■李江

〔塔城地区纤维检验所，新疆乌苏833000〕

醋酸纤维的加工工艺原理及应用

■李江

〔塔城地区纤维检验所，新疆乌苏833000〕

醋酸纤维虽然具有诸多优点，但是其本身也存在强力较低、耐用性能较差的缺点，这也是纺织用醋酸长丝消费量在最近几年持续下降的原因之一。自醋酸纤维开始工业化生产以来，国内外研发人员就一直致力于以促进醋酸纤维工业发展、开拓醋酸纤维应用为目的的研究工作。此外，虽然醋酸纤维生产过程无污染，原料可以再生，适合可持续发展，但传统醋酸纤维以木材、棉短绒为原料，由于林业资源的限制、技术问题等原因，使得醋酸纤维工业的发展受到较大的限制，因此开发新的原材料以制备纤维素醋酸醋及相应的纤维生产工艺成为近些年国内研究的热点。

一、醋酸纤维的加工工艺

（一）国内醋酸纤维（CA）的发展现状

醋酸纤维发展至今，虽然也有不短的历史，但纺织面料的生产一直依赖进口醋酸纤维原料。随着我国化纤生产技术水平的提高，我国纺织科技人员已致力于醋酸纤维生产技术的研究。纺织用醋酸纤维长丝和短纤维也一改过去主要依赖进口的局面，研制开发出了具有自主知识产权的生产技术。东莞市新纶纤维材料科技有限公司在20世纪90年代就已试验掌握了醋酸纤维长丝和丝束的生产技术，设计和制造了醋纤成套设备，其纺丝速度己超过500 m∕min，其产品质量与进口的醋酸纤维水平相当。[1]不仅可以满足纺织面料生产企业的纺纱、织造需求，而且纤维品种也能根据需要不断改进。

（二）醋酸纤维的加工原理及工艺流程

1.加工原理。

醋酸纤维的制备大体分为两个部分，首先是生产纤维所用的纤维素醋酸酯（又叫醋片）的制备，然后将二醋片和三醋片分别溶解于不同的溶剂中，制成纺丝原液，采用干法纺丝，从而得到醋酸纤维[2]。

（1）纤维素醋酸酯（醋片）的制备说明。

纤维素浆粕首先经过冰醋酸的活化处理，使其能够在水浴中充分地膨胀，增加酯化反应的活性，然后在浓硫酸催化剂的作用下与醋酸酐反应，生成纤维素三醋酸酯。三醋酸纤维素酯经部分皂化水解以后（即成熟），即得到二醋酸纤维素酯。然后用弱醋酸做沉淀剂使二醋酸纤维素酷沉淀，再蒸去溶剂使二醋酸纤维素酯析出，经洗涤去除残留的醋酸，再经稳定化处理除去残留的硫酸，最后经压榨、干燥、粉碎制得醋酸纤维素酯。醋片制取过程中醋酸的回收是将这些稀醋酸溶液通过萃取，将醋酸和水分离，再将萃取物与萃取液分别进行蒸馏分离，从而得到醋酸和萃取剂。

（2）纺丝原液的制备及纤维成形。

溶解是制造纺丝原液最关键的一步。根据醋片溶解性的不同，分别用不同溶剂溶解醋片，制得纺丝原液。其中在原液中需要加入分散剂，还可以加入消光剂（制备无光醋纤长丝），或者颜料（制备有色醋纤长丝），同时还要不断地搅拌。溶解以后，将溶液进行过滤、脱泡，即可进行纺丝。

纺丝原液通过每个纺丝位的计量泵、烛型滤器、调温器，从喷丝帽中喷出，借助纺丝甬道中的热空气加热，使原液中的丙酮蒸发出来，其自身则固化成形。固化的丝条由纺丝甬道的底部出来，经集束后卷绕在丝筒上，经加捻后处理得到成品醋酸长丝。蒸发的丙酮气体经冷却，活性炭吸附和精馏，即又回收到纯净的丙酮。

在醋纤生产过程中，将原液制备、纺丝、溶剂回收的用水、用汽及用热部位综合平衡，进行热能综合利用及回收利用。对降低能耗、降低成本、正常稳定运转将起到重要作用。

2.工艺流程及设备。

（1）工艺流程图（如图1所示）。

图1 醋酸长丝生产工艺流程

（2）工艺流程说明。

醋片以大袋型包装或专用容器送到醋片接受贮存装置。贮罐中的醋片使用专用提升装置送到醋片混合器。混合后的醋片经过提升和绞笼式输送装置送至溶解工序。浆液制备工序使用溶解设备，采用连续法的三釜串联工艺，溶解时间6 h。纤维素醋酸酯以片状形式存放于贮罐中，靠气流输送，醋片经过自动控制的称量装置进入溶解釜。在装有可精密计量水量的贮罐中，与丙酮混合制成溶剂，并在强力搅拌的条件下注入溶解工序。浆液经过加热和三级充分过滤，以去除机械杂质和不完全溶解的聚合物粒子，同时脱除气泡。第一级过滤采用筒式连续过滤机，第二和第三道过滤采用板式压滤机。浆液的输送采取计量泵输送方式。来自浆液车间的纤维素醋酸酯溶液于压力下进入烛型过滤器，经过根据产品纤度要求可精密计量的浆液泵进入纺丝组件。其后，浆液下行至纺丝组件，从纺丝板孔流出的浆液于纺丝甬道处和热空气接触。纤维素醋酸酯丝条中的大部分溶剂丙酮逸出，形成醋酯长丝束。每一个纺丝甬道配置一块纺丝板，一台计量泵，可纺制40 dtex～166 dtex醋酯长丝。

溶剂回收车间是回收并重复使用来自纺丝机、纺丝甬道、浆料制备及各罐釜、回收工序各槽、冷凝器、过滤器等生产单元的空气和丙酮混合气体。丙酮混合气体经过滤进入一级冷凝器，除去混合气体中夹带的杂物。经风机抽出进入第二级冷凝器，把气体温度降下，进入吸附床。吸附单元为活性炭床，活性炭床70%的吸附能力进行吸附操作，30%的吸附能力进行解吸。吸附丙酮后的活性炭床，通入蒸汽进行解吸。被蒸汽解吸的丙酮与蒸汽进入冷凝器，变成温度为30℃、丙酮含量40%～50%的稀溶液。丙酮稀溶液泵送到浮阀式精馏塔，塔顶丙酮被送入贮罐，循环使用[3]。

（三）醋酸纤维技术的新进展

1.功能性醋酯纳米纤维的开发。

泰国国家纳米技术中心使用数均分子质量为30 000、酯化度2.4的醋片原料，以丙酮、二甲基乙酰胺作为溶剂，在CA纺丝液中添加Asiaticoside制剂，成功地在静电纺丝装置上制得纳米纤维网，纤维单丝直径在300 nm～545 nm。产品应用于促进组织生长的创伤包扎纱布。美国马萨诸里技术研究所在CA纺丝液中添加氯化物系列抗菌剂，在静电纺设备上成功得到直径在700 nm～1 200 nm的亚微米醋酯抗菌纤维。美国康奈尔大学研究开发的荧光防伪醋酯纳米纤维，兼有pH值传感功能，受到市场的广泛关注。国内天津工业大学开发的CA中空纤维膜用于超低压反渗透操作，产品适用于超纯水、食品、医药等工业领域[4]。

2.利用可再生资源生产醋酸纤维。

美国Street大学农业应用研究中心立足于农副产品原料，在合成高附加值的醋酸纤维上取得了新进展。该项研究主要涉及三个方面：①原料选择与加工，原料选择农副产品下脚料即谷物纤维、米壳和麦秆等非粮食生物质；②原料的预处理，源于农副产品的原料需进行预处理；③经过预处理的纤维素原料直接进入酯化工序。研究成果显示：以预处理物料量计，平均转化率达25%，其中，以谷物纤维为原料的转化率可做到23.9%，米壳的转化率为26.6%，麦秆为原料的转化率达25.8%。

3.等离子体改性醋酯纤维。

程德亮等人采用低温常压等离子体对醋酯纤维进行表面改性处理，结果表明经低温氩气等离子体改性处理的醋酯纤维，表面出现了较大的沟槽和较多的突起，明显增大了纤维的比表面积，其对烟焦油的吸附量比常规醋酯纤维高41.73%[5]，对等离子体处理醋酯纤维的工业化生产具有非常重要的意义。

二、醋酸纤维的应用

（一）醋酸纤维在卷烟行业的应用

作为烟草行业卷烟的过滤嘴材料，醋酸纤维滤嘴是现今低焦油和高焦油卷烟消费者都广泛接受的机械过滤嘴。它无毒、无味、耐冲击、耐油、不带静电、吸阻小、吸附力强，且具有很好的弹性和热稳定性，能选择性的吸附烟气中的有害成分，同时又保留一定的烟碱而不失烟草的口味[6]。

（二）醋酸纤维在生物医学领域的应用

CA中空纤维膜在血液透析器上的使用已较为普遍，其使用性能介于较为致密的超滤膜和比较疏松的反渗透膜之间。通常CA膜易受到微生物的侵蚀而使用寿命缩短，因此CA膜的改进与提高的研究从未停止过。由醋酸纤维于对蛋白质的移动无阻力，在医学上常被作为电泳的载体，显示特定蛋白质的有无及含量。醋酸纤维素膜电泳是20世纪50年代以后兴起的一种以醋酸纤维素膜作为支持物的电泳技术，这种电泳技术不仅具有分辨力高、简单、快速、样品需求量少和定量分析时灵敏度高等优点，而且还便于照相，透明的电泳图谱可长期保存，现在已广泛应用于医学临床化验[7]。另外用醋酸短纤制成的无纺布可用于外科手术包扎，与伤口不黏连，是高级医疗卫生材料。

（三）醋酸纤维在纺织行业的应用

1.醋酸纤维及其织物的主要性能。

醋酸纤维制成的织物真正能够迎合消费者对服饰的美观与舒适性合一的要求。其主要性能有：在化学纤维中最酷似真丝，光泽优雅，染色鲜艳，染色牢度强手感柔软滑爽，质地轻，具有优良的自然品质感，穿着舒适回潮率低，弹性好，不易起皱，具有良好的悬垂性、热塑性、尺寸稳定性，不需要水洗定形有稳定的抗起球性、抗静电性，服装外观始终保持不变，吸湿性能不如黏胶好，可耐高温熨烫和低温打褶耐虫蛀和霉变，服装可长期存放不易污染，污迹易脱落、易洗涤、有生物降解性。

2.应用于机织物。

由于纤维素醋酯具有舒适、悬垂性和可染等性能，使其在工作服、女裙及裤子的衬里上获得广泛应用。醋酯织物一般需要干洗，从而也使其在其他领域的应用受到限制。但是，醋酯纤维已大量用于机织和针织时装面料，如：绉绸、缎纹、塔夫绸、提花织物、平针织物、拉舍尔以及服装衬里的斜纹和塔夫绸。醋酯长丝织物主要用于社交服、女式礼服、新娘服装、家俱织物、窗帘织物、床单、医用和外科用带、运动护带、装饰织物、带、人造花、灯罩、丝绒、女士服装、木箱衬里等。醋酯纤维也可以同粘胶、尼龙、真丝和氨纶混纺制做各种时装。混纺服装具有较好的水洗，舒适和保形性能。

3.应用于针织物。

用醋酯长丝制造的经编物可用作时装、运动服、医用绷带和包扎带、起绒晨衣以及花边和钩编花边等装饰织物。用醋酯或醋酯同聚酯和尼龙混纺的纬编织物可用来制做漂亮的时装。

4.应用于醋酯短纤维和非织造布。

醋酯短纤维经梳理、干法和湿法铺网可制造伤病人服装、个人卫生用材料、擦布以及特种纸。

三、结语

醋酸纤维是物理机械性能和化学性能都相对优良的纤维，是可降解的生物友好型再生纤维素材料，广泛应用于卷烟、纺织、生物医学等行业。虽然醋酸纤维的应用已经十分广泛，但是现在用于纺织品的醋酸纤维大部分还需要进口，而且醋酸纤维的加工性能、服用性能还有待提高，醋酸纤维及其产品的许多性能和机理还有待进一步研究与探讨，所以加强醋酸纤维的开发和应用依然是一个重要的课题。

[1]侯庆华，戴玲.纺织用醋酯长丝的产品性能及应用[J].合成纤维，2006，35（2）：1-5.

[2]王石磊.醋酸纤维的结构与性能研究[D].山东：青岛大学，2010.

[3]侯庆华，戴玲.纺织用醋酯长丝的产品性能及应用[J].合成纤维，2006，35（2）：1-5.

[4]芦长椿.不断进步中的醋酯纤维技术与市场[J].合成纤维，2012，41（10）：34-38.

[5]程德亮，黄少毅，蔡再生等.等离子体改性醋酯纤维的烟焦油吸附性能[J].印染，2012，38（3）：5-8.

[6]林云.卷烟滤嘴研究进展[J].科技信息，2013（25）：480.

[7]陈华絮，肖生鸿.关于提高血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳效果的探讨[J].中国教育技术装备，2006（6）：15-18.☆