食用醋酸 纤维素(英文名: 胶化乙酸纤维素 乙酸盐 ;CA,别称醋酸纤维、 醋酸纤维塑料 、纤维素 乙酸酯 )是以醋酸为溶剂、醋酐为 乙酰化 剂,在催化剂作用下进行酯化而得到的一种热塑性树脂,是纤维素衍生物中最早进行商品化生产并且不断发展的纤维素有机酸酯。
醋酸纤维素是纤维素分子中羟基用醋酸酯化后得到的一种化学改性的高分子化合物。其性能取决于乙酰化程度。于1865年由 法国 化学家保罗·舒岑伯格(Paul Schützenberger)首次制备。其分子式为[C6H7O2(OCOCH3)x(OH)3-x]n,式中,x=1.8(醋酸含量46%),为一醋酸纤维素;x=2.4(醋酸含量54.8%),为二醋酸纤维素;x=3.0(醋酸含量62.5%),为 三醋酸纤维素 。醋酸纤维素是白色、无臭、无味、无毒的粒状、粉状或纤维状固体, 熔点 为230~300℃,密度1.3克/毫升。
醋酸 纤维素 作为多孔膜材料,具有选择性高、透水量大、加工简单等特点,是纤维素塑料中应用最广泛的一种。根据不同的使用要求,可选择不同的醋酸纤维素和助剂配方,其在汽车、飞机、建筑、机械、工具、办公、制图用品、化妆品、器具、照相、印刷、电影胶片等领域都有广泛应用。
历史
1965年, 法国 化学家保罗·舒岑伯格最早制备出了醋酸纤维。1894年,查尔斯·克罗斯(Charles Cross)和爱德华·贝文(Edward Bevan)在 英国 申请了首个工业化生产醋酸纤维素的专利。大约在同一时间,美国的 利特尔 (Little)和 德国 的布朗纳特(Bronnert)也试验性地制造了醋酸纤维素长丝。1904年,美国化学家乔治·迈尔斯(George Miles)开发了一种可溶于 丙酮 的聚合物。
1910年, 瑞士 兄弟亨利·德雷福斯(Henri Dreyfus)和卡米尔·德雷福斯(Camille Dreyfus)在 巴塞尔市 使用这种工艺生产漆和胶片,并在 第一次世界大战 爆发时在英国 德比郡 斯庞顿(Spondon)建立了一家工厂,生产用于防水和硬化织物覆盖的飞机机翼的醋酸纤维“涂料”。1917年,他们在 马里兰州 坎伯兰 为美国陆军建立了一家类似的工厂。战后,他们将业务集中在 英国 ,并于1919年推出了第一款醋酸纤维纱。1924年,他们将业务全面转向美国。
早期,由于常见的天然纤维用 染料 难以对醋酸纤维染色,使其在纺织领域的应用受到一些限制,发展相当缓慢。直到1954~1955年, 三醋酸纤维素 才真正在美国、英国、 加拿大 、 法国 和 德国 等的某些公司成功工业化生产。1969~1979年,由于合成纤维锦纶、 聚对苯二甲酸乙二醇酯 与丙纶等的兴起,二醋纤与三醋纤纺织纤维的需求量不断下降。自20世纪80年代初以来,由于粘胶纤维生产中污染问题难以解决,一些发达国家的生产厂家纷纷关闭,由此导致了醋酸 长丝䰶 需求量迅速增加。随着产品品种和生产技术的不断更新发展,醋酯纤维己成为人造纤维工业中发展较快的品种之一。中国醋酸纤维工业始于20世纪50年代。
特点
良好的热塑性
醋酯纤维在200℃~230℃时软化,260℃时熔融,这一特征使醋酯纤维具有热塑性与合成纤维类似,产生塑性变形后形状不再回复,具有变形永久性。醋酸面料的 成形性 好 ,能美化人体曲线,整体大方优雅。
优良的染色性
醋酯纤维通常可用分散 染料 染色,且上色性能好,色彩鲜艳,其上色性能优于其他 纤维素 纤维。 醋酸面料的热塑性好,醋酯纤维在200℃ ~ 230℃时软化,260℃时熔融,与合成纤维类似,产生塑性变形后形状不再回复,具有变形永久性。
外观似桑蚕丝
醋酯纤维的外观光泽与桑蚕丝相似,手感柔软滑爽也与桑蚕丝相似,其比重和桑蚕丝一样,因而悬垂感和桑蚕丝无异样。醋酸丝织成的织物易洗易干,不霉不蛀醋酸面料,其弹性优于粘胶纤维。
性能接近桑蚕丝
与粘胶纤维及桑蚕丝的物理机械性能相比,醋酯纤维的强度偏低,断裂伸长较大,湿强与干强的比值虽较低,但高于粘胶丝,初始模量小,回潮率比粘胶纤维和桑蚕丝低,但比合成纤维高,其湿强与干强之比,相对钩接强度与打结强度,弹性恢复率等与桑蚕丝相差不大。因而醋酯纤维在化学纤维中性能最接近桑蚕丝。
醋酸面料不易起静电
不易 吸附 空气中的灰尘;干洗、水洗及40℃以下机手洗均可,克服了丝毛织面料多带菌;带灰尘又只可干洗的弱点,也无毛织面料易虫蛀的缺点,易于打理收藏,而且醋酸面料具有毛织面料的回弹性和滑爽的手感。
透水量大
醋酸纤维素作为多孔膜材料,具有透水量大的特点,其既具有一定的吸水性,又具有吸水后快速脱去的性能。
模制品性能
醋酸纤维素的模制品性能为:拉伸强度13~61兆帕;冲击强度(悬臂梁法)21.4~287焦/米2;热变形温度(压力条件453千帕)43~98℃;体积 电阻率 1013欧·厘米。加阻燃剂可制得自熄性塑料。与二醋酸纤维素相比, 三醋酸纤维素 更强韧,拉伸强度几乎大一倍,压缩强度也大,耐热性高,适合制造电影胶片等感光基片。二醋酸纤维素能溶于浓盐酸和 丙酮 ,不溶于 二氯甲烷 和 三氯甲烷 ,而三醋酸纤维素仅溶于二氯甲烷和氯仿。
醋酸纤维素包括酯化度在1~3的品种。当 纤维素 用 乙酸酐 处理时就生成醋酸纤维素。 水解 后可产生各种不同酯化度的醋酸纤维素。酯化度一般用 乙酰 或 冰醋 的含量来表示。
制备方法
将精制短棉绒干燥后,经醋酸活化,再在醋酸催化剂存在下,与7倍于纤维素的醋酸和醋酐混合液进行酯化反应,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)。中和催化剂,使产物沉淀析出,经脱酸洗涤、精煮、干燥后得一醋酸纤维素。在 乙酰化 反应时,改变加入的醋酸和醋酐混合液的量,可制得二醋酸纤维素和三醋酸纤维素。醋酸和 乙酸酐 混合液的量为 纤维素 的8.5倍,反应后加稀醋酸 水解 使取代度达到2.28~2.49,得到二醋酸纤维素。醋酸和醋酐混合液的量是纤维素的10倍,反应后加稀醋酸水解使取代度达到2.8~2.9,得到 三醋酸纤维素 。三醋酸纤维素相当于一个葡萄糖核上有三个 羟基 被酯化,或称酯化度为3.0。由于三醋酸纤维素在许多 溶剂 中不溶解,又缺乏可塑性,为拓展用途,必须经过水解使其成为酯化度为2~3的醋酸纤维素,可以溶解在 丙酮 中。
成型加工
用醋酸纤维素加工制造薄膜、片材、涂料和纤维时,先将醋酸纤维素 没药树 溶于溶剂,配成10%~25%的溶液,经过滤后进行涂布、浇铸、纺丝等手段加工成各种制品。除抽丝加工纤维外,还需要加入一定量的增塑剂(如 邻苯二甲酸二甲酯 、二 乙酯 等)。将醋酸纤维素和增塑剂在一定温度下混炼后造粒成型,再进行挤出或注塑成型加工,便可得到热塑性的管、板、棒及其他成品。注塑成型温度为177~255℃,成型压力为58.8~196兆帕。制造薄膜和软片通常选用醋酸含量为60%~62.5%的 三醋酸纤维素 。
用途
醋酸 纤维素 是纤维素塑料中应用最广泛的一种。根据不同的使用要求,可选择不同的醋酸纤维素和助剂配方,因此其在汽车、飞机、建筑、机械、工具、办公和制图用品、化妆品、器具、照相、印刷、电影胶片等领域都有广泛应用。三醋酸纤维素适合用作电影胶片片基、X光片基、绝缘薄膜、隔离膜、高压电机的扁电线绝缘等。二醋酸纤维素可做录音胶带、海水淡化膜、净水过滤膜,经化纤抽丝工艺可用作香烟过滤嘴以及纺织材料。二醋酸纤维素塑料还可做工具手柄、自行车把、笔杆、眼镜框架以及油类、苯类等的容器,也用作保温绝缘材料、板、管、棒等型材的包装薄膜。
参考资料: