醋酸纤维木浆粕的应用与研究

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1、醋酸纤维木浆粕的应用与研究王月江 ,刘文 ,宋蓓( 中国制浆造纸研究院 ,北京 100020) 摘要 介绍了醋酸纤维木浆粕的特点和应用 ,以及其质量指标的影响因素 ;综述了近年来国内醋酸 纤维浆粕制造方法的研究进展 ,以及国外醋酸纤维学科的新研究与新思路 。 关键词 醋酸纤维 ;醋酸纤维木浆粕 ;生产方法 ;质量指标1醋酸纤维行业概况衬 、 装饰织 物 、 高 档 服 饰 里 料 等 。近 年 来 , 随 着 I T行业的发展 ,作为液晶显示器中不可或缺的材料 ,醋 酸纤维的应用更为广泛 。因此 ,在世界范围内对绿色1 . 1醋酸纤维的特点和应用目前 ,醋酸纤维是再生纤维素纤维中仅次于粘 胶纤

2、维的第二大品种 。醋酸纤维是纤维素醋酸酯纤 维的俗称 ,是将木材纤维乙酰化而成 ,纤维素上的羟 基被酯基取代后得到的产物 : 5 纤维的开发中 ,稳步发展醋酸纤维已成一种趋向。 1 . 2醋酸纤维木浆粕的特点和质量指标 醋酸纤维木浆粕是专用于生产和制造醋酯纤维 的高纯度专业级溶解木浆 。虽然该浆粕的生产方法 与制浆造纸过程区别不大 ,但是该类浆粕与传统的制 浆造纸 、 化学纤维 、 粘胶纤维等各种木浆的技术指标 却具有较大的差别 。由于醋酸纤维的生产需要将浆 粕溶解 、 过滤 、 纺丝 ,因而其对 2纤维素含量及纯度 、 聚合度 、 灰分含量 、 金属离子含量等都有严格的要求 。 木浆粕必须达

3、到较高的聚合度 (DP900 以上) 、 高白度( ZRD90 5 %) 以及高 2纤维素含量 ( 95 %以上) 等 ,灰分和金属离子含量都要很低 ,以保证较高的反应性 能 。以下是醋酸纤维反应过程中的重要指标 。1 . 2 . 1醋化值 ( Acet ylatio n Val ue ,简称 A V) 醋化值 ,又称为乙酰化值 ,代表的是醋酸纤维素 中所结合醋酸的重量百分比 ,代表了纤维素的乙酰 化程度 。其计算公式 :式中 : R1 R2 R3 全为 H 时为纤维素 ,有 1 个或多个为 CO C H3 时为醋酸纤维 ,根据取代度的不同 ,醋 酸纤维的性质和用途也不同 1 。由于醋酸纤维以

4、纤维素为基本骨架 ,因而具备纤维素纤维的基本特征 , 同时因其回潮率较低 ,有热塑性而具有了合成纤维 的某些特征2 。因此 ,醋酸纤维的应用非常广泛 。醋酸纤维丝束作为香烟滤嘴的首选材料 ,占据 了世界上 90 %以上的香烟滤嘴市场 ,以醋酸纤维丝束制成的香烟滤嘴无毒 、 吸阻小 、 热稳定性好 、 吸附 性能突出 ,可去除卷烟中 55 %60 %的尼古丁和焦 油含量 ,并可选择性去除酚类等有害物质 ,保持烟草 中的香味 。同时 ,醋酸纤维在纺织行业的应用也非 常广泛 。由于醋酸纤维通常可用分散性染料染色 ,色泽好 ,长丝又具有特殊光泽 ,手感柔软滑爽 ,有良 好的悬垂性 ,特别是真丝感强 ,

5、织物易洗易干 、 不霉 不蛀 ,所以被广泛用于内衣 、 浴衣 、 男女装 、 领带 、 领60 D SA V = 111 + 59 D S + 17 (3 - D S)式中 :D S 为醋酸纤维素中羟基被乙酰基取代的 程度 ,三醋酸纤维素的 D S 为 3 ,二醋酸纤维素的 D S 一般控制在 2 . 32 . 6 范围内7 。 当醋酸纤维素的醋化值在 54 %56 %之间时 , 醋片在丙酮中的溶解性最好 ,制得的醋酸纤维素丙 酮溶液的纺丝性能也最好8 。另外 ,醋酸纤维素丝收稿日期 :2010 - 03 - 10 作者简介 :王月江 ,中国制浆造纸研究院在读研究生 30醋酸纤维木浆粕的应用与

6、研究束对卷烟烟气中的油性有害物质如焦油等有一定吸 附作用 ,原因之一就是醋酸纤维素中乙酰基部分取 代了羟基 。所以 ,醋化值指标是反映木浆能否合成 醋片的一个重要指标 。 1 . 2 . 2 黏度 如醋酸纤维素的黏度较大 ,其在丙酮溶液中的 流动性较差 ,过滤困难 ,其可纺性受到影响 ,糊帽率 增大 ,断头增多 ;黏度较低 ,虽然浆液的流动性能好 , 但浆液通过喷丝帽的阻力过小 ,会导致喷丝过程中 的滴浆现象 ,还可能对丝束的成形带来负面影响9 。 所以 ,对于木浆而言 ,其合成醋酸纤维素的黏度对于 后续工艺过程来说是极其重要的指标 。 1 . 2 . 3堵塞值 堵塞值体现的是醋酸纤维素在丙酮

7、溶液中的溶 解性能 ,用丙酮溶液中不溶解的颗粒数表示 。颗粒 数量反映了醋片中所含固体杂质 、 凝胶杂质的量 ,颗 粒数越多表示杂质越多 。当木浆中所含的半纤维素 和木聚糖类物质含量越高时 ,其丙酮溶液中不溶解 的颗粒数就越多 ,在纺丝的时候会引发较多的糊帽 , 导致纺丝生产的稳定性差 。所以 ,堵塞值是直接影 响醋片过滤性能的一个重要指标 。 1 . 3我国醋酸纤维木浆粕产业的现状 由于我国醋酸纤维工业发展起步较晚 ,至今仍 处于落后状态 。1989 年由中国烟草总公司和美国 塞拉尼斯 ( Cela ne se) 合资在江苏省南通市成立南通 醋酸纤维有限公司 ,填补了我国醋酸纤维产业的空 白

8、 。虽然烟用丝束已部分国产化 ,但是生产烟用醋 酸纤维的原材料醋酸纤维浆粕还完全依靠进口 。造 成这种情况的主要原因一个是 国内 浆粕 的供 应 较 少 ,醋化级浆粕资源开发不足 ;另一个是国内对精制 棉和棉绒浆的研究较多 ,但对于醋酸纤维浆粕的研 究在这几年刚起步6 。据了解 ,我国去年醋酸纤维 木浆粕的进口量为 15 万 t ,总价值超过 15 亿元 。受 经济危机影响 ,国外市场更加不稳定 ,对我国醋酸纤 维行业的冲击更为明显 ,严重制约了我国醋酸纤维 下游产品的发展 。 因此 ,开发国产醋化级木浆进行合成醋酸纤维 , 是减少我国对国际市场依赖性 ,破解长期以来制约 我国醋酸纤维工业发展

9、的瓶颈的最佳途径 。不仅如 此 ,随着 I T 行业的发展 ,醋酸纤维与其下游产品正 在向高性能 、 高附加值产业转变 。因此 ,开发国产木浆粕以实现我国醋酸纤维工业产业链的延伸就显得 更为重要 。2国内醋酸纤维木浆粕的研究进展目前 ,生产醋酸纤维浆粕的主要原料是棉短绒和木材 ,但是 ,棉纤维与木材纤维有很大的不同 : 前 者细胞壁的主要组成是纤维素 ,而后者是纤维素 、 半 10 纤维素和木素 。因此木材在制浆漂白时就要尽可能去除木素和半纤维素 ,这就必然会引起长链纤 维素的降解和得率的损失 。因此 ,如何在脱木素的 同时去除半纤维素并保证长链纤维素的聚合度 ,就 成了醋酸纤维木浆粕生产过程

10、中最大的难题 。事实上 ,一些溶解性较差的浆粕如粘胶纤维等就是因为 含有较高的半纤维素 ,半纤维素醋酸化后的结构是 引起醋酸纤维工业问题的主要原因 11 。据报道 ,木 聚糖主要影响黏度和过滤性能12214 ,而甘露聚糖则 会使浆粕浑浊 、 难过滤并带有颜色15 。2 . 1棉短绒生产醋酸纤维浆粕 棉花纤维中纤维素含量高且纯 ,非常适合生产 醋酸 纤 维 。用 于 生 产 浆 粕 的 棉 短 绒 长 度 一 般 在5 mm 左右16 。 宜宾长毅浆粕责任有限公司关于醋酸纤维用棉 浆粕生产方法的发明 ,目前已申请专利 。该发明以棉短绒为原料 ,经过开棉 、 切断 、 洗涤 、 药液混合 、 反

11、应和抄造 ,开棉后棉短绒送入双辊磨浆机 ,在双辊磨 浆机内完成切断 、 洗涤和药液混合工序形成浆料 ;药 液混合均匀后浆料进入料仓反应 ,最终制得醋酸纤 维用棉浆粕 。产品专用于生产高品质的醋酸纤维 , 包括醋酸纤维长丝 、 烟嘴丝束 、 电子显示屏 、 塑料以 及 胶 片 等 产 品 。该 方 法 所 得 浆 粕 白 度 为 75 % 90 % , 2纤 维 素 为 95 . 0 % 99 . 0 % , 得 率 70 % 90 % , 聚 合 度 D P 为 1500 2500 , 灰 分 0 . 10 % 0 . 20 % ,铁 0 . 002 % 0 . 01 % , S18 小于 0

12、 . 5 % 。其 产品具有均匀性好 、 能耗低 、 功效高 、 低污染等特点 。 虽然棉短绒很适宜生产浆粕 ,但是由于棉花用途广泛 ,加之近年来 “粮棉争地” 矛盾更为突出 ,因此 开发木材浆粕的生产方法就显得更为重要 。2 . 2木材生产醋酸纤维浆粕 生产醋化级木浆的主要树种原料有针叶材和阔 叶材 。但国外生产醋化级木浆的企业常用树种多为常年生长在地球北半部的比针叶木紧密 、 含木素量 低 、 半纤维含量较高 ( 不利因素) 的阔叶材 。例如目 前广泛采用的美国橡木和桉木等 。我国也有采用栎 312010 年第 3 期黑龙江造纸木进行研究的例子 。木材醋酸纤维浆粕的主要制浆方法有酸性亚硫

13、酸盐法和预水解硫酸盐法 。可以使用针叶木如铁杉 ( he mloc k) 、 云杉 ( sp r uce) 、 冷杉 (fi r ) 、 松树 (pi ne) 等 和阔叶木如桉木 ( Eucal yp t u s) 等 。因为 KP 法比酸 性亚硫酸盐法应用更为广泛 ,所以 KP 法更有可能应用于其他一些木材如栎木 (oa k) 、 山毛榉 ( beech) 、 橡树 ( gum) 等 。而且根据国外研究经验 , KP 法浆粕 的 2纤维素含量 ( 97 . 0 %以上) 要普遍高 于酸 性 亚 硫酸盐法浆粕 ( 95 . 0 %97 . 4 %) ,所以 KP 法的应 用更为广泛 。 上世纪

14、 90 年代 , 广西化纤研究所潘燕如等 17 利用广西百色地区资源丰富的栎木进行了醋酸纤维 浆粕生产的研究 。虽然 栎木 纤 维形 态属 阔叶 木 类 型 ,但它的纤维长度比其他阔叶木长 ,长宽比与桉木 接近 ,且高于桦木和杨木 。说明栎木在阔叶木中比 其它的纤维长而宽 ,在制浆过程中滤水性较好 ,纤维 流失较少 ,利于提高得率 。由于栎木密度大 ,抽出物 含量较高 ,为更好破坏纤维初生壁 ,去除多糖类等半 纤维素物质 ,该研究在保证木素不缩合前提下 ,采用 较强的预水解条件 , 并采用硫酸 盐法 蒸 煮 ( 用 碱 量23 %) 制得甲纤含量高于 96 %的纸浆 。为进一步提 高浆的甲纤含

15、量和纯度以及白度 ,研究选用 C ED E2DA 多段漂工艺流程 ,并着重进行二氧化氯漂白的氯量分配和碱精制用碱量 、 湿度的条件试验 ,最终成 功得到合格的醋酸纤维浆粕 ,见表 1 。用碱量 15 % ,硫化度 16 %) 制浆 。所得浆料甲纤含 量达 90 % ,聚合度 1000 以上 。在漂白段 ,研究采用 D0 ED1 漂白 (D0 为用氯量 3 . 6 % ,70 ,90 mi n ; E 为 NaO H 2 . 0 % ,70 ,60 mi n ; D1 为用氯量 0 . 9% ,70 ,90 mi n ,浆浓 10 % ,p H3 . 5) ,在提高白度 同时进一步将甲纤含量增加

16、至 92 % 。为了达到高 甲 纤 含 量 的 指 标 , 该 研 究 最 后 选 用 木 聚 糖 酶 在60 、p H6 . 0 条件下处理 2 h ,并进一步用 4 %NaO H处理 1 h , 成 功 制 得 合 格 的 醋 酸 纤 维 浆 粕 ( 聚 合 度1163 ,白度 90 . 10 % ,甲纤 98 . 10 %) 。3国外醋酸纤维浆粕的研究动态 国外醋酸纤维浆粕的生产方法相对成熟 ,并都 应用于生产 。但因为只有 2纤维素纯度高于 95 % 的浆粕才能作为溶解浆 ,所以去除木素和半纤维素 的过程必然会严重影响制浆得率 ,事实上这样高纯 度浆粕的得率都低于 50 % 。有学者认为 ,这些去除