4再生纤维化学

2015-2016年度研究生纺织应用化学考试题（每题25分）1、纺织品危害中的化学有哪些方面，如何预防和克服这些危害2、棉纤维的丝光原理、丝光过程中纤维的变化以及丝光棉纤维的特征是怎么样的？3、羊毛的化学处理方法有哪些？4、再生动物蛋白质溶液制备原理及工艺流程是怎样的？请于1月7号上午10点前交给班长第4讲再生纤维化学目录2.2再生纤维素纤维化学2.4再生蛋白质纤维化学2.1植物纤维原料的主要化学成分2.3再生纤维素主要品种和工艺2.1植物纤维原料的主要化学成分再生纤维：将天然高聚物原料（棉短绒、木材、大豆蛋白、牛奶蛋白等）进行提纯，去杂质，制成浆粕后喷丝形成的纤维主要分为：再生纤维素纤维，再生蛋白质纤维再生纤维素纤维发展历程：1857年Schweiz发现铜氨水溶液能溶解纤维素1900年用铜氨溶液溶解纤维素制得纤维素纤维1891年Cross等首先制成纤维素磺酸钠溶液1893年发展了制备粘胶纤维的方法1905年Muller等以稀硫酸和硫酸盐为凝固浴，实现粘胶纤维工业化生产70年代Enka开发纤维素溶剂NMMO80年代Coutaults用该法制备纤维素纤维半工业化生产90年代日本将纤维素先闪蒸闪爆处理，再4℃完全溶解在8—10%碱液中，制得纤维素纤维2000年东丽株式会社、京都大学首创将纤维素修饰使其热塑化，将热塑化纤维素熔融纺丝成纤维2.1植物纤维原料的主要化学成分一．植物性原料主要化学成分纤维素（Cellulose）、半纤维素和木素。纤维素和半纤维素皆由碳水化合物组成，木素则为芳香族化合物。1、纤维素：纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间按照纤维素二糖联接的方式联接（1,4-β-苷键）。•天然状态下棉花纤维素平均聚合度（DP）约为15000、木材纤维素约为10000、草类约为8000。•但（木材）经过蒸煮与漂白制成的化学浆，其纤维素的聚合度只有1000~1300左右。2．半纤维素(Hemicellulose)•半纤维素一词是由E.Sehulze于1891年提出的；•1939年由H.Staudinger改名为木聚糖（Woodpolyoses）；•半纤维素又称之为非纤维素的碳水化合物（Noncellulosecarbohydrate）。•1962年Aspinall提出：半纤维素是从植物来源的聚糖类：它含有D-木糖基、D-甘露糖基与D-葡萄糖基或D-半乳糖基的主链，其它糖基可成枝链联接在主链上。•1964年Timell提出：半纤维素是低分子量的聚糖类（其平均聚合度近200），它和纤维素一起正常地产生在组织中，它们可以从原来的或从脱去木素的物料中被水或碱水溶液（这是常用）抽提出来。L-ArabinofuranoseD-XylopyranoseD-GlucopyranosyluronicacidArabinoseXyloseGlucuronicacidD-GlucopyranoseD-MannopyranoseD-GalactopyranoseGlucoseMannoseGalatoseGalacturonicacid4-O-Methy-GlucuronicacidL-RhamnopyranoseL-FucopyranoseRhamnoseFucoseHHHHHOH2COHOHOHoCOOHHHHHH,OHOHOHOHOHHHHHH,OHOHOHOHOCH2OHHHHHH,OHOHOHOHOHHOCH2OHHHHH,OHOHOHOOHHCH2OHHHHH,OHOHOHOCOOHOHHHHHH,OHOHOHOCH3OCOOHHHHHH,OHOHOHOHOOHHHCH3OHHHH,OHOOHOOHHHCH3HHHH,OHO木糖(Xylose)、阿拉伯糖(Arabinose)、甘露糖(Mannose)、葡萄糖(Glucose)、半乳糖(Galactose)、4-0-甲基葡萄糖醛酸(4-0-Methyl-GlucuronicAcid)、半乳糖醛酸(GalacturonicAcid)、葡萄糖醛酸(GlucuronicAcid)。另外还有少量的鼠李糖(Rhammose)和岩藻糖(Fucose)。Theirbuildingunitsarehexoses(D-glucose,D-mannose,andD-galactose),pentoses(D-xylose,L-arabinose,andD-arabinose),ordeoxyhexoses(L-rhamnoseor6-deoxy-L-mannoseandrareL-fucoseor6-deoxy-L-galactose).Smallamountsofcertainuronicacids(4-O-methyl-D-glucuronicacid,D-galacturonicacid,andD-glucuronicacid)arealsopresent.From:PAPERMAKINGSCIENCEANDTECHNOLOGY(Book3)半纤维素是指植物纤维原料中非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。或半纤维素是除纤维素和果胶质以外的植物细胞壁聚糖。3、木素（木质素，Lignin）木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联结构成具有三度空间结构的芳香族高分子化合物。•木素一词是由F.Schulze于1865年提出，他是根据拉丁文（Lignum）木材命名为（Lignin）木素。•在1897年PeterKlason研究了木素磺酸盐组成、提出了木素与松柏醇结构非常相近。•在1907年又提出了木素是属于高分子化合物，并在十年之后、提出了松柏醇之间是由醚键联结的。愈创木基丙烷紫丁香基丙烷对羟苯基丙烷CH3OHOCCCOHOCCCCH3CH3OCCCOHguaiacylpropaneunitsyringylpropaneunitp-hydroxyphenylpropaneunit松柏醇ConiferylalcoholHOCH3OCHCHCH2OH4、灰分（无机物）植物纤维原料都含有一定量的矿物质、燃烧后产生灰分（温度一般在575±25℃）。含量：一般温带树木为0.1%~1.0%，但热带木材灰分可高达5%。主要组成：Ca+2、K+、Mg+2其次是Mn+2、Na+、P还有其它元素木材种类灰分（%）木材种类灰分（%）栎山毛榉桦青杨0.370.570.270.32松云衫冷衫落叶松0.390.370.280.27木材中灰分含量草类原料的灰分与组成含量：1.2%~10%(2%以上)，叶部的灰分甚至高达23.1%。化学组成：灰分中60%以上是SiO2,尤其是叶部和梢部。部分项目无节杆(节间)叶梢节总草原料重量(绝干)/%52．429．19．39．2100．0灰分/%3．2411．189．885．125．97灰分中的SiO2/%61．1167．2677．2241．8065．15某种小麦草的灰分与灰分中的SiO2含量5、果胶质果胶酸（PecticAcid）是聚半乳糖醛酸，它不溶于水。果胶酸羧基中80%以上被甲基化、一部分被中和成盐，使其变为部分可溶于水的物质、称为果胶质。果胶质结构式一部分（R=H、CH3或金属离子，如：Ca2+Mg2+）COORCOORCOORCOORHHHHHHHHOoOHOHHOoHOHOHOOOHOHHoOHOHOHo4.2再生纤维素纤维化学再生纤维素纤维：以天然纤维素为原料，经过一系列化学处理，将其制成溶液，再进行纺丝得到的纤维。品种：粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维（纤维素衍生物）、再生动物纤维素纤维－－甲壳素纤维等。一、概述纤维长度粘胶纤维：长丝－人造丝。短纤维：棉型、中长型、毛型。铜氨纤维、醋酯纤维：主要是长丝纤维的外观光泽：有光丝、半光丝、无光丝。常见再生纤维素纤维的细度：4.44tex、6.67tex、8.33tex、13.33tex、17.78tex等，可以由18根、24根、32根、40根、48根（根数取决于喷丝板的孔数）单丝组成。表示方法：如8.33（75d）/28表示该纤维的细度为8.33tex（75d），由28根单丝合股而成。注意点：不同牌号和规格的再生纤维，化学组成虽然相同，但物理结构和性能有所差异，染整加工等性能有差异。二、粘胶纤维1.主要品种普通粘胶纤维长丝短纤维棉型毛型中长高卷曲高湿模量粘胶纤维富强纤维高卷曲和高湿模量纤维其他高湿模量纤维强力粘胶纤维普通强力纤维超强纤维改性及特种粘胶纤维接枝纤维阻燃纤维中空纤维导电纤维粘胶纤维19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”。2、粘胶纤维制备碱纤维素初生纤维纤维素磺酸钠20%氢氧化钠C2SC2SC2SC2SC2SH2SH2SH2SH2SH2S老成溶解熟成过滤脱泡H2SO4Na2SO4Zn2SO4成品丝拉伸水洗凝固纺丝纤维素粘胶纤维:粘胶纤维性能好，污染严重，工艺复杂（1）纤维素浆粕的制造纤维素浆粕的生产过程与造纸工业的制浆过程区别不大,但对浆粕的化学纯度及反应性能要求严格,对机械强度等物理性质无特殊要求,因而生产工艺与造纸工业有所不同。①备料：制浆原料要进行预处理。甘蔗渣原料要经过开松和除髓,除去其中的蔗髓及其它机械杂质；棉短绒则要进行开松、除尘,除去砂粒和矿物性杂质以及棉籽壳等；木材原料则要经过剥皮、除节、切片等处理②蒸煮：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煮成为浆料。蒸煮工序是制浆中的重要工序之一。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,即亚硫酸盐法、预水解硫酸盐法及苛性钠法。其中亚硫酸盐法适用于结构紧密的纤维原料,如针叶木等。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,如落叶松、阔叶树及甘蔗渣等。苛性钠法适用于棉短绒制浆。对于禾本科植物原料也有采用预水解苛性钠法和亚硫酸盐法制浆。在蒸煮过程中,纤维细胞发生膨润,初生壁被破坏,浆粕反应性能提高,大部分半纤维素及其它非纤维素化合物得以除去,浆粕的聚合度降低。蒸煮条件则视纤维原料的种类、化学组成、密度、水分、成熟程度及浆粕品质要求不同而异。③精选：蒸煮后的浆料要经过洗涤、打浆、筛选、除砂、浓缩等过程,以提高其纯度和反应性能。④漂白：除去浆料中的有色杂质和残存的木素、灰分、铁质,进一步提高纤维素的反应性能,并最终调节纤维素的聚合度。漂白精选后的浆料送至抄浆机,在此成型、脱水、烘干、整理并成包,即为成品浆粕。（2）粘胶纤维浆粕的质量要求由于浆粕生产原料不同,纤维素纤维品种及制造方法、工艺、设备不同,因此对纤维素浆粕的质量要求也不尽相同。但均应具有纯度高,碱化及黄化时能与化学试剂迅速而均匀地反应,纤维素酯在碱溶液中扩散及溶解性能良好,并且有良好的过滤性能,以保证纺丝顺利进行。浆粕的理想质量指标名称纤维素杂度聚合度分布反应性能纤维长度分布浆粕成分均一性理想要求越高越好越低越好均匀一致，分布带越窄越好优良均匀好α－纤维素含量高、半纤维素含量低标志着浆粕纯度高,在纤维生产中浆粕及CS２的单位消耗低,也容易进行碱的回收。浆粕中的杂质包括SiO２、铁、镁等,它们使粘胶的粘度增高,并能与酸生成不溶性盐如CaS0４、MgS0４,从而降低酸浴的透明度或堵塞喷丝头。杂质中的铁、铜、锰等能加速碱纤维素的老成降解,使工艺不稳定,最终影响粘胶纤维的强度和色泽。杂质中的木质素具有特殊的结构及反应基团,可降低浆粕的润湿能力,延缓老成速度,在漂白时生成有色物质,使纤维产生色斑。木质素含量过高,将最终导致粘胶纤维的柔软性变差。纤维品种和生产方法的不同,对浆粕聚合度有不同的要求,但都要求聚合度分布均匀。