸纤维的生产工艺、研究进展及市场分析

摘要：介绍了醋酸纤维的生产工艺及研究进展，并对醋酸纤维的国内外生产情况和市场需求，应用前景

关键词：醋酸纤维；生产工艺；研究进展；市场分析；应用前景

l概述

醋酸纤维素（Cellulose Acetate，以下简写为CA，或称为乙酸纤维素，纤维素乙酸酯），结构式可表示为：(C6H7O2)(OOCCH3)3n。首次制备于1865年，是纤维素的乙酸酯。纤维素以醋酸或醋酐在催化剂作用下进行酯化，而得到的一种热塑性树脂，纤维素分子中羟基用醋酸酯化后得到的一种化学改性的天然高聚物。其性能取决于乙酰化程度。

醋酸纤维素是纤维素中的羟基被酯化而生成的。按乙酰基含量不同，分为三个品种：其中乙酰基含量在31%-35%时，称为一醋酸纤维素；乙酰基含量在

38%-41.5%时，称为二醋酸纤维素；乙酰基含量大于43%时，称为三醋酸纤维素。通常醋酯纤维即指二型醋酯纤维，俗称醋片（以下统称醋片）。它可用于制造纺织品、酸纤维素纺成的醋酸纤维有醋酸丝束、醋酸长丝。CA用于照相胶片的片基，是某些黏合剂的组份之一；也用作合成纤维。醋酯纤维由瑞士人H.德雷富斯和C.德雷富斯兄弟开发。他们将生产清漆用醋酸纤维素溶于丙酮后经喷丝头压出，在热空气流中溶剂挥发，细流形成纤维。在20世纪20年代投入工业生产。，目前在纤维素纤维中是仅次于粘胶纤维。占世界化纤总产量的3%，占纤维素纤维产量的35%左右。

2二醋酸纤维的生产工艺

二醋酸纤维生产工艺包括醋片单元、稀醋酸回收单元、丝束单元和丙酮回收单元。

2．1醋片单元

生产醋片的主要原料是纤维素。纤维素和醋酐反应生成三醋酸纤维素，再根据需要进行部分水解得到二醋酸纤维素，其主要反应包括乙酰化反应和部分水解反应。按照反应使用溶剂与否，分溶剂法和非溶剂法两大类，工业上最常用的是

溶剂法：以无水醋酸和醋酐的混合物为醋化剂，醋酸为稀释剂，硫酸为催化剂。溶剂法又分均相法和非均相法：均相法采用醋酸或二氯甲烷作溶剂；非均相法在乙酰化时，加有惰性溶剂(四氯化碳、苯、甲苯)，使生成的三醋酸纤维素不溶解，必须再使之溶解后方可进行水解。目前世界上醋酸纤维生产工艺广泛采用醋酸均相法工艺。

醋片生产工艺按照反应温度分为低温法和中高温法。传统低温法起始温度为5℃，反应终点温度为38℃，低温法硫酸用量一般大于10％。由于纤维素酯化是个放热反应，放热程度与催化剂硫酸加量成正比，为防止纤维素降解必须维持较低的温度，因而整个系统必须冷却，冷能消耗很大。另外反应中液比高达1：8，需要大量醋酸做溶剂，一方面增大了醋酸消耗，另一方面加大了稀醋酸回收单元的能耗。相比而言，采用高温法，催化剂用量大为减少，并且使用组合催化剂和抗氧化剂等使纤维素酯化反应可以在较高温度(70—90℃)下进行，减少了冷能消耗，同时液比也可以降至1：(5—6)。目前，国内外多趋于发展中高温醋化工艺。

溶剂法制造二醋酸纤维素的主要工艺流程为：①木浆粕(硬木浆或软木浆)

经粉碎后在预处理器里用冰醋酸进行活化，使纤维链的摹团膨化，以利于酯化反应。②活化后的木浆在催化剂硫酸的作用下和醋酸一醋酐的混合物在夹套式醋化器里发生酯化反应。反应必须在夹套里通冷冻盐水，以及时移走反应热。③从醋化器出来的浆液里，每个葡萄糖中的乙酰数略小于3。通过水解器对其进行部分水解，以使醋化度降到产品要求的范围，不同的产品其醋化程度不同，二醋酸纤维素的乙酰基数平均为2．4。适时加水使醋片沉析出来。④沉析出来的醋片经水洗后从稀醋酸中分离出来进入干燥器，稀醋酸进入稀醋酸回收单元。在干燥器里，通蒸汽将湿醋片干燥至含湿量1％～5％，干燥后即得成品二醋片。

2．2稀醋酸回收单元

由于生产每吨醋片约产生12 t稀醋酸(浓度约30％)，因此必须对其进行回收，首先用过滤器将悬浮于稀醋酸中的醋片杂质过滤掉，为降低能耗，工业上采用萃取精馏方法进行分离。

2．3丝束单元

醋酸纤维工业广泛采用的是干式纺丝法，工艺为：①将二醋片溶解在丙酮中，溶解的同时加入助滤剂和二氧化钛。然后进行多级压缩过滤，以滤掉纺丝溶液中

的胶质和固体杂质。粘度是纺丝溶液最重要的指标，要将其控制在一定范围内。

②过滤后的浆液通过精密计量泵以恒定的流量送往喷丝头进行喷丝，喷出的丝在纺丝筒里用热空气将丙酮蒸发至丙酮回收单元。丙酮在空气中极易爆炸，因此必须控制流出的丙酮气体浓度，不能超过爆炸下限(体积比2．5％)的90％：③丝束出纺丝机后进入卷曲机、干燥机，以除掉残余的丙酮和水分，之后进入摆丝机和打包机，丝柬压实并进行包装和捆扎。

2．4丙酮回收单元

设置丙酮同收单元的目的是将在纺丝过程中蒸发出的丙酮加以回收。方法有冷凝法、液体吸收法和固体吸收剂吸附法。由于冷凝法回收率较低，故一般采用吸收法和吸附法。①吸收法，含有丙酮的空气经过洗涤塔进行水洗，丙酮被水吸收成为10％左右的水溶液，然后对其进行精馏。回收率在夏季约为90％一93％，冬季约92％～95％。②吸附法，吸附法的丙酮回收率较高，可达到98％，此法在醋酸纤维工业中被广泛采用。从纺丝单元过来的丙酮空气混合物首先被冷却到35℃以下，进入吸附床被活性炭吸附，然后用低压蒸汽将活性炭中的丙酮脱附出来，再将水蒸气和丙酮的混合物冷凝成15％一40％的水溶液，最后进行精馏。4国内研究进展

目前，醋酸纤维生产技术由国外几家大公司所垄断，国内已建成的醋酸纤维生产企业，其技术分别引进自美围塞拉尼斯和日本大赛璐公司。近年来，国内科研院所在醋酸纤维的生产工艺上也取得了一些进展。

市售产品可分为一般的醋酸纤维素(乙酰基含量37%～40%)。常加入增塑剂用作注塑制件如牙刷把、刷子等。高乙酰含量的醋酸纤维素(乙酰基含量40%～42%)，白色粒状、粉状或棉状固体。对光稳定，不易燃烧，在稀酸、汽油、矿物油和植物油中稳定，在三氯甲烷中溶胀，溶于丙酮、醋酸甲酯等，能为稀碱液侵蚀，具有坚韧、透明、光泽好等优点，熔融流动性好，易成型加工。二氯甲烷均相法采用精制棉短绒和醋酐，以乙酰硫酸为触媒，在溶剂二氯甲烷存在下进行酯化，部分水解，可得到结合醋酸含量在60%±0.5%范围内的醋酸纤维素。传统方法是将精制棉短绒干燥，用醋酸活化，在硫酸触媒存在下，用醋酸和醋酐混合液乙酰化，然后加稀醋酸水解到所属之取代度，中和触媒，沉析，脱酸洗涤，精煮干燥得成品。经部分水解的称二醋酸纤维素，酯化度γ值220～270。未经水解