1、再生纤维素纤维课件 纤维素纤维素（CelluloseCellulose）最丰富的天然高分子物质，它）最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是不仅来源丰富，而且是可再生的资源可再生的资源。 自然界通过光合作用每年可产生几千亿吨的纤维素，自然界通过光合作用每年可产生几千亿吨的纤维素，只有大约只有大约六十亿吨六十亿吨的纤维素被人们所使用。的纤维素被人们所使用。 纤维素可以广泛应用于人类的日常生活中，与人类纤维素可以广泛应用于人类的日常生活中，与人类生活和社会文明息息相关。生活和社会文明息息相关。 自古以来自古以来, 棉花织布、木材造纸；棉花织布、木材造纸； 1838年，法国科学家年，法国科学家
2、 Anselme Payen 对大量植物细胞经过详对大量植物细胞经过详细的分析发现细的分析发现纤维素纤维素（Cellulose）；）； 1891年，克罗斯（年，克罗斯（Cross），贝文），贝文(Bevan)和比德尔（和比德尔（Beadle）等首先制成了等首先制成了纤维素黄酸钠溶液纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为因而命名为“粘胶粘胶”。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出；。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出； 1893年由此发展成为一种年由此发展成为一种最早制备化学纤维最早制备化学纤维的方法；的方法； 1905年年,Mueller等发明了稀硫酸和硫酸盐组成的凝固
3、浴等发明了稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴,使粘使粘胶纤维性能得到较大改善胶纤维性能得到较大改善,从而实现了粘胶纤维的从而实现了粘胶纤维的工业化生产工业化生产发展历史自工业化以来，粘胶纤维得到了不自工业化以来，粘胶纤维得到了不断的完善和发展断的完善和发展 本世纪本世纪 30 30 年代末期年代末期, ,出现了出现了强力强力粘胶粘胶纤维纤维； 5050年代初期年代初期, ,高湿模量粘胶高湿模量粘胶纤维实现了工业化纤维实现了工业化； 6060年代初期年代初期, ,粘胶纤维的发展达到高峰粘胶纤维的发展达到高峰, ,其产量占化学纤维总产其产量占化学纤维总产量的量的80%80%以上以上； 从从6060年代中期
4、起年代中期起, ,粘胶纤维的发展趋于平缓粘胶纤维的发展趋于平缓, ,到到19681968年产量开始年产量开始落后于合成纤维落后于合成纤维； 目前世界粘胶纤维的产量约目前世界粘胶纤维的产量约300300万吨万吨, ,约占化学纤维总产量的约占化学纤维总产量的10%10% ； 在粘胶纤维中在粘胶纤维中, ,短纤维短纤维的产量约占三分之二的产量约占三分之二, , 其余三分之一是其余三分之一是粘胶粘胶长丝和强力纤维长丝和强力纤维 我国自解放后我国自解放后, ,粘胶纤维粘胶纤维的生产才刚刚起步的生产才刚刚起步, ,随后得到迅速发随后得到迅速发展展, ,先后建成了近先后建成了近5050家中小型粘胶纤维厂家中
5、小型粘胶纤维厂, ,遍及全国遍及全国2020多个省、多个省、市、自治区市、自治区； 到到20032003年粘胶纤维总产量达到年粘胶纤维总产量达到7070多万吨多万吨, ,产量位居世界第一产量位居世界第一。 除普通品种外除普通品种外, ,改性粘胶纤维也有生产。改性粘胶纤维也有生产。 在改进生产设备在改进生产设备, ,及生产工艺方面及生产工艺方面, ,都取得了明显成就。都取得了明显成就。再生纤维素纤维的生产方法再生纤维素纤维的生产方法1 1、粘胶法、粘胶法：粘胶纤维：粘胶纤维2 2、溶剂法、溶剂法：铜氨纤维；：铜氨纤维；LyocellLyocell纤维等；纤维等； 3 3、纤维素氨基甲酸酯法、纤维
6、素氨基甲酸酯法（CCCC法）：纤维素氨基甲酸酯法）：纤维素氨基甲酸酯(cellulose Carbamate)(cellulose Carbamate)纤维纤维. .4 4、闪爆法、闪爆法：新纤维素纤维：新纤维素纤维5 5、熔融增塑纺丝法、熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维：新纤维素纤维 环境友好的并可能工业化生产的为属于生产第三代纤维素纤环境友好的并可能工业化生产的为属于生产第三代纤维素纤维的维的N N甲基吗啉甲基吗啉N N氧化物氧化物（NMMONMMO）法和）法和CCCC法法。但是，目。但是，目前纤维素纤维的主要生产方法还是以前纤维素纤维的主要生产方法还是以粘胶法为主粘胶法为主，产量占，产量占9
7、090以上。以上。粘胶纤维普通纤维高强高湿模类纤维强力纤维改性及特种纤维：接枝纤维、阻燃纤维、中空纤维短纤维：棉型纤维，毛型纤维长丝波里诺西克纤维（polynosic）高强高模纤维高卷曲、高弹性纤维普通强力纤维超强力纤维粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量巨大、用途粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量巨大、用途广泛的化学纤维。据其结构和性能可分为以下品种广泛的化学纤维。据其结构和性能可分为以下品种: 粘胶纤维虽然湿强低粘胶纤维虽然湿强低, ,织物易变形褶皱织物易变形褶皱, ,但其它具有但其它具有吸湿性好、吸湿性好、透气性强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可以生物降透气性强、染色性好、穿
8、着舒适、易于纺织加工、可以生物降解解等优良性能。等优良性能。 这恰好可以弥补合成纤维的不足。因此这恰好可以弥补合成纤维的不足。因此, ,粘胶纤维与合成纤维粘胶纤维与合成纤维按一定比例按一定比例混纺混纺或交织或交织, ,可以相互取长补短可以相互取长补短, ,提高织物的服用性提高织物的服用性能。能。 合成纤维合成纤维主要原料是主要原料是不可再生的石化原料，不可再生的石化原料，本世纪中叶将要耗本世纪中叶将要耗尽尽；而粘胶纤维的原料而粘胶纤维的原料纤维素来自纤维素来自植物资源植物资源, ,贮备量很大贮备量很大，可，可再生再生 通过各种方法对粘胶纤维进行改性通过各种方法对粘胶纤维进行改性, ,可以制得兼
9、有粘胶纤维可以制得兼有粘胶纤维与与合成纤维优良性能及特殊功能的合成纤维优良性能及特殊功能的纤维素纤维纤维素纤维, ,从而促进了粘胶从而促进了粘胶纤维的进一步发展。纤维的进一步发展。 第二节第二节 生产纤维素纤维的基本原料生产纤维素纤维的基本原料一、一、植物纤维原料的来源及其化学成分植物纤维原料的来源及其化学成分 植物纤维是制造植物纤维是制造纤维素纤维素浆粕的原料浆粕的原料, , 纤维素纤维素浆粕是生产浆粕是生产再生纤维素再生纤维素纤维的原料纤维的原料。 制造制造纤维素纤维素纤维的植物纤维原料主要有以下来源纤维的植物纤维原料主要有以下来源p 木材纤维木材纤维p 棉纤维棉纤维p 禾本科植物纤维禾本
10、科植物纤维1 1、木材纤维木材纤维 木材纤维可分为木材纤维可分为针叶木针叶木和和阔叶木阔叶木两类。两类。阔叶阔叶木木如桦木、白杨、栗木、山毛如桦木、白杨、栗木、山毛榉榉等等, ,针叶针叶木木如落叶松、鱼鳞松、云南松如落叶松、鱼鳞松、云南松、云杉云杉、铁杉、马尾松等。、铁杉、马尾松等。针叶木是制造纤维素纤维的优质原料针叶木是制造纤维素纤维的优质原料, ,阔叶木也可阔叶木也可以用于制以用于制造造纤维素纤维素纤维。纤维。 木木材的化学成分因品种材的化学成分因品种、生长条件及生长部位的不同而有较生长条件及生长部位的不同而有较 大差异。大差异。 我国几种我国几种木木材的化学成分如表材的化学成分如表2-1
11、2-1。 品种品种成分成分针 叶 木阔 叶 木鱼鳞松冷杉马尾松云南松白杨桦木水水 分分9.32118.1711.6013.35灰灰 分分0.310.990.500.341.430.33抽抽出出物物冷水冷水0.961.922.501.52热水热水2.354.562.803.393.192.611% 1% NaOHNaOH10.6814.5114.6714.4325.06有机溶剂抽出物有机溶剂抽出物0.890.213.063.953.593.93蛋白质蛋白质0.590.720.51果胶质果胶质1.281.08木质木质29.1231.6527.7927.9423.8423.84戊糖戊糖11.4510
12、.7911.4010.4117.31-纤维素纤维素48.4545.9358.7946.5446.7944.58全纤维素全纤维素58.7960.3359.97表表2-1 2-1 几种木材的化学成分几种木材的化学成分 （单位：（单位：% %） 2、棉纤维棉纤维 棉纤维属种子纤维棉纤维属种子纤维,附着在棉籽壳上的短纤维为棉附着在棉籽壳上的短纤维为棉短绒短绒,它不能直接作为纺织原料它不能直接作为纺织原料,而是制造而是制造纤维素纤维素纤维的纤维的优质原料。优质原料。 棉短绒和棉纤维棉短绒和棉纤维的化学成分无多大差异的化学成分无多大差异,只是只是纤维纤维素的含量稍低素的含量稍低,灰分等杂质较多灰分等杂质较
13、多,如表如表 2-2所示所示。成成分分棉纤维棉纤维棉短绒棉短绒成成分分棉纤维棉纤维棉短绒棉短绒纤维素纤维素959597909091果胶质和戊糖果胶质和戊糖1.21.21.91.9脂肪和蜡脂肪和蜡0.50.50.6 0.50.51.O1.O木木素素3 3 氮氮1.O1.O1.1 0.20.20.3灰分灰分1.141.141.01.01.5 表表 2-2 2-2 一般成熟的棉纤维和棉短绒的化学成分一般成熟的棉纤维和棉短绒的化学成分( ( 单位单位：%)%) 3 3、禾本科植物纤维禾本科植物纤维 禾本科植物纤维包括竹、芦苇、麦杆、禾本科植物纤维包括竹、芦苇、麦杆、甘蔗甘蔗渣、高渣、高梁梁秆秆、玉米、
14、玉米秆秆、棉、棉秆秆等等, ,这些也可以作为制造这些也可以作为制造纤维素纤维素纤纤维的原料维的原料。目前我国目前我国已经已经有有用甘蔗用甘蔗渣渣、竹竹子浆粕子浆粕用作粘用作粘胶纤维。胶纤维。 蔗蔗渣的化学成分与渣的化学成分与甘蔗甘蔗的品种的品种、生长时间和榨生长时间和榨蔗蔗的的工工艺条艺条件有关件有关, ,同一根同一根甘蔗甘蔗各部位的化学成分也有差异各部位的化学成分也有差异。甘蔗甘蔗渣的化学成分如表渣的化学成分如表2-32-3所示所示。 表表2-3 甘蔗渣化学成分分析表甘蔗渣化学成分分析表 (单位单位:%) 成分成分 名称名称灰灰分分热水抽出物热水抽出物1%NaOH1%NaOH抽出物抽出物木素
15、木素树脂树脂戊糖戊糖全纤维素全纤维素铁质铁质/mgkgmgkg-1-1未除髓未除髓2 . 42 . 47 72.742.7433.7333.7320.1220.121.681.6827.1327.1343.3143.31168168除髓除髓（45%）1 . 41 . 49 92.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.6043.5843.58127127蔗髓蔗髓4 . 64 . 67 72.842.8439.3139.3119.5319.532.222.2226.8926.8938.1538.15483483成 分 名成 分 名称称灰分灰分热水抽出物
16、热水抽出物1%NaOH1%NaOH抽抽出物出物木素木素树脂树脂戊糖戊糖全纤维素全纤维素铁质铁质/mgkgmgkg-1-1未除髓未除髓2.472.472.742.7433.7333.7320.1220.121.681.6827.1327.1343.3143.31168168除髓（除髓（45%） 1.491.492.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.6043.5843.58127127蔗髓蔗髓4.674.672.842.8439.3139.3119.5319.532.222.2226.8926.8938.1538.15483483成分名称成分名称灰
17、分灰分热水抽出物热水抽出物1%NaOH1%NaOH抽抽出物出物木素木素树脂树脂戊糖戊糖全纤维素全纤维素铁质铁质/mgkg-1mgkg-1未除髓未除髓2.472.472.742.7433.7333.7320.1220.121.681.6827.1327.1343.3143.31168168除髓（除髓（45%） 1.491.492.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.6043.5843.58127127蔗髓蔗髓4.674.672.842.8439.3139.3119.5319.532.222.2226.8926.8938.1538.15483483成
18、分名称成分名称灰分灰分热水抽出物热水抽出物1%NaOH1%NaOH抽抽出物出物木素木素树脂树脂戊糖戊糖全纤维素全纤维素铁质铁质/mgkg-1mgkg-1未除髓未除髓2.472.472.742.7433.7333.7320.1220.121.681.6827.1327.1343.3143.31168168除髓（除髓（45%） 1.491.492.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.6043.5843.58127127除髓除髓（45%）1.491.492.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.6043.5
19、843.58127127蔗髓蔗髓4.674.672.842.8439.3139.3119.5319.532.222.2226.8926.8938.1538.15483483成分名称成分名称灰分灰分热水抽出物热水抽出物1%NaOH1%NaOH抽抽出物出物木素木素树脂树脂戊糖戊糖全纤维素全纤维素铁质铁质/mgkg-1mgkg-1未除髓未除髓2.472.472.742.7433.7333.7320.1220.121.681.6827.1327.1343.3143.31168168除髓除髓（45%）1.491.492.572.5731.5931.5920.0120.011.631.6327.6027.
20、6043.5843.58127127蔗髓蔗髓4.674.672.842.8439.3139.3119.5319.532.222.2226.8926.8938.1538.15483483 缨缨状微胞结构理论状微胞结构理论认为纤维素结构存在两个相态认为纤维素结构存在两个相态, ,即即所谓的所谓的结晶区和无定形区结晶区和无定形区。 认为纤维素的结构是许多大分子形成的连续结构认为纤维素的结构是许多大分子形成的连续结构, ,在在大分子致密的地方大分子致密的地方, ,它们平行排列定向良好它们平行排列定向良好, ,并构成纤并构成纤维素的高序维素的高序结晶结晶部分部分。 当致密度较小时当致密度较小时, ,大分
21、子彼此之间的结合程度亦较弱大分子彼此之间的结合程度亦较弱, ,有较大的空隙部分有较大的空隙部分, ,分子链分布也不完全平行分子链分布也不完全平行, ,构成纤构成纤维素的无定形部分。维素的无定形部分。 缨缨状微胞结构理论认为纤维素结构中包含结晶部分和状微胞结构理论认为纤维素结构中包含结晶部分和无定形部分无定形部分, ,这是目前普遍被承认的这是目前普遍被承认的纤维素的纤维素的结构结构对结晶部分和无定形部分的对结晶部分和无定形部分的分布分布, ,则没有一致的观点。则没有一致的观点。例如例如, , 有人认为无定形部分是由结有人认为无定形部分是由结晶晶部分伸出来的分子链所部分伸出来的分子链所组成组成,
22、,结晶部分和无定形部分之间由分子链贯穿结晶部分和无定形部分之间由分子链贯穿, ,而二而二者之间没有严格的界面者之间没有严格的界面, ,如图如图2-12-1所示所示。 有人则认为结晶部分是由折叠链构成的有人则认为结晶部分是由折叠链构成的, ,如图如图2-22-2所示所示。 缨缨状微胞结构是状微胞结构是普通粘胶纤维普通粘胶纤维的结构形式的结构形式图图2-1 纤维素的缨状微胞结构模型纤维素的缨状微胞结构模型图图2-2 修正的缨状微胞结构模型修正的缨状微胞结构模型缨缨状状原纤原纤结构理论结构理论和和缨缨状状微胞微胞结构理论结构理论都认为纤维素结都认为纤维素结构中包含结晶部分和无定形部分构中包含结晶部分
23、和无定形部分；二者的区别是二者的区别是：缨缨状微胞结构理论认为结晶区较短状微胞结构理论认为结晶区较短, ,而而缨缨状原纤结构理论状原纤结构理论认为结晶区较长认为结晶区较长, , 晶区是长链分子的小片断构成的晶区是长链分子的小片断构成的, ,长链长链分布依次地通过结晶的原纤和它们中间的非晶区分布依次地通过结晶的原纤和它们中间的非晶区, ,如图如图 2-32-3所示所示。天然纤维素纤维、波里诺西克纤维天然纤维素纤维、波里诺西克纤维、高温模量纤维高温模量纤维和和LyocellLyocell纤维纤维都具有都具有缨缨状原纤结构状原纤结构。 2 2、纤维素的分类纤维素的分类 n 纤维素不是一种均一的物质纤
24、维素不是一种均一的物质, ,而是一种不同相对分子质而是一种不同相对分子质量的混合物。量的混合物。n 在工业上分为在工业上分为: : 纤维素、纤维素、纤维素、纤维素、纤维纤维素素。后两种纤维素统称为。后两种纤维素统称为半纤维素半纤维素。n 纤维素纤维素是植物纤维素在特定条件下不溶于是植物纤维素在特定条件下不溶于2020的的17.5% NaOH17.5% NaOH溶液的部分溶液的部分；溶解的部分称为半纤维素溶解的部分称为半纤维素。n 纤维素纤维素是以上溶解部分用酯酸中和又重新沉淀分是以上溶解部分用酯酸中和又重新沉淀分离出来的那一部分纤维素。离出来的那一部分纤维素。n 不能不能沉淀的部分为沉淀的部分
25、为纤维素纤维素。聚合度越低纤维素越易溶解，显然，聚合度越低纤维素越易溶解，显然，纤维素纤维素的的聚合度高于半纤维素的聚合度。聚合度高于半纤维素的聚合度。 纤维素纤维素的聚合度一般在的聚合度一般在200200以上，以上， 纤维素纤维素为为140140200200, , 纤维素则为纤维素则为 1010140140。浆粕的浆粕的纤维素含量越高越好纤维素含量越高越好。3、纤维素的物理性质纤维素的物理性质 p纤维素是纤维素是白白色色、无味无味、无臭无臭的物质。的物质。p密度为密度为1.501.56g/cm3, 比热容为比热容为 0.320.33, p不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂不溶于水、稀酸、稀
26、碱和一般的有机溶剂 ,p能溶解在能溶解在浓硫酸和浓氯化浓硫酸和浓氯化锌锌溶液溶液中中,同时发生一定同时发生一定程度的分子链断裂程度的分子链断裂,使聚合度降低。使聚合度降低。p纤维素能很好地溶解在纤维素能很好地溶解在铜氨溶液铜氨溶液和和复合有机溶液复合有机溶液体体系中。系中。p 纤维素对纤维素对金属离子金属离子具有交换吸附能力具有交换吸附能力。纤维素中含杂质如纤维素中含杂质如木木质素及半纤维素越多质素及半纤维素越多, ,其对金属离子的吸附能力越强。其对金属离子的吸附能力越强。p 纤维素对金属离子的交换吸附能力与溶液的纤维素对金属离子的交换吸附能力与溶液的pHpH值有关值有关,pH,pH值值越高越
27、高, ,交换吸附能力越强。交换吸附能力越强。p 纤维素一般具有良好的对水或其它溶液的吸附性。吸附性的纤维素一般具有良好的对水或其它溶液的吸附性。吸附性的强弱与纤维素的结构及毛细管作用有关。强弱与纤维素的结构及毛细管作用有关。p 纤维素在纤维素在200200以下热稳定性尚好以下热稳定性尚好；当当温度高于温度高于200200时时, ,纤纤维素的表面性质发生变化维素的表面性质发生变化, ,聚合度下降。聚合度下降。p 影响纤维素影响纤维素裂解的因素裂解的因素除温度和时间外除温度和时间外, ,水分和空气的存在亦水分和空气的存在亦有很大关系。有很大关系。4 4、纤维素的化学性质纤维素的化学性质 在纤维素分
28、子结构中在纤维素分子结构中, ,每个葡萄糖残基含有每个葡萄糖残基含有三个三个羟羟基基( (OH)OH)及及一个末端一个末端醛醛基基, ,在某些化学试剂的作用下在某些化学试剂的作用下, ,纤维素可发生一系纤维素可发生一系列化学反应。列化学反应。u 氧化反应氧化反应: : 纤维素对氧化剂十分敏感。受氧化剂作用时纤维素对氧化剂十分敏感。受氧化剂作用时, , 纤纤维素分子中的部分维素分子中的部分羟羟基被氧化成基被氧化成羧羧基基(-COOH)(-COOH)或或醛醛基基( (CHO),CHO),同时分子链发生断裂同时分子链发生断裂, ,聚合度降低聚合度降低；u 与酸反应与酸反应: :纤维素与酸作用时纤维素
29、与酸作用时, ,在适当的条件下会发生酸性水在适当的条件下会发生酸性水解。这是由于纤维素大分子的配糖联接对酸不稳定性引起的。解。这是由于纤维素大分子的配糖联接对酸不稳定性引起的。纤维素的酸性水解纤维素的酸性水解, ,可分为单相及多相水解。多相水解时可分为单相及多相水解。多相水解时, ,水水解后的纤维素形态仍保持固态解后的纤维素形态仍保持固态, ,并不溶解并不溶解；这种不溶解的纤维这种不溶解的纤维素称为水解纤维素素称为水解纤维素。水解后水解后，纤维素聚合度降低。单相水解纤维素聚合度降低。单相水解时时, ,纤维素首先溶解纤维素首先溶解, ,然后发生水解然后发生水解, ,聚合度下降。如条件剧烈聚合度下
30、降。如条件剧烈, ,则水解的最终产物为葡萄糖。则水解的最终产物为葡萄糖。u 与碱反应与碱反应: :纤维素与碱作用时纤维素与碱作用时, ,在适当条件下发生配糖联接在适当条件下发生配糖联接碱性降解及端基的碱性降解及端基的“剥皮剥皮”反应反应, , 导致纤维素的聚合度降导致纤维素的聚合度降低低。纤维素与浓纤维素与浓NaOHNaOH溶液作用溶液作用, ,生成碱纤维素。生成碱纤维素。碱纤维素是碱纤维素是制备纤维素酯或制备纤维素酯或醚醚的中间产物。的中间产物。u 酯酯化反应化反应: :纤维素与各种无机酸和有机酸反应纤维素与各种无机酸和有机酸反应, ,生成各种生成各种酯酯化物化物, ,如硝化纤维素、酯酸纤维
31、素、纤维素黄酸如硝化纤维素、酯酸纤维素、纤维素黄酸酯酯等。等。u 醚醚化反应化反应: :纤维素与卤代纤维素与卤代烷烷、卤代酸或硫酸、卤代酸或硫酸酯酯作用生成纤维作用生成纤维素素醚醚, ,比较重要的有比较重要的有: :纤维素甲基纤维素甲基醚醚、乙基、乙基醚醚及及羧羧甲基纤维甲基纤维素素(CMC)(CMC)等等, ,它们有广泛的用途。它们有广泛的用途。三、三、纤维素纤维素浆粕浆粕1 1、纤维素、纤维素浆浆粕粕的制造的制造 纤维素纤维素浆浆粕粕的生产过程与造纸工业的制浆过程区别的生产过程与造纸工业的制浆过程区别不大不大 , , 但对浆但对浆粕粕的化学纯度及反应性能要求严格的化学纯度及反应性能要求严格
32、, ,对机对机械强度等物理性质无特殊要求械强度等物理性质无特殊要求, ,因而生产工艺与造纸工因而生产工艺与造纸工业有所不同。业有所不同。其生产工艺流程可用图其生产工艺流程可用图2-42-4表示表示。甘蔗渣甘蔗渣棉短绒棉短绒木材木材备料备料蒸煮蒸煮漂前精选漂前精选漂白漂白漂后精选漂后精选抄浆抄浆脱水、烘干脱水、烘干浆粕浆粕图图2-42-4浆粕生产流程示意图浆粕生产流程示意图备料备料制浆原料要进行预处理。制浆原料要进行预处理。u 甘蔗渣原料要经过开松和除髓甘蔗渣原料要经过开松和除髓, ,除去其中的除去其中的蔗蔗髓及其它机髓及其它机械杂质械杂质；u 棉短绒则要进行开松棉短绒则要进行开松、除尘除尘,
33、,除去砂粒和矿物性杂质以及除去砂粒和矿物性杂质以及棉籽壳等棉籽壳等；u 木材原料则要经过剥皮、除节、切片等处理。木材原料则要经过剥皮、除节、切片等处理。蒸煮蒸煮植物原料经过以上的预处理后与蒸煮药剂混合植物原料经过以上的预处理后与蒸煮药剂混合, ,在规定的温度与压力下进行蒸在规定的温度与压力下进行蒸煮成为浆料。根据蒸煮药剂的不同煮成为浆料。根据蒸煮药剂的不同, ,粘胶纤维浆粕生产的方法一般可分为三种粘胶纤维浆粕生产的方法一般可分为三种, ,即即亚硫酸盐法、预水解硫酸盐法及苛性钠法亚硫酸盐法、预水解硫酸盐法及苛性钠法。亚硫酸盐法亚硫酸盐法适用于结构紧密的纤维原料适用于结构紧密的纤维原料, ,如针叶
34、木等。如针叶木等。预水解硫酸盐法预水解硫酸盐法适用于树脂和多缩戊糖含量高的植物纤维原料适用于树脂和多缩戊糖含量高的植物纤维原料 , , 如落叶松、如落叶松、阔叶树及甘蔗渣等。阔叶树及甘蔗渣等。苛性钠法苛性钠法适用于棉短绒制浆。适用于棉短绒制浆。对于禾本科植物原料也有采用预水解苛性钠法对于禾本科植物原料也有采用预水解苛性钠法和和亚硫酸盐法制浆。亚硫酸盐法制浆。在蒸煮过程中在蒸煮过程中, ,纤维细胞发生膨润纤维细胞发生膨润, ,初生壁被破坏初生壁被破坏, ,浆粕反应性能提高浆粕反应性能提高, ,大部分大部分半半纤维素及其它非纤维素化合物得以除去纤维素及其它非纤维素化合物得以除去, ,浆粕的聚合度降
35、低浆粕的聚合度降低。蒸煮条件则视纤。蒸煮条件则视纤维原料的种类维原料的种类、化学组成、密度、水分、成熟程度及浆粕品质要求不同而异。化学组成、密度、水分、成熟程度及浆粕品质要求不同而异。 精选精选 蒸煮后的浆料要经过洗涤、打浆、筛选、除砂、浓缩等过蒸煮后的浆料要经过洗涤、打浆、筛选、除砂、浓缩等过程程, ,以提高其纯度和反应性能。以提高其纯度和反应性能。 漂白漂白 除去浆料中的有色杂质和残存的木素、灰分、铁质除去浆料中的有色杂质和残存的木素、灰分、铁质 , , 进一进一步提高纤维素的反应性能步提高纤维素的反应性能, , 并最终调节纤维素的聚合度。并最终调节纤维素的聚合度。漂白精选后的浆料送至抄浆
36、机漂白精选后的浆料送至抄浆机, ,在此成型、脱水、烘干、整理并在此成型、脱水、烘干、整理并成包成包, ,即为成品浆即为成品浆粕粕。 2 2、粘胶纤维浆粘胶纤维浆粕粕的质量要求的质量要求 由于浆由于浆粕粕生产原料不同生产原料不同, ,纤维素纤维纤维素纤维品种及制造方品种及制造方法、工艺、设备不同法、工艺、设备不同 , , 因此对因此对纤维素纤维素浆粕的质量要求浆粕的质量要求也不尽相同。但均应具有也不尽相同。但均应具有纯度高纯度高, ,碱化及黄化时能与化碱化及黄化时能与化学试剂迅速而均匀地反应学试剂迅速而均匀地反应, ,纤维素纤维素酯酯在碱溶液中扩散及在碱溶液中扩散及溶解性能良好溶解性能良好, ,
37、并且有良好的过滤性能并且有良好的过滤性能, ,以保证纺丝顺利以保证纺丝顺利进行进行。浆浆粕粕的理想质量如表的理想质量如表2-42-4所示。所示。 表表2-4 浆粕的理想质量浆粕的理想质量指标名称指标名称理想要求理想要求纤维素纤维素越高越好越高越好杂度杂度越低越好越低越好聚合度分布聚合度分布均匀一致，分布带越窄越好均匀一致，分布带越窄越好反应性能反应性能优良优良纤维长度分布纤维长度分布均匀均匀浆粕成分均一性浆粕成分均一性好好 纤维素含量纤维素含量高、半纤维素含量低标志着浆高、半纤维素含量低标志着浆粕粕纯度高纯度高, ,在纤维在纤维生产中浆生产中浆粕粕及及CSCS 的单位消耗低的单位消耗低, ,也
38、容易进行碱的回收。也容易进行碱的回收。 浆粕中的浆粕中的杂质杂质包括包括 SiOSiO、铁铁、镁、镁等等, ,它们使粘胶的粘度增高它们使粘胶的粘度增高 , ,并能与酸生成不溶性盐如并能与酸生成不溶性盐如 CaS0CaS0、MgS0MgS0, ,从而降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。从而降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。 铁、铜、铁、铜、锰锰等能加速碱纤维素的老成降解等能加速碱纤维素的老成降解, ,使工艺不稳定使工艺不稳定, ,最终影响粘最终影响粘胶纤维的强度和色泽胶纤维的强度和色泽。 木木质素质素具有特殊的结构及反应基团具有特殊的结构及反应基团, ,可降低浆可降低浆粕粕的润湿能力的润湿能力, ,延缓老
39、成延缓老成速度速度, ,在漂白时生成有色物质在漂白时生成有色物质, ,使纤维产生色斑。使纤维产生色斑。木木质素含量过高质素含量过高, ,将将最终导致粘胶纤维的柔软性变差。最终导致粘胶纤维的柔软性变差。木质素（木质素（lignin）结构）结构 浆粕浆粕聚合度聚合度的要求的要求分布均匀分布均匀 聚合度高于聚合度高于12001200及低于及低于200200的部分越少越好。的部分越少越好。 较高聚合度的部分过多较高聚合度的部分过多, ,其反应性能差其反应性能差, ,并影响过滤性能并影响过滤性能； 聚合度低于聚合度低于200200的部分过多的部分过多, ,则成丝质量低劣则成丝质量低劣, ,纤维品质差。纤
40、维品质差。 浆粕的反应性能好浆粕的反应性能好，NaOH NaOH 和和 CSCS的消耗量少的消耗量少, ,溶解性能和过溶解性能和过滤性能好滤性能好, ,所得到的粘胶可纺性好所得到的粘胶可纺性好。浆粕的反应性能包括纤维。浆粕的反应性能包括纤维素大分子的均一性素大分子的均一性；纤维素形态结构纤维素形态结构, ,即纤维长度及纤维初生即纤维长度及纤维初生壁破坏程度壁破坏程度, ,以及植物纤维的生长条件等。以及植物纤维的生长条件等。 吸碱性能差吸碱性能差, ,则浆粕浸渍时易上浮则浆粕浸渍时易上浮, ,浆粥浓度不易均匀浆粥浓度不易均匀, ,不利于不利于生产工艺的控制。生产工艺的控制。 浆粕中的浆粕中的树脂
41、含量树脂含量少少, ,则有利过滤则有利过滤；树脂含量多树脂含量多, ,则影响黄化则影响黄化反应的均匀性反应的均匀性, ,并容易堵塞喷丝头。并容易堵塞喷丝头。 第三节第三节 粘胶原液的制备粘胶原液的制备一、粘胶纤维的生产过程一、粘胶纤维的生产过程 粘胶纤维的原料和成品粘胶纤维的原料和成品, ,其化学组成都是纤维素其化学组成都是纤维素, ,仅仅仅是形态仅是形态、结构以及物理机械性质发生了变化结构以及物理机械性质发生了变化。粘胶纤粘胶纤维的生产任务维的生产任务, ,就是通过化学和机械的方法就是通过化学和机械的方法, ,将浆将浆粕粕中很中很短的短的纤维制成各种形态并具有所要求品质纤维制成各种形态并具有
42、所要求品质、适合各种用适合各种用途的纤维成品途的纤维成品。各种粘胶纤维的生产各种粘胶纤维的生产，都必须经过下列都必须经过下列四个过程四个过程：(1)(1)、粘胶的制备粘胶的制备；(2)(2)、纺前准备纺前准备； (3)(3)、纤维成形纤维成形； (4)(4)、纤维的后处理纤维的后处理。其具体生产工艺流程为其具体生产工艺流程为：浆粕浆粕浸渍浸渍压榨压榨粉碎粉碎碱纤维素碱纤维素老成老成黄化黄化纤维素磺酸钠纤维素磺酸钠溶解溶解粘胶粘胶混合混合过滤过滤熟成熟成脱泡脱泡纺丝纺丝后处理后处理（水洗、脱硫、漂白、酸洗）（水洗、脱硫、漂白、酸洗）上油上油烘干烘干粘胶纤维粘胶纤维二二、碱纤维素的制备、碱纤维素的
43、制备1 1、浆粕的准备、浆粕的准备 浆粕的生产一般是分批进行的浆粕的生产一般是分批进行的, ,各批浆各批浆粕粕之间往往存之间往往存在着一定的差异在着一定的差异, ,特别是当浆粕的原料品种或质量变化较特别是当浆粕的原料品种或质量变化较大以及生产工艺控制出现波动时大以及生产工艺控制出现波动时, ,就会对粘胶生产产生很就会对粘胶生产产生很大的影响大的影响。为了减小各批浆粕之间的品质差异为了减小各批浆粕之间的品质差异, ,通常采用通常采用多批混合的方多批混合的方法法。在混合时在混合时, ,各批浆粕的品质差异应有一各批浆粕的品质差异应有一定的允许范围定的允许范围。品质差异太大品质差异太大, ,特别是特别
44、是相对分子质量分布相对分子质量分布差异太大的浆粕不能相混。差异太大的浆粕不能相混。浆粕的含水率直接影响粘胶生产工艺浆粕的含水率直接影响粘胶生产工艺。 但含水率的高低并不是重要因素但含水率的高低并不是重要因素, ,只要相应地改变工艺条件亦可制得符合只要相应地改变工艺条件亦可制得符合工艺要求的碱纤维素。工艺要求的碱纤维素。 重要的是浆粕重要的是浆粕含水率的均匀性含水率的均匀性。含水率波动。含水率波动, ,则浸渍时渗透到浆粕内的碱则浸渍时渗透到浆粕内的碱液被稀释的浓度不同液被稀释的浓度不同, ,浆浆粕粕的膨润不均匀的膨润不均匀, ,碱纤维素的生成也不均匀碱纤维素的生成也不均匀, , 从而从而使以后的
45、老成和黄化反应不均匀使以后的老成和黄化反应不均匀, ,制得的粘胶过滤性能变坏制得的粘胶过滤性能变坏, ,成品纤维的品成品纤维的品质下降。质下降。 所以含水率的波动应控制所以含水率的波动应控制2%2% 范围内范围内, ,否则要进行烘干及调湿处理。否则要进行烘干及调湿处理。 但目前生产厂家一般都没有专门的调湿过程但目前生产厂家一般都没有专门的调湿过程, ,而是通过加强浆粕的生产、而是通过加强浆粕的生产、包装、运输和贮存过程的管理包装、运输和贮存过程的管理, ,在使用前将含水率相近的浆粕进行混合和在使用前将含水率相近的浆粕进行混合和搭配搭配, ,在使用时根据浆粕含水率的不在使用时根据浆粕含水率的不同
46、同而适当调整浸渍工艺而适当调整浸渍工艺, ,以制得符合要以制得符合要求的碱纤维素。求的碱纤维素。2 2、纤维素浸渍、纤维素浸渍( (NaOHNaOH溶液溶液) )(1)(1)、浸渍过程中化学及物理化学变化浸渍过程中化学及物理化学变化: : 碱碱与纤维素的相互作用与纤维素的相互作用, ,通常可分为两个阶段。通常可分为两个阶段。首先生成加成化合物首先生成加成化合物：加成化合物还可进一步形成醇化物加成化合物还可进一步形成醇化物： 反应反应进行得极快进行得极快,只需只需数分钟数分钟。生成的碱纤维素的。生成的碱纤维素的值值在在100左左右。即右。即平均一个葡萄糖残基结合一个分子的氢氧化钠平均一个葡萄糖残
47、基结合一个分子的氢氧化钠。 其结合形式其结合形式为为醇醇钠钠形式形式(C6H9O4ONa)或或分子化合物的形式分子化合物的形式 (C6H10O5NaOHnH2O)。 一般在纤维素大分子上酸性较强的仲一般在纤维素大分子上酸性较强的仲羟羟基有可能生成醇基有可能生成醇钠钠,而而在酸性较弱的伯在酸性较弱的伯羟羟基上则生成分子化合物。基上则生成分子化合物。 纤维素在浸渍过程中除以上的化学变化外纤维素在浸渍过程中除以上的化学变化外,还要发生溶胀和部还要发生溶胀和部分低分子溶出分低分子溶出,纤维素的聚合度有所降低纤维素的聚合度有所降低。纤维素的形态结构纤维素的形态结构受到破坏受到破坏,超分子结构也发生了变化
48、。超分子结构也发生了变化。 纤维素对各种化学纤维素对各种化学试试剂的反应能力有所提高剂的反应能力有所提高,从而有利于黄化从而有利于黄化反应的进行。反应的进行。(2)(2)影响纤维素溶胀作用的因素影响纤维素溶胀作用的因素 浆粕的膨润作用浆粕的膨润作用, ,包含了纤维包含了纤维间间毛细管水的凝聚作用毛细管水的凝聚作用和和纤维素纤维素分子上分子上羟羟基的溶剂化作用基的溶剂化作用。纤维素大分子的溶剂化程度受溶液。纤维素大分子的溶剂化程度受溶液中离子的中离子的水化能力水化能力和和水化层厚度水化层厚度的影响。的影响。l升高升高温度温度, ,使水化层中水分子的热运动加剧使水化层中水分子的热运动加剧, ,破破
49、坏水化层的稳定坏水化层的稳定性而使其减薄性而使其减薄, ,将导致纤维素的溶胀度减小将导致纤维素的溶胀度减小。l提高提高碱浓度碱浓度会使结合到纤维素大分子上的离子数增加会使结合到纤维素大分子上的离子数增加, ,溶胀度溶胀度增大增大。但当碱浓度超过一定限度时但当碱浓度超过一定限度时, ,溶胀度反而减小溶胀度反而减小, ,这是由于这是由于碱液中自由离子数大量增加碱液中自由离子数大量增加, ,对结合到纤维素大分子上的水产对结合到纤维素大分子上的水产生了竞争生了竞争, ,使离子水化层变薄使离子水化层变薄, ,溶胀度反而减小。溶胀度反而减小。l如果在碱液中含有能降低如果在碱液中含有能降低钠钠离子水化作用的
50、各种离子水化作用的各种盐类盐类, ,同样也同样也会削弱纤维素的膨润效果。因此会削弱纤维素的膨润效果。因此, ,当碳酸钠、氯化钠等杂质存当碳酸钠、氯化钠等杂质存在时在时, ,对纤维素的浸渍是不利的。对纤维素的浸渍是不利的。(3)(3)、浸渍过程的工艺参数浸渍过程的工艺参数碱液浓度碱液浓度 理论上理论上, ,常温下当碱液中碱的质量分数在常温下当碱液中碱的质量分数在10%10%12%12%时纤维素的时纤维素的溶胀最剧烈。实际生产中溶胀最剧烈。实际生产中, ,还必须考虑碱化过程中产生的水分还必须考虑碱化过程中产生的水分和浆粕中的水分。因此和浆粕中的水分。因此, ,通常浸渍碱的质量分数控制在通常浸渍碱的
