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醋酸纖維素
來源:互聯網

食用醋酸纖維素(英文名:膠化乙酸纖維素乙酸鹽;CA,別稱醋酸纖維、醋酸纖維塑料、纖維素乙酸酯)是以醋酸為溶劑、醋酐為乙酰化劑,在催化劑作用下進行酯化而得到的一種熱塑性樹脂,是纖維素衍生物中最早進行商品化生產并且不斷發展的纖維素有機酸酯。

醋酸纖維素是纖維素分子中羥基用醋酸酯化后得到的一種化學改性的高分子化合物。其性能取決于乙酰化程度。于1865年由法國化學家保羅·舒岑伯格(Paul Schützenberger)首次制備。其分子式為[C6H7O2(OCOCH3)x(OH)3-x]n,式中,x=1.8(醋酸含量46%),為一醋酸纖維素;x=2.4(醋酸含量54.8%),為二醋酸纖維素;x=3.0(醋酸含量62.5%),為三醋酸纖維素。醋酸纖維素是白色、無臭、無味、無毒的粒狀、粉狀或纖維狀固體,熔點為230~300℃,密度1.3克/毫升。

醋酸纖維素作為多孔膜材料,具有選擇性高、透水量大、加工簡單等特點,是纖維素塑料中應用最廣泛的一種。根據不同的使用要求,可選擇不同的醋酸纖維素和助劑配方,其在汽車、飛機、建筑、機械、工具、辦公、制圖用品、化妝品、器具、照相、印刷、電影膠片等領域都有廣泛應用。

歷史

1965年,法國化學家保羅·舒岑伯格最早制備出了醋酸纖維。1894年,查爾斯·克羅斯(Charles Cross)和愛德華·貝文(Edward Bevan)在英國申請了首個工業化生產醋酸纖維素的專利。大約在同一時間,美國的利特爾(Little)和德國的布朗納特(Bronnert)也試驗性地制造了醋酸纖維素長絲。1904年,美國化學家喬治·邁爾斯(George Miles)開發了一種可溶于丙酮的聚合物。

1910年,瑞士兄弟亨利·德雷福斯(Henri Dreyfus)和卡米爾·德雷福斯(Camille Dreyfus)在巴塞爾市使用這種工藝生產漆和膠片,并在第一次世界大戰爆發時在英國德比郡斯龐頓(Spondon)建立了一家工廠,生產用于防水和硬化織物覆蓋的飛機機翼的醋酸纖維“涂料”。1917年,他們在馬里蘭州坎伯蘭為美國陸軍建立了一家類似的工廠。戰后,他們將業務集中在英國,并于1919年推出了第一款醋酸纖維紗。1924年,他們將業務全面轉向美國。

早期,由于常見的天然纖維用染料難以對醋酸纖維染色,使其在紡織領域的應用受到一些限制,發展相當緩慢。直到1954~1955年,三醋酸纖維素才真正在美國、英國、加拿大法國德國等的某些公司成功工業化生產。1969~1979年,由于合成纖維錦綸、聚對苯二甲酸乙二醇酯與丙綸等的興起,二醋纖與三醋纖紡織纖維的需求量不斷下降。自20世紀80年代初以來,由于粘膠纖維生產中污染問題難以解決,一些發達國家的生產廠家紛紛關閉,由此導致了醋酸長絲?需求量迅速增加。隨著產品品種和生產技術的不斷更新發展,醋酯纖維己成為人造纖維工業中發展較快的品種之一。中國醋酸纖維工業始于20世紀50年代。

特點

良好的熱塑性

醋酯纖維在200℃~230℃時軟化,260℃時熔融,這一特征使醋酯纖維具有熱塑性與合成纖維類似,產生塑性變形后形狀不再回復,具有變形永久性。醋酸面料的成形性好 ,能美化人體曲線,整體大方優雅。

優良的染色性

醋酯纖維通常可用分散染料染色,且上色性能好,色彩鮮艷,其上色性能優于其他纖維素纖維。 醋酸面料的熱塑性好,醋酯纖維在200℃ ~ 230℃時軟化,260℃時熔融,與合成纖維類似,產生塑性變形后形狀不再回復,具有變形永久性。

外觀似桑蠶絲

醋酯纖維的外觀光澤與桑蠶絲相似,手感柔軟滑爽也與桑蠶絲相似,其比重和桑蠶絲一樣,因而懸垂感和桑蠶絲無異樣。醋酸絲織成的織物易洗易干,不霉不蛀醋酸面料,其彈性優于粘膠纖維。

性能接近桑蠶絲

與粘膠纖維及桑蠶絲的物理機械性能相比,醋酯纖維的強度偏低,斷裂伸長較大,濕強與干強的比值雖較低,但高于粘膠絲,初始模量小,回潮率比粘膠纖維和桑蠶絲低,但比合成纖維高,其濕強與干強之比,相對鉤接強度與打結強度,彈性恢復率等與桑蠶絲相差不大。因而醋酯纖維在化學纖維中性能最接近桑蠶絲。

醋酸面料不易起靜電

不易吸附空氣中的灰塵;干洗、水洗及40℃以下機手洗均可,克服了絲毛織面料多帶菌;帶灰塵又只可干洗的弱點,也無毛織面料易蟲蛀的缺點,易于打理收藏,而且醋酸面料具有毛織面料的回彈性和滑爽的手感。

透水量大

醋酸纖維素作為多孔膜材料,具有透水量大的特點,其既具有一定的吸水性,又具有吸水后快速脫去的性能。

模制品性能

醋酸纖維素的模制品性能為:拉伸強度13~61兆帕;沖擊強度(懸臂梁法)21.4~287焦/米2;熱變形溫度(壓力條件453千帕)43~98℃;體積電阻率1013歐·厘米。加阻燃劑可制得自熄性塑料。與二醋酸纖維素相比,三醋酸纖維素更強韌,拉伸強度幾乎大一倍,壓縮強度也大,耐熱性高,適合制造電影膠片等感光基片。二醋酸纖維素能溶于濃鹽酸和丙酮,不溶于二氯甲烷三氯甲烷,而三醋酸纖維素僅溶于二氯甲烷和氯仿。

醋酸纖維素包括酯化度在1~3的品種。當纖維素乙酸酐處理時就生成醋酸纖維素。水解后可產生各種不同酯化度的醋酸纖維素。酯化度一般用乙酰冰醋的含量來表示。

制備方法

將精制短棉絨干燥后,經醋酸活化,再在醋酸催化劑存在下,與7倍于纖維素的醋酸和醋酐混合液進行酯化反應,使之乙酸化,然后加稀醋酸水解到所需要的水解度(1.72~1.95)。中和催化劑,使產物沉淀析出,經脫酸洗滌、精煮、干燥后得一醋酸纖維素。在乙酰化反應時,改變加入的醋酸和醋酐混合液的量,可制得二醋酸纖維素和三醋酸纖維素。醋酸和乙酸酐混合液的量為纖維素的8.5倍,反應后加稀醋酸水解使取代度達到2.28~2.49,得到二醋酸纖維素。醋酸和醋酐混合液的量是纖維素的10倍,反應后加稀醋酸水解使取代度達到2.8~2.9,得到三醋酸纖維素。三醋酸纖維素相當于一個葡萄糖核上有三個羥基被酯化,或稱酯化度為3.0。由于三醋酸纖維素在許多溶劑中不溶解,又缺乏可塑性,為拓展用途,必須經過水解使其成為酯化度為2~3的醋酸纖維素,可以溶解在丙酮中。

成型加工

用醋酸纖維素加工制造薄膜、片材、涂料和纖維時,先將醋酸纖維素沒藥樹溶于溶劑,配成10%~25%的溶液,經過濾后進行涂布、澆鑄、紡絲等手段加工成各種制品。除抽絲加工纖維外,還需要加入一定量的增塑劑(如鄰苯二甲酸二甲酯、二乙酯等)。將醋酸纖維素和增塑劑在一定溫度下混煉后造粒成型,再進行擠出或注塑成型加工,便可得到熱塑性的管、板、棒及其他成品。注塑成型溫度為177~255℃,成型壓力為58.8~196兆帕。制造薄膜和軟片通常選用醋酸含量為60%~62.5%的三醋酸纖維素

用途

醋酸纖維素是纖維素塑料中應用最廣泛的一種。根據不同的使用要求,可選擇不同的醋酸纖維素和助劑配方,因此其在汽車、飛機、建筑、機械、工具、辦公和制圖用品、化妝品、器具、照相、印刷、電影膠片等領域都有廣泛應用。三醋酸纖維素適合用作電影膠片片基、X光片基、絕緣薄膜、隔離膜、高壓電機的扁電線絕緣等。二醋酸纖維素可做錄音膠帶、海水淡化膜、凈水過濾膜,經化纖抽絲工藝可用作香煙過濾嘴以及紡織材料。二醋酸纖維素塑料還可做工具手柄、自行車把、筆桿、眼鏡框架以及油類、苯類等的容器,也用作保溫絕緣材料、板、管、棒等型材的包裝薄膜。

參考資料:

參考資料 >

醋酸纖維素.中國大百科全書.2024-12-31

乙酸纖維素.科普中國網.2024-12-31

Cellulose Acetate.Plastics Historical Society.2025-01-08

醋酸纖維素.960化工網.2024-12-31

知識▕ 今天我們來學習下醋酸纖維.微信公眾平臺.2025-01-08

醋酸纖維是什么纖維?.中國棉紡織行業協會.2025-01-08

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