再生纖維素纖維

1、關(guān)于再生纖維素纖維第1頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四纖維素（Cellulose）最豐富的天然高分子物質(zhì)，它不僅來(lái)源豐富，而且是可再生的資源。自然界通過(guò)光合作用每年可產(chǎn)生幾千億噸的纖維素，只有大約六十億噸的纖維素被人們所使用。纖維素可以廣泛應(yīng)用于人類的日常生活中，與人類生活和社會(huì)文明息息相關(guān)。第2頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四自古以來(lái), 棉花織布、木材造紙；1838年，法國(guó)科學(xué)家 Anselme Payen 對(duì)大量植物細(xì)胞經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)纖維素（Cellulose）；1891年，克羅斯（Cross），貝文(Bevan)和比德?tīng)枺˙ea

2、dle）等首先制成了纖維素黃酸鈉溶液，由于這種溶液的粘度很大，因而命名為“粘膠”。粘膠遇酸后，纖維素又重新析出；1893年由此發(fā)展成為一種最早制備化學(xué)纖維的方法；1905年,Mueller等發(fā)明了稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴,使粘膠纖維性能得到較大改善,從而實(shí)現(xiàn)了粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展歷史第3頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四自工業(yè)化以來(lái)，粘膠纖維得到了不斷的完善和發(fā)展本世紀(jì) 30 年代末期,出現(xiàn)了強(qiáng)力粘膠纖維；50年代初期,高濕模量粘膠纖維實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化；60年代初期,粘膠纖維的發(fā)展達(dá)到高峰,其產(chǎn)量占化學(xué)纖維總產(chǎn)量的80%以上；從60年代中期起,粘膠纖維的發(fā)展趨于平緩

3、,到1968年產(chǎn)量開(kāi)始落后于合成纖維；目前世界粘膠纖維的產(chǎn)量約300萬(wàn)噸,約占化學(xué)纖維總產(chǎn)量的10% ；在粘膠纖維中,短纖維的產(chǎn)量約占三分之二, 其余三分之一是粘膠長(zhǎng)絲和強(qiáng)力纖維第4頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四我國(guó)自解放后,粘膠纖維的生產(chǎn)才剛剛起步,隨后得到迅速發(fā)展,先后建成了近50家中小型粘膠纖維廠,遍及全國(guó)20多個(gè)省、市、自治區(qū)；到2003年粘膠纖維總產(chǎn)量達(dá)到70多萬(wàn)噸,產(chǎn)量位居世界第一。除普通品種外,改性粘膠纖維也有生產(chǎn)。在改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備,及生產(chǎn)工藝方面,都取得了明顯成就。第5頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四再生纖維素纖維的生產(chǎn)方

4、法1、粘膠法：粘膠纖維2、溶劑法：銅氨纖維；Lyocell纖維等； 3、纖維素氨基甲酸酯法（CC法）：纖維素氨基甲酸酯(cellulose Carbamate)纖維.4、閃爆法：新纖維素纖維5、熔融增塑紡絲法：新纖維素纖維 環(huán)境友好的并可能工業(yè)化生產(chǎn)的為屬于生產(chǎn)第三代纖維素纖維的N甲基嗎啉N氧化物（NMMO）法和CC法。但是，目前纖維素纖維的主要生產(chǎn)方法還是以粘膠法為主，產(chǎn)量占90以上。第6頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四粘膠纖維普通纖維高強(qiáng)高濕模類纖維強(qiáng)力纖維改性及特種纖維：接枝纖維、阻燃纖維、中空纖維短纖維：棉型纖維，毛型纖維長(zhǎng)絲波里諾西克纖維（polynosi

5、c）高強(qiáng)高模纖維高卷曲、高彈性纖維普通強(qiáng)力纖維超強(qiáng)力纖維粘膠纖維是一類歷史悠久、技術(shù)成熟、產(chǎn)量巨大、用途廣泛的化學(xué)纖維。據(jù)其結(jié)構(gòu)和性能可分為以下品種:第7頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四粘膠纖維雖然濕強(qiáng)低,織物易變形褶皺,但其它具有吸濕性好、透氣性強(qiáng)、染色性好、穿著舒適、易于紡織加工、可以生物降解等優(yōu)良性能。這恰好可以彌補(bǔ)合成纖維的不足。因此,粘膠纖維與合成纖維按一定比例混紡或交織,可以相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,提高織物的服用性能。合成纖維主要原料是不可再生的石化原料，本世紀(jì)中葉將要耗盡；而粘膠纖維的原料纖維素來(lái)自植物資源,貯備量很大，可再生通過(guò)各種方法對(duì)粘膠纖維進(jìn)行改性,可以

6、制得兼有粘膠纖維與合成纖維優(yōu)良性能及特殊功能的纖維素纖維,從而促進(jìn)了粘膠纖維的進(jìn)一步發(fā)展。第8頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 第二節(jié) 生產(chǎn)纖維素纖維的基本原料一、植物纖維原料的來(lái)源及其化學(xué)成分 植物纖維是制造纖維素漿粕的原料,纖維素漿粕是生產(chǎn)再生纖維素纖維的原料。制造纖維素纖維的植物纖維原料主要有以下來(lái)源木材纖維棉纖維禾本科植物纖維第9頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四1、木材纖維 木材纖維可分為針葉木和闊葉木兩類。闊葉木如樺木、白楊、栗木、山毛櫸等,針葉木如落葉松、魚(yú)鱗松、云南松、云杉、鐵杉、馬尾松等。針葉木是制造纖維素纖維的優(yōu)質(zhì)原料,

7、闊葉木也可以用于制造纖維素纖維。 木材的化學(xué)成分因品種、生長(zhǎng)條件及生長(zhǎng)部位的不同而有較 大差異。 我國(guó)幾種木材的化學(xué)成分如表2-1。第10頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 品種成分針 葉 木闊 葉 木魚(yú)鱗松冷杉馬尾松云南松白楊樺木水 分9.32118.1711.6013.35灰 分0.310.990.500.341.430.33抽出物冷水0.961.922.501.52熱水2.354.562.803.393.192.611% NaOH10.6814.5114.6714.4325.06有機(jī)溶劑抽出物0.890.213.063.953.593.93蛋白質(zhì)0.590.72

8、0.51果膠質(zhì)1.281.08木質(zhì)29.1231.6527.7927.9423.8423.84戊糖11.4510.7911.4010.4117.31-纖維素48.4545.9358.7946.5446.7944.58全纖維素58.7960.3359.97表2-1 幾種木材的化學(xué)成分 （單位：%）第11頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 2、棉纖維 棉纖維屬種子纖維,附著在棉籽殼上的短纖維為棉短絨,它不能直接作為紡織原料,而是制造纖維素纖維的優(yōu)質(zhì)原料。 棉短絨和棉纖維的化學(xué)成分無(wú)多大差異,只是纖維素的含量稍低,灰分等雜質(zhì)較多,如表 2-2所示。第12頁(yè)，共167頁(yè)，20

9、22年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四成分棉纖維棉短絨成分棉纖維棉短絨纖維素95979091果膠質(zhì)和戊糖1.21.9脂肪和蠟0.50.60.51.O木素3 氮1.O1.10.20.3灰分1.141.01.5 表 2-2 一般成熟的棉纖維和棉短絨的化學(xué)成分( 單位：%)第13頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 3、禾本科植物纖維 禾本科植物纖維包括竹、蘆葦、麥桿、甘蔗渣、高梁稈、玉米稈、棉稈等,這些也可以作為制造纖維素纖維的原料。目前我國(guó)已經(jīng)有用甘蔗渣、竹子漿粕用作粘膠纖維。 蔗渣的化學(xué)成分與甘蔗的品種、生長(zhǎng)時(shí)間和榨蔗的工藝條件有關(guān),同一根甘蔗各部位的化學(xué)成分也有差異

10、。第14頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四甘蔗渣的化學(xué)成分如表2-3所示。 表2-3 甘蔗渣化學(xué)成分分析表 (單位:%) 成分 名稱灰分熱水抽出物1%NaOH抽出物木素樹(shù)脂戊糖全纖維素鐵質(zhì)/mgkg-1未除髓2.472.7433.7320.121.6827.1343.31168除髓（45%）1.492.5731.5920.011.6327.6043.58127蔗髓4.672.8439.3119.532.2226.8938.15483第15頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四成分名稱灰分熱水抽出物1%NaOH抽出物木素樹(shù)脂戊糖全纖維素鐵質(zhì)/mgk

11、g-1未除髓2.472.7433.7320.121.6827.1343.31168除髓（45%）1.492.5731.5920.011.6327.6043.58127蔗髓4.672.8439.3119.532.2226.8938.15483成分名稱灰分熱水抽出物1%NaOH抽出物木素樹(shù)脂戊糖全纖維素鐵質(zhì)/mgkg-1未除髓2.472.7433.7320.121.6827.1343.31168除髓（45%）1.492.5731.5920.011.6327.6043.58127蔗髓4.672.8439.3119.532.2226.8938.15483成分名稱灰分熱水抽出物1%NaOH抽出物木素樹(shù)脂

12、戊糖全纖維素鐵質(zhì)/mgkg-1未除髓2.472.7433.7320.121.6827.1343.31168除髓（45%）1.492.5731.5920.011.6327.6043.58127第16頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四除髓（45%）1.492.5731.5920.011.6327.6043.58127蔗髓4.672.8439.3119.532.2226.8938.15483成分名稱灰分熱水抽出物1%NaOH抽出物木素樹(shù)脂戊糖全纖維素鐵質(zhì)/mgkg-1未除髓2.472.7433.7320.121.6827.1343.31168除髓（45%）1.492.573

13、1.5920.011.6327.6043.58127蔗髓4.672.8439.3119.532.2226.8938.15483第17頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為纖維素結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)相態(tài),即所謂的結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)。認(rèn)為纖維素的結(jié)構(gòu)是許多大分子形成的連續(xù)結(jié)構(gòu),在大分子致密的地方,它們平行排列定向良好,并構(gòu)成纖維素的高序結(jié)晶部分。當(dāng)致密度較小時(shí),大分子彼此之間的結(jié)合程度亦較弱,有較大的空隙部分,分子鏈分布也不完全平行,構(gòu)成纖維素的無(wú)定形部分。纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為纖維素結(jié)構(gòu)中包含結(jié)晶部分和無(wú)定形部分,這是目前普遍被承認(rèn)的纖維素的結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，共167頁(yè)

14、，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四對(duì)結(jié)晶部分和無(wú)定形部分的分布,則沒(méi)有一致的觀點(diǎn)。例如,有人認(rèn)為無(wú)定形部分是由結(jié)晶部分伸出來(lái)的分子鏈所組成,結(jié)晶部分和無(wú)定形部分之間由分子鏈貫穿,而二者之間沒(méi)有嚴(yán)格的界面,如圖2-1所示。有人則認(rèn)為結(jié)晶部分是由折疊鏈構(gòu)成的,如圖2-2所示。 纓狀微胞結(jié)構(gòu)是普通粘膠纖維的結(jié)構(gòu)形式第19頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四圖2-1 纖維素的纓狀微胞結(jié)構(gòu)模型圖2-2 修正的纓狀微胞結(jié)構(gòu)模型第20頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四纓狀原纖結(jié)構(gòu)理論和纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論都認(rèn)為纖維素結(jié)構(gòu)中包含結(jié)晶部分和無(wú)定形部分；二

15、者的區(qū)別是：纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為結(jié)晶區(qū)較短,而纓狀原纖結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為結(jié)晶區(qū)較長(zhǎng), 晶區(qū)是長(zhǎng)鏈分子的小片斷構(gòu)成的,長(zhǎng)鏈分布依次地通過(guò)結(jié)晶的原纖和它們中間的非晶區(qū),如圖 2-3所示。天然纖維素纖維、波里諾西克纖維、高溫模量纖維和Lyocell纖維都具有纓狀原纖結(jié)構(gòu)。第21頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 第22頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2、纖維素的分類 纖維素不是一種均一的物質(zhì),而是一種不同相對(duì)分子質(zhì)量的混合物。在工業(yè)上分為: 纖維素、纖維素、纖維素。后兩種纖維素統(tǒng)稱為半纖維素。纖維素是植物纖維素在特定條件下不溶于20的17.5% NaO

16、H溶液的部分；溶解的部分稱為半纖維素。纖維素是以上溶解部分用酯酸中和又重新沉淀分離出來(lái)的那一部分纖維素。不能沉淀的部分為纖維素。第23頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四聚合度越低纖維素越易溶解，顯然，纖維素的聚合度高于半纖維素的聚合度。 纖維素的聚合度一般在200以上， 纖維素為140200, 纖維素則為 10140。漿粕的纖維素含量越高越好。第24頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四3、纖維素的物理性質(zhì) 纖維素是白色、無(wú)味、無(wú)臭的物質(zhì)。密度為1.501.56g/cm3, 比熱容為 0.320.33, 不溶于水、稀酸、稀堿和一般的有機(jī)溶劑 ,能

17、溶解在濃硫酸和濃氯化鋅溶液中,同時(shí)發(fā)生一定程度的分子鏈斷裂,使聚合度降低。纖維素能很好地溶解在銅氨溶液和復(fù)合有機(jī)溶液體系中。第25頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四纖維素對(duì)金屬離子具有交換吸附能力。纖維素中含雜質(zhì)如木質(zhì)素及半纖維素越多,其對(duì)金屬離子的吸附能力越強(qiáng)。纖維素對(duì)金屬離子的交換吸附能力與溶液的pH值有關(guān),pH值越高,交換吸附能力越強(qiáng)。纖維素一般具有良好的對(duì)水或其它溶液的吸附性。吸附性的強(qiáng)弱與纖維素的結(jié)構(gòu)及毛細(xì)管作用有關(guān)。纖維素在200以下熱穩(wěn)定性尚好；當(dāng)溫度高于200時(shí),纖維素的表面性質(zhì)發(fā)生變化,聚合度下降。影響纖維素裂解的因素除溫度和時(shí)間外,水分和空氣的存在

18、亦有很大關(guān)系。第26頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四4、纖維素的化學(xué)性質(zhì) 在纖維素分子結(jié)構(gòu)中,每個(gè)葡萄糖殘基含有三個(gè)羥基(OH)及一個(gè)末端醛基,在某些化學(xué)試劑的作用下,纖維素可發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。氧化反應(yīng): 纖維素對(duì)氧化劑十分敏感。受氧化劑作用時(shí), 纖維素分子中的部分羥基被氧化成羧基(-COOH)或醛基(CHO),同時(shí)分子鏈發(fā)生斷裂,聚合度降低；與酸反應(yīng):纖維素與酸作用時(shí),在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生酸性水解。這是由于纖維素大分子的配糖聯(lián)接對(duì)酸不穩(wěn)定性引起的。纖維素的酸性水解,可分為單相及多相水解。多相水解時(shí),水解后的纖維素形態(tài)仍保持固態(tài),并不溶解；這種不溶解的纖維素稱為水

19、解纖維素。水解后，纖維素聚合度降低。單相水解時(shí),纖維素首先溶解,然后發(fā)生水解,聚合度下降。如條件劇烈,則水解的最終產(chǎn)物為葡萄糖。第27頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四與堿反應(yīng):纖維素與堿作用時(shí),在適當(dāng)條件下發(fā)生配糖聯(lián)接堿性降解及端基的“剝皮”反應(yīng), 導(dǎo)致纖維素的聚合度降低。纖維素與濃NaOH溶液作用,生成堿纖維素。堿纖維素是制備纖維素酯或醚的中間產(chǎn)物。酯化反應(yīng):纖維素與各種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸反應(yīng),生成各種酯化物,如硝化纖維素、酯酸纖維素、纖維素黃酸酯等。醚化反應(yīng):纖維素與鹵代烷、鹵代酸或硫酸酯作用生成纖維素醚,比較重要的有:纖維素甲基醚、乙基醚及羧甲基纖維素(CMC)等

20、,它們有廣泛的用途。第28頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四三、纖維素漿粕1、纖維素漿粕的制造 纖維素漿粕的生產(chǎn)過(guò)程與造紙工業(yè)的制漿過(guò)程區(qū)別不大 , 但對(duì)漿粕的化學(xué)純度及反應(yīng)性能要求嚴(yán)格,對(duì)機(jī)械強(qiáng)度等物理性質(zhì)無(wú)特殊要求,因而生產(chǎn)工藝與造紙工業(yè)有所不同。其生產(chǎn)工藝流程可用圖2-4表示。第29頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四甘蔗渣棉短絨木材備料蒸煮漂前精選漂白漂后精選抄漿脫水、烘干漿粕圖2-4漿粕生產(chǎn)流程示意圖第30頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四備料制漿原料要進(jìn)行預(yù)處理。甘蔗渣原料要經(jīng)過(guò)開(kāi)松和除髓,除去其中的蔗髓及

21、其它機(jī)械雜質(zhì)；棉短絨則要進(jìn)行開(kāi)松、除塵,除去砂粒和礦物性雜質(zhì)以及棉籽殼等；木材原料則要經(jīng)過(guò)剝皮、除節(jié)、切片等處理。第31頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四蒸煮植物原料經(jīng)過(guò)以上的預(yù)處理后與蒸煮藥劑混合,在規(guī)定的溫度與壓力下進(jìn)行蒸煮成為漿料。根據(jù)蒸煮藥劑的不同,粘膠纖維漿粕生產(chǎn)的方法一般可分為三種,即亞硫酸鹽法、預(yù)水解硫酸鹽法及苛性鈉法。亞硫酸鹽法適用于結(jié)構(gòu)緊密的纖維原料,如針葉木等。預(yù)水解硫酸鹽法適用于樹(shù)脂和多縮戊糖含量高的植物纖維原料 , 如落葉松、闊葉樹(shù)及甘蔗渣等?？列遭c法適用于棉短絨制漿。對(duì)于禾本科植物原料也有采用預(yù)水解苛性鈉法和亞硫酸鹽法制漿。在蒸煮過(guò)程中,纖維

22、細(xì)胞發(fā)生膨潤(rùn),初生壁被破壞,漿粕反應(yīng)性能提高,大部分半纖維素及其它非纖維素化合物得以除去,漿粕的聚合度降低。蒸煮條件則視纖維原料的種類、化學(xué)組成、密度、水分、成熟程度及漿粕品質(zhì)要求不同而異。 第32頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四精選 蒸煮后的漿料要經(jīng)過(guò)洗滌、打漿、篩選、除砂、濃縮等過(guò)程,以提高其純度和反應(yīng)性能。 漂白 除去漿料中的有色雜質(zhì)和殘存的木素、灰分、鐵質(zhì) , 進(jìn)一步提高纖維素的反應(yīng)性能, 并最終調(diào)節(jié)纖維素的聚合度。漂白精選后的漿料送至抄漿機(jī),在此成型、脫水、烘干、整理并成包,即為成品漿粕。 第33頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四

23、2、粘膠纖維漿粕的質(zhì)量要求 由于漿粕生產(chǎn)原料不同,纖維素纖維品種及制造方法、工藝、設(shè)備不同 , 因此對(duì)纖維素漿粕的質(zhì)量要求也不盡相同。但均應(yīng)具有純度高,堿化及黃化時(shí)能與化學(xué)試劑迅速而均勻地反應(yīng),纖維素酯在堿溶液中擴(kuò)散及溶解性能良好,并且有良好的過(guò)濾性能,以保證紡絲順利進(jìn)行。漿粕的理想質(zhì)量如表2-4所示。第34頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 表2-4 漿粕的理想質(zhì)量指標(biāo)名稱理想要求纖維素越高越好雜度越低越好聚合度分布均勻一致，分布帶越窄越好反應(yīng)性能優(yōu)良纖維長(zhǎng)度分布均勻漿粕成分均一性好第35頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四纖維素含量高、半纖

24、維素含量低標(biāo)志著漿粕純度高,在纖維生產(chǎn)中漿粕及CS 的單位消耗低,也容易進(jìn)行堿的回收。漿粕中的雜質(zhì)包括 SiO、鐵、鎂等,它們使粘膠的粘度增高 ,并能與酸生成不溶性鹽如 CaS0、MgS0,從而降低酸浴的透明度或堵塞噴絲頭。鐵、銅、錳等能加速堿纖維素的老成降解,使工藝不穩(wěn)定,最終影響粘膠纖維的強(qiáng)度和色澤。木質(zhì)素具有特殊的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)基團(tuán),可降低漿粕的潤(rùn)濕能力,延緩老成速度,在漂白時(shí)生成有色物質(zhì),使纖維產(chǎn)生色斑。木質(zhì)素含量過(guò)高,將最終導(dǎo)致粘膠纖維的柔軟性變差。第36頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四木質(zhì)素（lignin）結(jié)構(gòu)第37頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，1

25、0點(diǎn)21分，星期四漿粕聚合度的要求分布均勻 聚合度高于1200及低于200的部分越少越好。 較高聚合度的部分過(guò)多,其反應(yīng)性能差,并影響過(guò)濾性能； 聚合度低于200的部分過(guò)多,則成絲質(zhì)量低劣,纖維品質(zhì)差。漿粕的反應(yīng)性能好，NaOH 和 CS的消耗量少,溶解性能和過(guò)濾性能好,所得到的粘膠可紡性好。漿粕的反應(yīng)性能包括纖維素大分子的均一性；纖維素形態(tài)結(jié)構(gòu),即纖維長(zhǎng)度及纖維初生壁破壞程度,以及植物纖維的生長(zhǎng)條件等。吸堿性能差,則漿粕浸漬時(shí)易上浮,漿粥濃度不易均勻,不利于生產(chǎn)工藝的控制。漿粕中的樹(shù)脂含量少,則有利過(guò)濾；樹(shù)脂含量多,則影響黃化反應(yīng)的均勻性,并容易堵塞噴絲頭。第38頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，

26、5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 第三節(jié) 粘膠原液的制備一、粘膠纖維的生產(chǎn)過(guò)程 粘膠纖維的原料和成品,其化學(xué)組成都是纖維素,僅僅是形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及物理機(jī)械性質(zhì)發(fā)生了變化。粘膠纖維的生產(chǎn)任務(wù),就是通過(guò)化學(xué)和機(jī)械的方法,將漿粕中很短的纖維制成各種形態(tài)并具有所要求品質(zhì)、適合各種用途的纖維成品。各種粘膠纖維的生產(chǎn)，都必須經(jīng)過(guò)下列第39頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四四個(gè)過(guò)程：(1)、粘膠的制備；(2)、紡前準(zhǔn)備； (3)、纖維成形； (4)、纖維的后處理。其具體生產(chǎn)工藝流程為：漿粕浸漬壓榨粉碎堿纖維素老成黃化纖維素磺酸鈉溶解粘膠混合過(guò)濾熟成脫泡紡絲后處理（水洗、脫硫、漂白、酸

27、洗）上油烘干粘膠纖維第40頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四二、堿纖維素的制備1、漿粕的準(zhǔn)備 漿粕的生產(chǎn)一般是分批進(jìn)行的,各批漿粕之間往往存在著一定的差異,特別是當(dāng)漿粕的原料品種或質(zhì)量變化較大以及生產(chǎn)工藝控制出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),就會(huì)對(duì)粘膠生產(chǎn)產(chǎn)生很大的影響。為了減小各批漿粕之間的品質(zhì)差異,通常采用多批混合的方法。在混合時(shí),各批漿粕的品質(zhì)差異應(yīng)有一定的允許范圍。品質(zhì)差異太大,特別是相對(duì)分子質(zhì)量分布差異太大的漿粕不能相混。第41頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四漿粕的含水率直接影響粘膠生產(chǎn)工藝。但含水率的高低并不是重要因素,只要相應(yīng)地改變工藝條件亦可制得

28、符合工藝要求的堿纖維素。重要的是漿粕含水率的均勻性。含水率波動(dòng),則浸漬時(shí)滲透到漿粕內(nèi)的堿液被稀釋的濃度不同,漿粕的膨潤(rùn)不均勻,堿纖維素的生成也不均勻, 從而使以后的老成和黃化反應(yīng)不均勻,制得的粘膠過(guò)濾性能變壞,成品纖維的品質(zhì)下降。所以含水率的波動(dòng)應(yīng)控制2% 范圍內(nèi),否則要進(jìn)行烘干及調(diào)濕處理。但目前生產(chǎn)廠家一般都沒(méi)有專門的調(diào)濕過(guò)程,而是通過(guò)加強(qiáng)漿粕的生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸和貯存過(guò)程的管理,在使用前將含水率相近的漿粕進(jìn)行混合和搭配,在使用時(shí)根據(jù)漿粕含水率的不同而適當(dāng)調(diào)整浸漬工藝,以制得符合要求的堿纖維素。第42頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2、纖維素浸漬(NaOH溶液)(1

29、)、浸漬過(guò)程中化學(xué)及物理化學(xué)變化: 堿與纖維素的相互作用,通?？煞譃閮蓚€(gè)階段。首先生成加成化合物：加成化合物還可進(jìn)一步形成醇化物：第43頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四反應(yīng)進(jìn)行得極快,只需數(shù)分鐘。生成的堿纖維素的值在100左右。即平均一個(gè)葡萄糖殘基結(jié)合一個(gè)分子的氫氧化鈉。其結(jié)合形式為醇鈉形式(C6H9O4ONa)或分子化合物的形式 (C6H10O5NaOHnH2O)。一般在纖維素大分子上酸性較強(qiáng)的仲羥基有可能生成醇鈉,而在酸性較弱的伯羥基上則生成分子化合物。纖維素在浸漬過(guò)程中除以上的化學(xué)變化外,還要發(fā)生溶脹和部分低分子溶出,纖維素的聚合度有所降低。纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)受

30、到破壞,超分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。纖維素對(duì)各種化學(xué)試劑的反應(yīng)能力有所提高,從而有利于黃化反應(yīng)的進(jìn)行。第44頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(2)影響纖維素溶脹作用的因素 漿粕的膨潤(rùn)作用,包含了纖維間毛細(xì)管水的凝聚作用和纖維素分子上羥基的溶劑化作用。纖維素大分子的溶劑化程度受溶液中離子的水化能力和水化層厚度的影響。升高溫度,使水化層中水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇,破壞水化層的穩(wěn)定性而使其減薄,將導(dǎo)致纖維素的溶脹度減小。提高堿濃度會(huì)使結(jié)合到纖維素大分子上的離子數(shù)增加,溶脹度增大。但當(dāng)堿濃度超過(guò)一定限度時(shí),溶脹度反而減小,這是由于堿液中自由離子數(shù)大量增加,對(duì)結(jié)合到纖維素大分子上的水產(chǎn)

31、生了競(jìng)爭(zhēng),使離子水化層變薄,溶脹度反而減小。如果在堿液中含有能降低鈉離子水化作用的各種鹽類,同樣也會(huì)削弱纖維素的膨潤(rùn)效果。因此,當(dāng)碳酸鈉、氯化鈉等雜質(zhì)存在時(shí),對(duì)纖維素的浸漬是不利的。第45頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(3)、浸漬過(guò)程的工藝參數(shù)堿液濃度 理論上,常溫下當(dāng)堿液中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%12%時(shí)纖維素的溶脹最劇烈。實(shí)際生產(chǎn)中,還必須考慮堿化過(guò)程中產(chǎn)生的水分和漿粕中的水分。因此,通常浸漬堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在18%20% 。 浸漬時(shí)間 生成堿纖維素的反應(yīng)時(shí)間很短,但漿粕從濕潤(rùn)到堿液逐步向纖維素內(nèi)部滲透達(dá)到均勻的程度,需要一定的時(shí)間,而半纖維素的溶出則需要更長(zhǎng)的時(shí)

32、間。浸漬時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于漿粕的結(jié)構(gòu)形式,浸漬方式以及浸漬工藝。通常古典法為4560 min,連續(xù)法15 20 min, 五合機(jī)法為 3Omin。第46頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四浸漬溫度 堿化反應(yīng)是放熱反應(yīng),低溫有利于溶脹和使半纖維素充分溶出。升高溫度會(huì)使堿纖維素發(fā)生水解反應(yīng)。因此浸漬溫度不宜太高。對(duì)于不同的漿粕原料和設(shè)備,浸漬溫度有較大的差異。一般古典法為20左右,連續(xù)法為4060,五合機(jī)法為3060 。浸漬浴比漿粕的絕干重量和堿液體積之比,稱為浴比。增大浴比,可以增加堿液與纖維素的接觸機(jī)會(huì),提高浸漬堿的均勻。但浴比過(guò)大,會(huì)影響單機(jī)生產(chǎn)能力,反而會(huì)造成堿化

33、不勻。 一般連續(xù)法為1：201：40,五合機(jī)法為1：2l：3。第47頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四漿粕經(jīng)過(guò)浸漬以后,必須與過(guò)剩的堿液加以分離。因?yàn)檫^(guò)量的水和堿會(huì)直接影響黃化反應(yīng)的正常進(jìn)行,還會(huì)發(fā)生多種副反應(yīng),消耗大量的二硫化碳,所以浸漬后的纖維素需要進(jìn)行壓榨,使-纖維素含量控制在28%30%,NaOH含量控制在16%17% 范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)壓榨后的堿纖維素非常致密,表面積減小, 所以必須進(jìn)行粉碎,使其成為細(xì)小的松屑粒狀,從而增加了堿纖維素反應(yīng)的表面積,使在以后各工序中的反應(yīng)能夠更加均勻地進(jìn)行。3、堿纖維素的壓榨與粉碎 第48頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10

34、點(diǎn)21分，星期四4、堿纖維素的老成 老成是借空氣中的氧化作用,使堿纖維素分子鏈斷裂,聚合度下降,以達(dá)到適當(dāng)調(diào)整粘膠粘度的目的。堿纖維素老成的程度,主要通過(guò)調(diào)節(jié)老成時(shí)間、老成溫度及采用氧化劑或催化劑來(lái)控制。延長(zhǎng)老成時(shí)間,可以增加堿纖維素氧化降解的程度；提高老成溫度,則可加快堿纖維素氧化降解反應(yīng)進(jìn)行的速度,但是溫度過(guò)高,裂解劇烈,纖維素分子鏈長(zhǎng)分布均勻性變差。因此,低溫長(zhǎng)時(shí)間比高溫老成效果好。實(shí)際的老成溫度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的纖維品種和設(shè)備而定。含錳、鈷等化合物能明顯加速堿纖維素降解,縮短老成時(shí)間。第49頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四漿粕浸漬壓榨粉碎堿纖維素老成黃化纖維素磺酸

35、鈉溶解粘膠混合過(guò)濾熟成脫泡紡絲后處理（水洗、脫硫、漂白、酸洗）上油烘干粘膠纖維三、纖維素黃酸酯的制備第50頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四三、纖維素黃酸酯的制備1、堿纖維素的黃化反應(yīng) 黃化是粘膠制造工藝中非常重要的一步。黃化使難溶解的纖維素變成可溶性的纖維素黃酸酯。反應(yīng)過(guò)程如下: C6H10O5ONaOHnH2O+CS2黃化反應(yīng)首先發(fā)生在纖維素大分子的無(wú)定形區(qū),以及結(jié)晶區(qū)表面,并逐步向結(jié)晶區(qū)內(nèi)部滲入。與此同時(shí)，堿纖維素的超分子結(jié)構(gòu)受到破壞，從而提高其溶解性。第51頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2CS2+6NaOHNa2S+Na2CO3+

36、Na2CS3+3H2O 2、黃化時(shí)的副反應(yīng) 在黃化時(shí),堿纖維素中存在的大量游離堿,與二硫化碳可發(fā)生一系列的副反應(yīng)Na2CS3+Na2CO3+H2S+H2O3CS2+6NaOH2 Na2CS3+Na2CO3+3H2OCS2+4NaOHNa2CO3+2NaHS+H2O副反應(yīng)產(chǎn)物三硫代碳酸鈉(Na2CS3) 是一種油狀桔紅色物質(zhì),它使黃酸酯著色。由于黃化反應(yīng)中主、副反應(yīng)是同時(shí)進(jìn)行的,所以根據(jù)體系色澤的變化可以判斷黃化反應(yīng)的終點(diǎn)。第52頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 3、黃化反應(yīng)的機(jī)理 黃化反應(yīng)主要是氣固相反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程包括 （1）二硫化碳蒸氣按擴(kuò)散機(jī)理從堿纖維素表面向內(nèi)

37、部滲透的過(guò)程, （2）二硫化碳在滲透部分與堿纖維素上的羥基進(jìn)行反應(yīng)的過(guò)程。黃化反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以低溫有利黃化反應(yīng),而較高溫度則容易生成更多的副產(chǎn)物。黃化反應(yīng)是可逆反應(yīng),主要取決于燒堿和二硫化碳的濃度。二硫化碳對(duì)堿纖維素的滲透，在無(wú)定形區(qū)易于進(jìn)行、而結(jié)晶區(qū)的二硫化碳主要在微晶表面進(jìn)行局部化學(xué)反應(yīng)。在溶解過(guò)程中,甚至在以后的粘膠溶液中,二硫化碳繼續(xù)向微晶內(nèi)部滲透,稱之為后黃化 。因此,二硫化碳的擴(kuò)散和吸附對(duì)反應(yīng)起著重要作用。第53頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四漿粕浸漬壓榨粉碎堿纖維素老成黃化纖維素磺酸鈉溶解粘膠混合過(guò)濾熟成脫泡紡絲后處理（水洗、脫硫、漂白、酸洗）上油

38、烘干粘膠纖維四、纖維素黃酸酯的溶解和混合第54頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四1、纖維素黃酸酯的溶解 纖維素黃酸酯與溶劑接觸 ,首先黃酸基因會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的溶劑化作用,纖維素開(kāi)始溶脹,大分子之間的距離增大。當(dāng)有足夠量的溶劑存在時(shí),纖維素黃酸酯就大量吸收溶劑分子而無(wú)限溶脹,纖維素的晶格徹底破壞,大分子不斷分散,直至形成均相的粘膠溶液。纖維素黃酸酯的溶解過(guò)程在帶攪拌的溶解釜內(nèi)進(jìn)行。塊狀分散的纖維素黃酸酯在此經(jīng)連續(xù)攪拌和循環(huán)研磨,逐步被粉碎成細(xì)小顆粒,從而加速溶解過(guò)程。溶解過(guò)程中,甚至溶解結(jié)束后若干小時(shí)內(nèi),黃酸基團(tuán)沿著纖維素大分子鏈繼續(xù)再分配,使黃化較充分部分的黃酸基團(tuán)結(jié)合在

39、黃化不充分的部分,這種作用稱為脫黃化和再黃化。第55頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2、堿纖維素黃酸酯的混合 溶解過(guò)程實(shí)際包括兩個(gè)階段,即粉碎和混合階段。在開(kāi)始溶解時(shí), 存在著黃酸酯團(tuán)塊,研磨粉碎作用是主要的,隨著黃酸酯團(tuán)塊的消失,粉碎逐漸不起作用。在溶解的最后階段主要是混合作用。溶解結(jié)束后,為了盡量減小各批粘膠間的質(zhì)量差異,需將溶解終了的數(shù)批粘膠進(jìn)行混合,使粘膠均勻,易于紡絲。第56頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四五、粘膠的紡前準(zhǔn)備：熟成，過(guò)濾，脫泡漿粕浸漬壓榨粉碎堿纖維素老成黃化纖維素磺酸鈉溶解粘膠混合過(guò)濾熟成脫泡紡絲后處理（水洗、脫

40、硫、漂白、酸洗）上油烘干粘膠纖維第57頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(1)粘膠在熟成過(guò)程中的化學(xué)變化1、粘膠的熟成 纖維素黃酸酯在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,既使在常溫下放置也會(huì)引起逐步分解,酯化度下降。粘膠在放置過(guò)程中發(fā)生一系列的化學(xué)和物理化學(xué)變化,稱為粘膠的熟成。皂化反應(yīng)水解反應(yīng)第58頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四水解反應(yīng)和皂化反應(yīng)同時(shí)存在。當(dāng)粘膠中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于8%9%時(shí),則以水解為主。一般粘膠的堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在4%7%, 因此,粘膠在熟成過(guò)程中主要發(fā)生水解反應(yīng)。除以上反應(yīng)外，在熟成過(guò)程中,一些熱力學(xué)上潛能較高的副產(chǎn)物如過(guò)硫代碳酸鹽及

41、過(guò)渡的硫氧化合物等也不斷地轉(zhuǎn)化為潛能較低的碳酸鈉和硫化鈉等。第59頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(2)熟成過(guò)程中粘膠粘度的變化粘膠在熟成開(kāi)始粘度就急劇下降,粘膠中游離的二硫化碳進(jìn)入纖維素的結(jié)晶部分,引起后黃化,使部分結(jié)晶區(qū)繼續(xù)分散溶解于堿液中,分散粒子逐漸變小。粘度經(jīng)最低點(diǎn)緩慢上升,這是因?yàn)殡S著熟成的繼續(xù)進(jìn)行,酯化度下降,使溶劑化和結(jié)構(gòu)化程度增加,因而粘膠的粘度開(kāi)始上升。隨著副產(chǎn)物的不斷增加,酯化度的進(jìn)一步下降,纖維素大分子因氫鍵的作用而不斷凝集,使粘膠的粘度開(kāi)始急劇上升。直至形成凝膠。第60頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(3)熟成過(guò)

42、程中黃酸基基團(tuán)的再分配及熟成度的變化 粘膠在熟成過(guò)程中,由于仲羥基上的黃酸基和伯羥基上黃酸基的離解速度不同,隨著熟成過(guò)程的進(jìn)行,總的酯化度呈緩慢下降的趨勢(shì), 其仲羥基位置上的酯化度急劇下降,伯羥基位置上的酯化度稍有上升,結(jié)果使黃酸基基因在纖維素分子鏈上分布均勻,從而使粘膠均勻穩(wěn)定。 粘膠的熟成度是指粘膠對(duì)凝固作用的穩(wěn)定程度。一般以 NHCl或NaCl值來(lái)表示。熟成開(kāi)始時(shí),穩(wěn)定值急劇上升,達(dá)到最大值后便逐漸減小。隨著黃酸酯分解,粘膠的結(jié)構(gòu)化程度增加,降低了溶液的穩(wěn)定性。熟成度是粘膠的重要指標(biāo)之一,它直接影響紡絲成形過(guò)程的快慢及成品纖維的性能。第61頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)2

43、1分，星期四2、粘膠的過(guò)濾 在溶解以后的粘膠溶液中,含有大量的微粒,其數(shù)量可達(dá) 34萬(wàn)/cm, 尺寸約0.150m,含量一般不超過(guò)粘膠重量的0.01%0.02%。這些微粒主要是末反應(yīng)的纖維及其片斷、未溶解的纖維和溶解不完全的凝膠粒子,以及半纖維素與Fe、Ca 、Cu的螯合體等。此外還有原料、設(shè)備和管道中帶入的各類雜質(zhì)。這些微粒在紡絲過(guò)程中會(huì)阻塞噴絲孔,造成單絲斷頭，或在成品纖維結(jié)構(gòu)中形成薄弱環(huán)節(jié)，使纖維強(qiáng)伸度下降。 通常粘膠在紡絲前,要經(jīng)過(guò)三道過(guò)濾。過(guò)濾介質(zhì)一般為絨布和細(xì)布。目前，大多數(shù)還是采用板框式過(guò)濾機(jī)，也有采用以PVC粒子作載體的桶式過(guò)濾機(jī)和連續(xù)篩濾機(jī)作為頭道過(guò)濾的。第62頁(yè)，共167頁(yè)

44、，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四3、粘膠的脫泡 粘膠的粘度越高,越容易因攪拌、輸送和過(guò)濾而帶入大量尺寸不一的氣泡, 如果不加以除去將加速粘膠的氧化過(guò)程。過(guò)濾時(shí)氣泡會(huì)破壞濾材的毛細(xì)結(jié)構(gòu),使凝膠粒子滲漏。成形時(shí)氣泡會(huì)使纖維斷頭和產(chǎn)生疵點(diǎn),而微小的氣泡則容易形成氣泡絲,降低纖維的強(qiáng)度。因此，必須要嚴(yán)格控制粘膠中的氣泡含量。一般采用抽真空的方法加速氣泡的除去,控制氣泡在粘膠中的體積分?jǐn)?shù)為0.001%以下。第63頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四六、粘膠的質(zhì)量指標(biāo)及分析方法 粘膠的過(guò)濾性能及組成、粘度、熟成度是粘膠的主要質(zhì)量指標(biāo),對(duì)纖維產(chǎn)量及質(zhì)量有很大影響。1、過(guò)

45、濾性能 漿粕制造、浸漬、壓榨、粉碎、黃化和溶解各工序中存在的質(zhì)量問(wèn)題,將集中體現(xiàn)在粘膠過(guò)濾性能的好壞。因此，過(guò)濾性能是衡量漿粕和粘膠制造工藝的一個(gè)重要指標(biāo)，并直接影響原材料的消耗和紡絲能否順利進(jìn)行。在生產(chǎn)中,常采用阻塞值表征粘膠過(guò)濾性能的指標(biāo)。阻塞值(kw)用下式表示:第64頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 P1恒壓下20min后通過(guò)規(guī)定過(guò)濾介質(zhì)的粘膠量； P2同一試驗(yàn)中繼續(xù)測(cè)定40min后通過(guò)規(guī)定過(guò)濾介質(zhì)的粘膠量。 阻塞值越小，表明粘膠的過(guò)濾性能越好。第65頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2、粘膠組成 粘膠組成與成品纖維的線密度、染色均

46、勻性和耐多次變形性有關(guān)。纖維的粗細(xì)與粘膠中纖維素含量及泵供量有關(guān)。纖維素含量或泵供量的波動(dòng)直接影響最終纖維的線密度偏差及不勻率。線密度不勻會(huì)造成染色不勻。粘膠中的游離堿含量對(duì)粘膠的性質(zhì)影響很大。未與纖維素及其它雜質(zhì)結(jié)合的堿含量增加時(shí), 粘膠的粘度降低,過(guò)濾性能改善,熟成變緩。粘膠組成的化學(xué)分析比較復(fù)雜,在實(shí)際生產(chǎn)中一般通過(guò)黃化及溶解工序中加入的堿量、二硫化碳量和水量來(lái)控制粘膠的組成。第66頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四3、粘膠粘度 纖維的強(qiáng)度隨纖維素聚合度的增加而提高,在實(shí)際生產(chǎn)中,粘膠粘度間接表示纖維素聚合度,所以粘膠粘度直接影響纖維的強(qiáng)度。生產(chǎn)中采用落球法測(cè)定

47、粘膠的粘度,先將粘膠灌入垂直安放的測(cè)定管內(nèi),然后,在粘膠中放入一粒直徑3mm 、重約0.120.13g 的小鋼球,使其靠自重下降,用秒表計(jì)測(cè)小鋼球在粘膠中沉降20cm所需要的時(shí)間S，表示粘膠粘度。粘度低于20s時(shí),粘膠幾乎沒(méi)有形成絲條的可能性。粘度大于50s后,最大噴絲頭拉伸則隨粘度的上升而下降,可紡性也變差。第67頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四4、熟成度對(duì)成品纖維的染色均勻性和強(qiáng)伸度有較大影響。熟成度越低(即NHCl值越高),成形速度越慢,所形成的纖維結(jié)構(gòu)緊密,染色越淺；熟成度高,成形速度快,纖維結(jié)構(gòu)不均勻,則染色深且不勻,纖維的強(qiáng)伸度也明顯降低。生產(chǎn)上的測(cè)定方

48、法: 在燒杯中放入20g粘膠和30mL蒸餾水，攪拌后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 NHCl 溶液滴定。在滴定時(shí)一邊用玻璃棒攪拌，一邊徐徐加入NH4Cl 溶液，待至玻璃棒上的粘膠在玻璃棒約呈45o 傾斜時(shí)， 5min鐘內(nèi)不落下為止。此時(shí)所消耗的NH4Cl的毫升數(shù)即為粘膠的 NHCl值，表示粘膠的熟成度。第68頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四第69頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 第四節(jié) 普通粘膠短纖維一、凝固浴的組成和作用 凝固浴是由硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅按一定比例組成的溶液。單獨(dú)的硫酸水溶液雖然也能用于粘膠纖維成形,但所得纖維的質(zhì)量很差。主要是因

49、為纖維素黃酸酯的分解速度過(guò)快,大分子還來(lái)不及經(jīng)受足夠的拉伸定向,纖維素已經(jīng)再生出來(lái),使得纖維的結(jié)構(gòu)疏松,內(nèi)外層結(jié)構(gòu)不勻,強(qiáng)度低,纖維無(wú)實(shí)用價(jià)值。故一般要用組合凝固浴。纖維品種不同,凝固浴組成及成形溫度等也不同。第70頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四1、硫酸 在成形過(guò)程中硫酸的作用,一是使纖維素黃酸鈉分解,再生出纖維素和CS；二是中和粘膠中的NaOH,使粘膠凝固；三是使黃化時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物分解。凝固浴中三種組分的作用酸的濃度要根據(jù)成形參數(shù)的波動(dòng)而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。凝固浴中硫酸的濃度除與生產(chǎn)纖維品種有關(guān)外,還與粘膠的熟成度、粘膠的組成、紡絲速度以及噴絲頭大小等有關(guān)。第71頁(yè)，

50、共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四2、硫酸鈉 硫酸鈉的主要作用是抑制硫酸的離解,從而延緩纖維素黃酸鈉的再生速度。硫酸鈉是一種強(qiáng)電解質(zhì),能促使粘膠脫水而凝固,這些作用能改善纖維的物理機(jī)械性能。第72頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四3、硫酸鋅 當(dāng)凝固浴中只含有硫酸和硫酸鈉時(shí),雖能制得強(qiáng)度較高的纖維,但因其剛性太高,不能全面符合紡織加工的要求。硫酸鋅的加入,可改進(jìn)纖維的成形效果,使纖維具有較高的韌性和較優(yōu)良的耐疲勞性能。硫酸鋅除具有與硫酸鈉相同的作用外,還有以下兩個(gè)特殊的作用。第73頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四一是能與

51、纖維素黃酸鈉作用生成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物纖維素黃酸鋅。這種中間產(chǎn)物的分解速度比纖維素黃酸鈉慢得多,有利拉伸,從而得到強(qiáng)度較高的纖維。二是纖維素黃酸鋅具有交聯(lián)結(jié)構(gòu),能形成結(jié)晶中心,生成均勻而細(xì)小的結(jié)晶，避免大塊結(jié)晶體的形成，從而使纖維結(jié)構(gòu)均勻,強(qiáng)度、延伸度和鉤接強(qiáng)度都可得到適當(dāng)提高。第74頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四二、紡絲成形工藝1、粘膠短纖維的成形特點(diǎn)(1)、噴絲頭的選用:采用直徑較大或組合式噴絲頭,單頭孔數(shù)上千乃至數(shù)萬(wàn),合并后的絲束總線密度在百萬(wàn)分特以上,紡絲機(jī)的單臺(tái)生產(chǎn)能力較大。(2)、成形條件:由于噴絲頭孔數(shù)較多,所以除了要求噴絲孔有合理的排列和分布外,還要求

52、酸浴的分配和流向更加合理第75頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 (3)、雙浴成形:經(jīng)凝固成形后,絲束還要在專門的塑化槽中進(jìn)行拉伸,纖維素在此完全再生, 即雙浴成形。從一浴中紡出的絲束,合并成絲束后,在95100的二浴中,進(jìn)行60%100% 的拉伸。并充分分解成為水化纖維素。第76頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四凝固浴中, 纖維素黃酸酯凝固成為絲條,然后再分解成為水化纖維素。凝固和分解兩個(gè)過(guò)程往往是同時(shí)發(fā)生的,只是前后程度上有所不同。一浴主要成形過(guò)程，二浴主要水化分解2、成形過(guò)程中的化學(xué)及物理化學(xué)變化 第77頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月

53、20日，10點(diǎn)21分，星期四 2NaOH+H2SO4Na2SO4+2H2O(1)、成形過(guò)程中的化學(xué)變化：纖維素黃酸酯遇酸的分解反應(yīng)：C6H9O4OCS2Na+H2SO4H2SO4C6H10O5+Na2SO4+CS2粘膠中的堿與酸的中和反應(yīng)：纖維素黃酸鈉和硫酸鋅的過(guò)渡反應(yīng)：第78頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四Na2S+H2SO4Na2SO4+H2SNa2Sx+H2SO4Na2SO4+H2S+(x-1)SNa2S2O3+H2SO4Na2SO4+H2S+SO2+S粘膠中雜質(zhì)與酸的各種副反應(yīng)：Na2CS3+H2SO4Na2SO4+H2S+ CS2第79頁(yè)，共167頁(yè)，20

54、22年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(2)、成形過(guò)程中的物理化學(xué)變化：當(dāng)粘膠經(jīng)過(guò)噴絲孔道時(shí),在切向力作用下使粘膠成為各向異性的粘膠細(xì)流。粘膠細(xì)流和凝固浴各組分的雙擴(kuò)散結(jié)果,使纖維素黃酸酯被分解而析出再生纖維素。細(xì)流被離析成雙相,即以纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主的凝膠相和以低分子物質(zhì)為主的液相。在初生的凝膠纖維中,原來(lái)在粘膠中已形成的結(jié)晶粒子首先析出。結(jié)晶粒子進(jìn)一步結(jié)合其它大分子或締臺(tái)體而不斷增大,并逐漸形成較大的結(jié)晶區(qū)域。由于纖維素大分子活動(dòng)性小,結(jié)晶過(guò)程比較緩慢。另外,溶劑的擴(kuò)散速度常低于反應(yīng)速度,因此,在纖維的表面首先形成皮膜,溶劑通過(guò)皮膜向內(nèi)部滲透,形成截面結(jié)構(gòu)不均勻的皮芯層結(jié)構(gòu)。第80頁(yè)，共

55、167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四第81頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四3、拉伸在粘膠短纖維成形中的意義 粘膠短纖維的成形過(guò)程是在兩個(gè)浴內(nèi)完成的,由于凝固纖維所處的狀態(tài)不同,因此,不同部位拉伸所獲得的效果亦不同。短纖維拉伸一般由三個(gè)階段組成,即噴絲頭拉伸、導(dǎo)盤拉伸和塑化拉伸。(1)、噴絲頭拉伸:噴絲頭拉伸是指第一紡絲導(dǎo)盤的線速度與粘膠從噴絲頭噴出速度之間的比值。第82頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 粘膠從噴絲頭噴出時(shí),粘膠細(xì)流尚處于粘膠態(tài),不宜施加過(guò)大的噴絲頭拉伸,否則容易造成斷頭和毛絲。纖維品種不同,酯化度不同，噴

56、絲頭拉伸率有較大差異。棉型短纖維控制一定的正拉伸,而高濕模量粘膠短纖維因酯化度較高，故常采用噴絲頭負(fù)拉伸。第83頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(2)、導(dǎo)盤拉伸:亦稱空氣浴拉伸。導(dǎo)盤拉伸在導(dǎo)盤與第一集束輥之間進(jìn)行。此時(shí)絲束上附著有一部分凝固浴液,纖維素黃酸酯繼續(xù)凝固并分解,大分子活動(dòng)能力降低。經(jīng)拉伸的纖維素大分子可以沿軸向達(dá)到一定程度的排列。但這一階段的拉伸率較小。第84頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四(3)、塑化拉伸:塑化拉伸在第一集束輥和第二集束輥之間進(jìn)行。纖維絲束在高溫酸性塑化浴中一方面得到完全再生,另一方面使絲條處于可塑狀態(tài),大分

57、子鏈有較大的活動(dòng)余地,加以強(qiáng)烈的拉伸,就能使大分子和締合體沿拉伸方向取向。在拉伸的同時(shí),纖維素基本全部再生,使拉伸效果得到鞏固。塑化拉伸是拉伸中最有效的部分。 第85頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四三、粘膠短纖維的后處理1、后處理方式及工藝流程 短纖維紡絲機(jī)紡出的纖維經(jīng)集束、塑化拉伸后,纖維含有一系列雜質(zhì),其中包括絲條所帶出的酸性殘余浴液,成形過(guò)程中生成的膠態(tài)硫黃,以及附著在纖維上的鈣、鎂等金屬鹽類。這些雜質(zhì)的存在對(duì)纖維質(zhì)量及其紡織加工有很大影響,故必須加以清除。根據(jù)絲束是否被切斷,后處理可以分成四種方式,如表2-5所示。第86頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日

58、，10點(diǎn)21分，星期四 表2-5 粘膠短纖維后處理方式散狀纖維后處理（酸切）長(zhǎng)絲束后處理（濕切）長(zhǎng)絲束后處理（干切）絲束成形（不切斷）切 斷后處理上 油烘 干打 包后處理切 斷上 油烘 干打 包后處理上 油烘 干切 斷打 包卷 曲后處理上 油烘 干卷 取第87頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四目前很多生產(chǎn)廠采用切斷后再進(jìn)行后處理的方法，其工藝流程如下：水洗脫硫水洗漂白水洗酸洗水洗上油烘干打包。2、后處理各工序的作用(1)、水洗：用清水可洗去纖維上的硫酸、硫酸鹽及部分硫黃。每一次化學(xué)處理后,還需進(jìn)行水洗,以除去化學(xué)第88頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21

59、分，星期四處理藥液及生成的雜質(zhì)。為了提高水洗效果,水洗溫度要適當(dāng)。為了減小用水量,除了第一次洗水排放外,其余各道洗水一般都回收利用,并采用逆流方式,后一道洗水送至前一道使用。此外,硬水會(huì)在纖維上產(chǎn)生粘著的沉淀物,在上油時(shí)易生成不溶性鈣皂粘附在纖維表面上，因此,后處理過(guò)程必須使用軟水。第89頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 (2)、脫硫：附著在纖維上的硫黃會(huì)使纖維帶有淡黃色，并使纖維手感粗糙,而且在以后的紡織加工中產(chǎn)生灰塵,惡化車間環(huán)境。 一般纖維表面的硫黃在熱水中容易被洗掉,而內(nèi)部的膠質(zhì)硫黃卻難以洗去。為此，需要借助化學(xué)藥劑。常用的脫硫劑有:NaOH 、NaOH和

60、NaS的混合液及NaS0,它們能和不溶性的硫黃生成可溶于水的多硫化物和硫代硫酸鹽而被除去。第90頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 (3)、漂白：由于原料和生產(chǎn)中帶入的各種色素,使纖維的白度較低,如果要求纖維較白時(shí), 就需漂白。一般采用次氯酸鈉和過(guò)氧化氫作為漂白劑,它們能氧化色素使纖維變白。(4)、酸洗：酸洗是為了除去纖維在處理過(guò)程中生成的不溶性氫氧化鐵及其它重金屬,以免影響纖維的質(zhì)地和外觀。常用的酸為鹽酸或硫酸。第91頁(yè)，共167頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)21分，星期四 (5)、上油：上油的目的在于改善粘膠纖維的紡織加工性能,調(diào)節(jié)纖維的表面摩擦力,既使纖維具