醋酸纖維的加工工藝原理及應用

■李江

〔塔城地區纖維檢驗所，新疆烏蘇833000〕

醋酸纖維的加工工藝原理及應用

■李江

〔塔城地區纖維檢驗所，新疆烏蘇833000〕

醋酸纖維雖然具有諸多優點，但是其本身也存在強力較低、耐用性能較差的缺點，這也是紡織用醋酸長絲消費量在最近幾年持續下降的原因之一。自醋酸纖維開始工業化生產以來，國內外研發人員就一直致力于以促進醋酸纖維工業發展、開拓醋酸纖維應用為目的的研究工作。此外，雖然醋酸纖維生產過程無污染，原料可以再生，適合可持續發展，但傳統醋酸纖維以木材、棉短絨為原料，由于林業資源的限制、技術問題等原因，使得醋酸纖維工業的發展受到較大的限制，因此開發新的原材料以制備纖維素醋酸醋及相應的纖維生產工藝成為近些年國內研究的熱點。

一、醋酸纖維的加工工藝

（一）國內醋酸纖維（CA）的發展現狀

醋酸纖維發展至今，雖然也有不短的歷史，但紡織面料的生產一直依賴進口醋酸纖維原料。隨著我國化纖生產技術水平的提高，我國紡織科技人員已致力于醋酸纖維生產技術的研究。紡織用醋酸纖維長絲和短纖維也一改過去主要依賴進口的局面，研制開發出了具有自主知識產權的生產技術。東莞市新綸纖維材料科技有限公司在20世紀90年代就已試驗掌握了醋酸纖維長絲和絲束的生產技術，設計和制造了醋纖成套設備，其紡絲速度己超過500 m∕min，其產品質量與進口的醋酸纖維水平相當。[1]不僅可以滿足紡織面料生產企業的紡紗、織造需求，而且纖維品種也能根據需要不斷改進。

（二）醋酸纖維的加工原理及工藝流程

1.加工原理。

醋酸纖維的制備大體分為兩個部分，首先是生產纖維所用的纖維素醋酸酯（又叫醋片）的制備，然后將二醋片和三醋片分別溶解于不同的溶劑中，制成紡絲原液，采用干法紡絲，從而得到醋酸纖維[2]。

（1）纖維素醋酸酯（醋片）的制備說明。

纖維素漿粕首先經過冰醋酸的活化處理，使其能夠在水浴中充分地膨脹，增加酯化反應的活性，然后在濃硫酸催化劑的作用下與醋酸酐反應，生成纖維素三醋酸酯。三醋酸纖維素酯經部分皂化水解以后（即成熟），即得到二醋酸纖維素酯。然后用弱醋酸做沉淀劑使二醋酸纖維素酷沉淀，再蒸去溶劑使二醋酸纖維素酯析出，經洗滌去除殘留的醋酸，再經穩定化處理除去殘留的硫酸，最后經壓榨、干燥、粉碎制得醋酸纖維素酯。醋片制取過程中醋酸的回收是將這些稀醋酸溶液通過萃取，將醋酸和水分離，再將萃取物與萃取液分別進行蒸餾分離，從而得到醋酸和萃取劑。

（2）紡絲原液的制備及纖維成形。

溶解是制造紡絲原液最關鍵的一步。根據醋片溶解性的不同，分別用不同溶劑溶解醋片，制得紡絲原液。其中在原液中需要加入分散劑，還可以加入消光劑（制備無光醋纖長絲），或者顏料（制備有色醋纖長絲），同時還要不斷地攪拌。溶解以后，將溶液進行過濾、脫泡，即可進行紡絲。

紡絲原液通過每個紡絲位的計量泵、燭型濾器、調溫器，從噴絲帽中噴出，借助紡絲甬道中的熱空氣加熱，使原液中的丙酮蒸發出來，其自身則固化成形。固化的絲條由紡絲甬道的底部出來，經集束后卷繞在絲筒上，經加捻后處理得到成品醋酸長絲。蒸發的丙酮氣體經冷卻，活性炭吸附和精餾，即又回收到純凈的丙酮。

在醋纖生產過程中，將原液制備、紡絲、溶劑回收的用水、用汽及用熱部位綜合平衡，進行熱能綜合利用及回收利用。對降低能耗、降低成本、正常穩定運轉將起到重要作用。

2.工藝流程及設備。

（1）工藝流程圖（如圖1所示）。

圖1 醋酸長絲生產工藝流程

（2）工藝流程說明。

醋片以大袋型包裝或專用容器送到醋片接受貯存裝置。貯罐中的醋片使用專用提升裝置送到醋片混合器。混合后的醋片經過提升和絞籠式輸送裝置送至溶解工序。漿液制備工序使用溶解設備，采用連續法的三釜串聯工藝，溶解時間6 h。纖維素醋酸酯以片狀形式存放于貯罐中，靠氣流輸送，醋片經過自動控制的稱量裝置進入溶解釜。在裝有可精密計量水量的貯罐中，與丙酮混合制成溶劑，并在強力攪拌的條件下注入溶解工序。漿液經過加熱和三級充分過濾，以去除機械雜質和不完全溶解的聚合物粒子，同時脫除氣泡。第一級過濾采用筒式連續過濾機，第二和第三道過濾采用板式壓濾機。漿液的輸送采取計量泵輸送方式。來自漿液車間的纖維素醋酸酯溶液于壓力下進入燭型過濾器，經過根據產品纖度要求可精密計量的漿液泵進入紡絲組件。其后，漿液下行至紡絲組件，從紡絲板孔流出的漿液于紡絲甬道處和熱空氣接觸。纖維素醋酸酯絲條中的大部分溶劑丙酮逸出，形成醋酯長絲束。每一個紡絲甬道配置一塊紡絲板，一臺計量泵，可紡制40 dtex～166 dtex醋酯長絲。

溶劑回收車間是回收并重復使用來自紡絲機、紡絲甬道、漿料制備及各罐釜、回收工序各槽、冷凝器、過濾器等生產單元的空氣和丙酮混合氣體。丙酮混合氣體經過濾進入一級冷凝器，除去混合氣體中夾帶的雜物。經風機抽出進入第二級冷凝器，把氣體溫度降下，進入吸附床。吸附單元為活性炭床，活性炭床70%的吸附能力進行吸附操作，30%的吸附能力進行解吸。吸附丙酮后的活性炭床，通入蒸汽進行解吸。被蒸汽解吸的丙酮與蒸汽進入冷凝器，變成溫度為30℃、丙酮含量40%～50%的稀溶液。丙酮稀溶液泵送到浮閥式精餾塔，塔頂丙酮被送入貯罐，循環使用[3]。

（三）醋酸纖維技術的新進展

1.功能性醋酯納米纖維的開發。

泰國國家納米技術中心使用數均分子質量為30 000、酯化度2.4的醋片原料，以丙酮、二甲基乙酰胺作為溶劑，在CA紡絲液中添加Asiaticoside制劑，成功地在靜電紡絲裝置上制得納米纖維網，纖維單絲直徑在300 nm～545 nm。產品應用于促進組織生長的創傷包扎紗布。美國馬薩諸里技術研究所在CA紡絲液中添加氯化物系列抗菌劑，在靜電紡設備上成功得到直徑在700 nm～1 200 nm的亞微米醋酯抗菌纖維。美國康奈爾大學研究開發的熒光防偽醋酯納米纖維，兼有pH值傳感功能，受到市場的廣泛關注。國內天津工業大學開發的CA中空纖維膜用于超低壓反滲透操作，產品適用于超純水、食品、醫藥等工業領域[4]。

2.利用可再生資源生產醋酸纖維。

美國Street大學農業應用研究中心立足于農副產品原料，在合成高附加值的醋酸纖維上取得了新進展。該項研究主要涉及三個方面：①原料選擇與加工，原料選擇農副產品下腳料即谷物纖維、米殼和麥稈等非糧食生物質；②原料的預處理，源于農副產品的原料需進行預處理；③經過預處理的纖維素原料直接進入酯化工序。研究成果顯示：以預處理物料量計，平均轉化率達25%，其中，以谷物纖維為原料的轉化率可做到23.9%，米殼的轉化率為26.6%，麥稈為原料的轉化率達25.8%。

3.等離子體改性醋酯纖維。

程德亮等人采用低溫常壓等離子體對醋酯纖維進行表面改性處理，結果表明經低溫氬氣等離子體改性處理的醋酯纖維，表面出現了較大的溝槽和較多的突起，明顯增大了纖維的比表面積，其對煙焦油的吸附量比常規醋酯纖維高41.73%[5]，對等離子體處理醋酯纖維的工業化生產具有非常重要的意義。

二、醋酸纖維的應用

（一）醋酸纖維在卷煙行業的應用

作為煙草行業卷煙的過濾嘴材料，醋酸纖維濾嘴是現今低焦油和高焦油卷煙消費者都廣泛接受的機械過濾嘴。它無毒、無味、耐沖擊、耐油、不帶靜電、吸阻小、吸附力強，且具有很好的彈性和熱穩定性，能選擇性的吸附煙氣中的有害成分，同時又保留一定的煙堿而不失煙草的口味[6]。

（二）醋酸纖維在生物醫學領域的應用

CA中空纖維膜在血液透析器上的使用已較為普遍，其使用性能介于較為致密的超濾膜和比較疏松的反滲透膜之間。通常CA膜易受到微生物的侵蝕而使用壽命縮短，因此CA膜的改進與提高的研究從未停止過。由醋酸纖維于對蛋白質的移動無阻力，在醫學上常被作為電泳的載體，顯示特定蛋白質的有無及含量。醋酸纖維素膜電泳是20世紀50年代以后興起的一種以醋酸纖維素膜作為支持物的電泳技術，這種電泳技術不僅具有分辨力高、簡單、快速、樣品需求量少和定量分析時靈敏度高等優點，而且還便于照相，透明的電泳圖譜可長期保存，現在已廣泛應用于醫學臨床化驗[7]。另外用醋酸短纖制成的無紡布可用于外科手術包扎，與傷口不黏連，是高級醫療衛生材料。

（三）醋酸纖維在紡織行業的應用

1.醋酸纖維及其織物的主要性能。

醋酸纖維制成的織物真正能夠迎合消費者對服飾的美觀與舒適性合一的要求。其主要性能有：在化學纖維中最酷似真絲，光澤優雅，染色鮮艷，染色牢度強手感柔軟滑爽，質地輕，具有優良的自然品質感，穿著舒適回潮率低，彈性好，不易起皺，具有良好的懸垂性、熱塑性、尺寸穩定性，不需要水洗定形有穩定的抗起球性、抗靜電性，服裝外觀始終保持不變，吸濕性能不如黏膠好，可耐高溫熨燙和低溫打褶耐蟲蛀和霉變，服裝可長期存放不易污染，污跡易脫落、易洗滌、有生物降解性。

2.應用于機織物。

由于纖維素醋酯具有舒適、懸垂性和可染等性能，使其在工作服、女裙及褲子的襯里上獲得廣泛應用。醋酯織物一般需要干洗，從而也使其在其他領域的應用受到限制。但是，醋酯纖維已大量用于機織和針織時裝面料，如：縐綢、緞紋、塔夫綢、提花織物、平針織物、拉舍爾以及服裝襯里的斜紋和塔夫綢。醋酯長絲織物主要用于社交服、女式禮服、新娘服裝、家俱織物、窗簾織物、床單、醫用和外科用帶、運動護帶、裝飾織物、帶、人造花、燈罩、絲絨、女士服裝、木箱襯里等。醋酯纖維也可以同粘膠、尼龍、真絲和氨綸混紡制做各種時裝。混紡服裝具有較好的水洗，舒適和保形性能。

3.應用于針織物。

用醋酯長絲制造的經編物可用作時裝、運動服、醫用繃帶和包扎帶、起絨晨衣以及花邊和鉤編花邊等裝飾織物。用醋酯或醋酯同聚酯和尼龍混紡的緯編織物可用來制做漂亮的時裝。

4.應用于醋酯短纖維和非織造布。

醋酯短纖維經梳理、干法和濕法鋪網可制造傷病人服裝、個人衛生用材料、擦布以及特種紙。

三、結語

醋酸纖維是物理機械性能和化學性能都相對優良的纖維，是可降解的生物友好型再生纖維素材料，廣泛應用于卷煙、紡織、生物醫學等行業。雖然醋酸纖維的應用已經十分廣泛，但是現在用于紡織品的醋酸纖維大部分還需要進口，而且醋酸纖維的加工性能、服用性能還有待提高，醋酸纖維及其產品的許多性能和機理還有待進一步研究與探討，所以加強醋酸纖維的開發和應用依然是一個重要的課題。

[1]侯慶華，戴玲.紡織用醋酯長絲的產品性能及應用[J].合成纖維，2006，35（2）：1-5.

[2]王石磊.醋酸纖維的結構與性能研究[D].山東：青島大學，2010.

[3]侯慶華，戴玲.紡織用醋酯長絲的產品性能及應用[J].合成纖維，2006，35（2）：1-5.

[4]蘆長椿.不斷進步中的醋酯纖維技術與市場[J].合成纖維，2012，41（10）：34-38.

[5]程德亮，黃少毅，蔡再生等.等離子體改性醋酯纖維的煙焦油吸附性能[J].印染，2012，38（3）：5-8.

[6]林云.卷煙濾嘴研究進展[J].科技信息，2013（25）：480.

[7]陳華絮，肖生鴻.關于提高血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳效果的探討[J].中國教育技術裝備，2006（6）：15-18.☆