化工史线 纤维素的转换——人造纤维
时间: 2023-11-18 17:34:48 |   作者: 信息公开

  在上一期中我们说过,虽然大部分的植物都含有纤维素,但只有麻类和棉类等少部分品种的纤维素呈现长纤维形态,能够适用于纺织。随着纺织工业的发展,利用其他植物的纤维,扩大纤维的来源,也就成为了一个重要的课题,这也导致了人造纤维的出现。

  要改变植物纤维的形态,首先就要将其溶解到溶剂之中。这里就有两个思路,要么通过改性提高纤维素的溶解性,要么选择其他特殊的溶剂。上一讲说过的硝化纤维就可以溶解在丙酮和之中。1884年,法国人夏尔多内首先将纤维素硝化以后用溶解得到溶液。然后将这种溶液通过小孔喷射进入冷水中。遇到水后,溶解的硝酸纤维素就从中析出形成了人造丝。

  硝酸纤维素是最早被制备的人造纤维工业化生产始于1891年,非常可惜的是硝酸纤维在生产的全部过程中涉及硝化反应很危险,成品也具有易燃性。在出现之初这种人造纤维有过一段时间的辉煌,但很快因为安全问题而受到弃用。并还有一种方法就是在生成硝酸纤维后,利用某种办法来进行脱硝处理,一种可能的工艺就是采用硫化铵进行脱销处理,但这额外真假了了工艺操作,大幅度提升了成本。

  除了利用硝化改变纤维素的溶解性外,人们还尝试过利用寻找强力的溶剂体系强行溶解纤维素。1857年人们发现纤维素可以溶解在铜氨溶液中形成络合物。到了1890年德国人布伦内和佛雷梅通过喷嘴将这种溶液喷入碱液中,然后拉丝,水后用硫酸处理,最终形成了所谓的铜氨纤维。铜氨纤维韧性好非常柔软,手感好,类似于蚕丝。 铜氨纤维从1901年开始大规模生产,但这套工艺成本整体较高,因为铜本身就贵,氨在当时生产所带来的成本也比较高。

  硝酸纤维以及铜氨纤维生产的基本工艺都很复杂,而且有一定的危险性,此外原料来源也受到限制。几乎在铜氨纤维出现的同一时期,人们又发明了粘胶纤维,彻底地解决了这样的一个问题。粘胶纤维最初在1892年被制备出来。其制备流程是将纤维素与强碱作用 生成碱纤维素。碱纤维素与二硫化碳作用生成纤维素黄原酸钠溶液。在后续的纺丝过程中把这种溶液通入硫酸锌的硫酸溶液中,就可以生成然粘胶胶人造丝。粘胶纤维具备比较好的吸湿性以及透气性,实际上类似于普通的棉纤维,但是由于粘胶纤维聚合度较低,因此强度稍显不足,另外也容易缩水,耐候性也略有不足。

  相对铜氨纤维和硝化纤维,粘胶纤维原料来源更广泛,棉短绒,木材甚至甘蔗渣都可当作粘胶纤维的原料来源,此外在生产的全部过程中避免了危险的硝化反应,易燃性也比硝化纤维差。粘胶纤维1905年开始就实现了工业化生产,并很快后来居上,到了20世纪20年代以后铜氨纤维逐渐被粘胶纤维取代。

  考虑到硝酸纤维素的危险性,人们后来又尝试使用醋酸纤维进行纺丝,实验室规模的醋酸纤维素纺丝由拜尔公司在1904年首先完成,但无奈此时醋酸纤维还未能大规模进行量产,直到1924年醋酸纤维素工业化生产成功,1926年醋酸纤维人造丝才投入工业化生产。醋酸纤维人造丝各方面性能与粘胶纤维类似,虽然初期原料成本比较高,但随技术进步,生产所带来的成本逐步降低,其生产流程短的优点也逐步反映出来,到了上世纪70年代 醋酸纤维人造丝的产量已超越了粘胶纤维。

  以上介绍的人造纤维都是纤维素纤维。实际上还存在一类蛋白质纤维,蛋白质纤维以玉米和大豆的蛋白质为原料制造。蛋白质纤维的应用不如纤维素纤维广泛,主要是人造蛋白质纤维强度过低,很难直接作为织物,目前一般掺杂在天然纤维素中混纺使用。

  人造纤维的出现使得人们的纤维来源不再局限于几种特定的植物。可以最大限度地利用木材等农林产品为原料,成本相对低廉,直到今天依然在纺织行业具有一席之地。