2 粘胶

第二章再生纤维素纤维再生纤维素纤维—以从木材、棉短绒以及植物茎杆等提取出的精制纤维素为原料，先将其制备成纤维素或其衍生物的纺丝溶液，后再经纺丝制得的一类纤维的总称。OCH2OHHOHHHOHHOHOHHOOOHHOHHOHHOHHCH2OHHOCH2HOHOHHHOHHOHOHHCH2OHHHOH(n-2)/2广东纺织职业技术学院2纤维历史粘纤是古老的纤维品种之一。在1891年，克罗斯（Cross）、贝文（Bevan）和比德尔（Beadle）等首先以棉为原料制成了纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶”。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。根据这一原理，1893年发展成为一种制造纤维素纤维的方法，这种纤维就叫做“粘胶纤维”。到1905年，米勒尔（Muller)等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。广东纺织职业技术学院3纤维特点粘胶纤维的基本组成是纤维素。普通粘胶纤维的截面呈锯齿形皮芯结构，纵向平直有沟槽。而富纤无皮芯结构，截面呈圆形。粘胶纤维具有良好的吸湿性，在一般大气条件下，回潮率在13%左右。吸湿后显著膨胀，直径增加可达50%，所以织物下水后手感发硬，收缩率大。普通粘胶纤维的断裂强度比棉小，约为1.6~2.7cN/dtex；断裂伸长率大于棉，为16%~22%；湿强下降多，约为干强的50%，湿态伸长增加约50%。其模量比棉低，在小负荷下容易变形，而弹性回复性能差，因此织物容易伸长，尺寸稳定性差。富纤的强度特别是湿强比普通粘胶高，断裂伸长率较小，尺寸稳定性良好。普通粘胶的耐磨性较差，而富纤则有所改善。粘胶纤维的化学组成与棉相似，所以较耐碱而不耐酸，但耐碱耐酸性均较棉差。富纤则具有良好的耐碱耐酸性。同样粘胶纤维的染色性与棉相似，染色色谱全，染色性能良好。此外粘胶纤维的热学性质也与棉相似，密度接近棉为1.50~1.52g/cm3。广东纺织职业技术学院4纤维名称英文名缩写粘胶纤维ViscoseCV莫代尔纤维ModalCMD波里诺西克纤维（富纤）PolynosicCMD铜氨纤维CuproCUP二醋酯纤维AcetateCA三醋酯纤维TriacetateCTALyocell纤维LyocellCLY再生纤维素纤维的名称（BISFA）注：1、Modal是欧洲奥地利Lenzing(兰精）公司开发的一种高湿模量纤维；2、Tencel是考陶尔公司独家注册的商标名，中文名为“天丝”。广东纺织职业技术学院5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粘胶纤维广东纺织职业技术学院6短纤长丝绣花线广东纺织职业技术学院7有光长丝半光长丝广东纺织职业技术学院8棉浆粕广东纺织职业技术学院9粘胶生产流程广东纺织职业技术学院10粘胶长丝纺丝设备广东纺织职业技术学院11粘胶短纤维纺丝设备广东纺织职业技术学院12黄化机广东纺织职业技术学院13广东纺织职业技术学院14第一节粘胶纤维概述一、分类广东纺织职业技术学院15二、基本生产过程1．粘胶的制备（粗）：浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解2．粘胶的纺前准备（细）：混合、过滤、脱泡3．粘胶的纺丝（湿纺）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）粘胶纤维生产流程图广东纺织职业技术学院16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%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）广东纺织职业技术学院173．半纤维素：（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→潜在链末端基（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↓→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↓广东纺织职业技术学院184．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富纤用浆粕780±25人造丝用浆粕550～600人造棉用浆粕500±20帘子线用浆粕930±306．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广东纺织职业技术学院197．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：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）广东纺织职业技术学院20表粘胶纤维主要原材料消耗量广东纺织职业技术学院21第三节普通粘胶短纤维图粘胶短纤维生产工艺流程1—喂粕机2—浸渍桶3—压力平衡桶4—浆粥泵5—压榨机6—粉碎机7—老成鼓8—黄化机9—溶解机10—混合机11—过滤机12—中间桶13—脱泡桶14—纺丝机15—集束架16—塑化浴17—切断机18—淋洗机19—开松机20—干燥机21—打包机混粕→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→打包广东纺织职业技术学院22一、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）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．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↑→粘胶质量稳定广东纺织职业技术学院23浆粕广东纺织职业技术学院24（二）碱纤维素的制备包括浆粕的浸渍（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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↑喂粨机广东纺织职业技术学院25(1)浆粕的膨化和半纤维素的溶出膨化：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↑广东纺织职业技术学院262、碱纤维素生产的方法及设备间歇法（古典法）：各工序分批、间歇进行—少用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连续法：浸渍、压榨、粉碎连续进行，自动化控制～浸压粉联合机，多用图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—进碱口广东纺织职业技术学院27压榨机结构示意图粉碎机结构示意图1—压辊2—冲洗孔3—浆槽4—刮刀5—料饼1—机架盖2—粉碎辊3—剥刀4—机架浆粥泵结构示意图1—泵体2—转子单机简介广东纺织职业技术学院283、连续浸压法工艺控制（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：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量广东纺织职业技术学院29（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倍左右压榨倍数↑↑→残留在碱纤维素中的碱、半纤维素、杂质↑压榨倍数↓↓→碱纤维压得过干，对下道工序不利压榨后碱纤维素组成：α-纤维素30～31%，氢氧化钠16～17%影响压榨的因素：1、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；2、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3、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（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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℃广东纺织职业技术学院304、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