醋酸纖維素又叫醋酸纖維素酯,也叫醋片,是醋酯纖維的原料。醋酸纖維素英文名cellulose acetate,簡稱CA。結(jié)構(gòu)式為[C6H7O2(OCOCH3)x(OH)3-x]n,式中n=200~400,x=1.8(醋酸質(zhì)量含量46%),為一醋酸纖維素;x=2.4(醋酸質(zhì)量含量54.8%),為二醋酸纖維素;x=3.0(醋酸質(zhì)量含量62.5%),為三醋酸纖維素。
醋酸纖維又稱醋酯纖維,系指用提純的纖維素(漿粕)為原料,與醋酸酐反應生成纖維素三醋酸酯,又稱初級纖維素醋酸酯(primary cellulose acetate),經(jīng)部分皂化得到酯化度達240~260的二級纖維素醋酸酯(secondary cellulose acetate),隨后用丙酮為溶劑溶解該二級纖維素醋酸酯制得紡絲液,經(jīng)過濾后用干法紡絲制得纖維,再經(jīng)后處理加工即得成品。目前該纖維主要用于制作香煙的過濾嘴,少量長絲供紡織應用領(lǐng)域制作里子布等。
三醋酸纖維也稱三醋酯纖維,系指用提純的纖維素(漿粕)為原料,經(jīng)與醋酸酐反應制得的初級纖維素醋酸酯,不經(jīng)部分皂化直接溶于含有10%~15%乙醇質(zhì)量分數(shù)的二氯甲烷內(nèi)而制得紡絲液,用濕紡法紡成纖維,再經(jīng)后處理加工即得成品。由于三醋酯纖維經(jīng)受熱處理時能誘導結(jié)晶,所以熱處理能提高該纖維尺寸和賦形的穩(wěn)定性。該產(chǎn)品主要用于服裝業(yè)和膠片等領(lǐng)域。
物理性質(zhì)
醋酸纖維素為白色固體,用不同的工藝方法能夠?qū)⑺鼈冎瞥深w粒、片狀或粉末,具有柔韌、透明、光澤好、強度高、韌性好、熔融流動性好、易成型加工、熱塑性等特點;對光穩(wěn)定,不易燃燒;在稀酸、汽油、礦物油和植物油中穩(wěn)定。醋酸纖維素的物理性質(zhì)見表8-1。隨結(jié)合醋酸含量不同,醋酸纖維素的溶解特性也不同,二醋酸纖維素溶于濃鹽酸和丙酮,三醋酸纖維素則不溶,它的主要溶劑為二甲基甲酰胺和氯化烴類。
三醋酸纖維素(CTA)較二醋酸纖維素強韌,拉伸強度幾乎大一倍,抗壓強度較大,耐熱性能也有所提高,并且具有低毒性、低燃性或不燃性、良好的光學性以及平滑性等優(yōu)點,因此,被廣泛應用于電影膠片、照相片基、液晶顯示屏起偏振片保護膜、絕緣薄膜隔膜、涂料以及熔融紡絲等行業(yè)。
表8-1 醋酸纖維素的物理性質(zhì)
項目 | 一醋酸纖維素 | 二醋酸纖維素 | 三醋酸纖維素 |
外觀 | 白色固體 | 白色固體 | 白色固體 |
結(jié)合醋酸值/%(質(zhì)量分數(shù)) | 44~48 | 53~56 | 60~61 |
黏度/mPa·s | 250~600 | 250~550 | 25~50 |
游離酸/%(質(zhì)量分數(shù))≤ | 0.01 | 0.01 | |
透明度/cm ≥ | 7 | 10 | 30 |
含濕量/%(質(zhì)量分數(shù))≤ | 5 | 5 | 2.5 |
熱穩(wěn)定性/℃ ≥ | 200 | 200 | — |
化學性質(zhì)
(1)生物降解和水解改性 醋酸纖維素具有生物降解性。它的生物降解性和取代度(DS)聯(lián)系在一起。據(jù)報道,在利用有氧的污泥處理和堆肥化過程中,DS為3的CA不能生物降解,DS為2.5的可以緩慢降解,而DS<2.2的可以很容易被降解。
用纖維素酶對醋酸纖維進行處理,通過水解達到醋酸纖維表面的改性,增加其表面積,提高其過濾性能。纖維素酶是催化水解纖維素、生成葡萄糖的酶的總稱,是由多組分酶組成的酶系,至少包括3類不同性質(zhì)的酶,即纖維素內(nèi)切酶、纖維素外切酶和纖維二糖酶。纖維素內(nèi)切酶可以沿纖維素分子鏈隨機地水解β-1,4-苷鍵,而纖維素外切酶主要只能從纖維素大分子鏈的一端(通常為還原端)切斷纖維素分子,并形成纖維二糖或葡萄糖。纖維二糖酶的作用是將纖維二糖水解成葡萄糖,它們協(xié)同作用完成整個反應過程。纖維素纖維經(jīng)過纖維素酶作用后,纖維被減量,纖維素大分子被剝蝕,纖維結(jié)晶度、聚合度下降,剛度降低、纖維柔軟,纖維摩擦系數(shù)增大,從而達到改善纖維表面結(jié)構(gòu)和性能的效果。
醋酸纖維酯還可以經(jīng)過生物處理,生物水解得到纖維素,然后將纖維素用于生物乙醇和乙酸的合成。
在甲苯/醋酸/水系統(tǒng)中,用硫酸做催化劑,醋酸纖維發(fā)生部分水解,得到低度取代產(chǎn)品。水解時聚合物鏈的降解速度,與沒有甲苯的工藝相比,在反應的第一階段降解速度慢,在反應的最后階段降解速度快。
(2)取代反應 纖維素的化學構(gòu)造相當簡單。其簡單性在于將一個脫水葡萄糖單位(C6H10O5)來作為鏈裝結(jié)構(gòu)中的基件而反復運用。醋酸纖維素酯是由纖維素和醋酸酐中的自由羥基團之間的反應產(chǎn)物。纖維酯化作用就是將纖維素混合于適量的有機酸、酸酐及催化劑中,該混合反應一直可持續(xù)到三酯的形成。在三酯狀態(tài)中的三羥基團的每個脫水葡萄糖單位均為帶有機酸的?;鶊F所取代。如果同時使用兩種不同的有機酸,則將形成混合纖維素酯,例如,醋酸-丁酸纖維素酯或醋酸-丙酸纖維素酯。
(3)共混改性 聚丙烯腈(PAN)與醋酸纖維素(CA)用氯化鋰(LiCl)作添加劑,用二甲基乙酰胺(DMAC)作溶劑,可制備(PAN)/CA共混超濾膜,并且可進一步用不同濃度的氫氧化鈉乙醇溶液和硫酸(H2SO4)溶液對共混膜進行水解改性。將一定量的聚乙烯醇(PVA)、CA、冰醋酸、水按一定的配方配制成鑄膜液,采用相轉(zhuǎn)化法可制備PVA/CA超濾膜。用CA作為第二組分,與偏氯乙烯的均聚物(PVDF)進行共混可制備PVDF/CA超濾膜。