纤维素含量对黏胶纤维制备的影响

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：为了更好地了解纤维素含量指标与黏胶纤维制备工艺的关系，需更深入地了解其测试方法。工业上常用α-纤维素的含量表示纤维素的纯度。习惯上将β-纤维素与γ-纤维素之和称为工业半纤维素。把聚合度不同的纤维素人为地分为α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素，与黏胶纤维的制备工艺有着密切的关联。检测中使用的氢氧化钠浓度为18%，这是碱纤维素制备中使用的氢氧化钠浓度。

为了更好地了解纤维素含量指标与黏胶纤维制备工艺的关系，需更深入地了解其测试方法。纤维素在氢氧化钠溶液中的溶解有如下规律：在一定温度条件下，纤维素的溶解量与纤维素的聚合度相关，聚合度越低，越容易溶解。当温度和氢氧化钠浓度都确定后，就只有低于某一聚合度的纤维素能够溶解。结合黏胶纤维的生产工艺，人们将纤维素人为地划分为α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素，通过测定浆粕中三种纤维素的含量，可以较好地判断其反应性和过滤性。测定和分类的方法如下：①α-纤维素（也称甲种纤维素），指在20℃下，不溶于17.5%氢氧化钠溶液的纤维素；②β-纤维素，指将萃取碱液用酸中和后所沉淀出的部分；③γ-纤维素，指残留在中和溶液中未沉淀出的部分。Staudinger等曾用黏度法测定这三种纤维系的聚合度，α-纤维素的聚合度大于200，β-纤维素的聚合度为10～200，而γ-纤维素的聚合度小于10。工业上常用α-纤维素的含量表示纤维素的纯度。习惯上将β-纤维素与γ-纤维素之和称为工业半纤维素。欧美等地在人造纤维木浆粕生产中采用S值（碱溶解度）和R值（抗碱度）作为浆粕的质量指标。通常测定S10、S18和R10、R18，它们分别表示浆粕在氢氧化钠浓度为100g/L（10%浓度）和180g/L（18%）的碱中的溶解度和抗碱性。

具体的测定方法如下：在20℃下，将浆粕在指定浓度的氢氧化钠溶液中浸泡60min，可溶解的部分经重铬酸钾氧化，用滴定法测定剩余重铬酸钾的量，从而计算出纤维素的含量，以对绝干样品的质量分数表示。该值称为浆粕的碱溶解度（S值）。而不溶解的部分采用重量法，先用与处理浆粕相同浓度的氢氧化钠溶液在相同的温度下进行洗涤，而后酸化、洗涤、烘干并称重，以不溶样品对绝干样品的质量分数表示，该值称为浆粕的抗碱度（R值）。对于含灰分和其他非碳水化合物杂质少的浆粕，S和R存在下列关系式：

R10=100-S10

R18=100-S18

不难看出S18与检测α-纤维素的原理相同，同样表示在18%左右的氢氧化钠溶液中不溶解部分的纤维含量。而S10则更接近于γ-纤维素含量。

把聚合度不同的纤维素人为地分为α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素，与黏胶纤维的制备工艺有着密切的关联。检测中使用的氢氧化钠浓度为18%，这是碱纤维素制备中使用的氢氧化钠浓度。因此，可以理解为：α-纤维素在碱纤维素制备中不会溶解，它是黏胶纤维的主体。β-纤维素能够在18%的氢氧化钠中溶解，但又可以在酸性介质中沉析出来，这意味着如果纺丝液中含有β-纤维素，它仍然有可能在酸浴中析出而成为纤维的一部分，唯有γ-纤维素会在压榨过程中随着浸渍液被作为废液排出。因此，直接导致浆粕得率减少。

另一个重要的原因在于γ-纤维素和β-纤维素对浆粕黄化反应的影响。浸渍过程中γ-纤维素、β-纤维素及半纤维素都会被溶解，但这一溶解过程不会完全进行到底，因为当碱液中半纤维素的含量达到一定浓度后，它会与纤维素中所含的半纤维素达到平衡，进而不再溶出。这就意味着浸渍后的碱纤维素在压榨过程中可以去掉大部分低聚合度的纤维素和半纤维素，但仍然残留部分低聚合度的纤维素等低分子物。浆粕中低聚合度成分含量越高，残存在纺丝液中的低聚合度的纤维素就越多。它们分子量小、结构疏松，对二硫化碳具有较高的反应活性，将与纤维素竞争消耗二硫化碳，结果不仅增加二硫化碳的消耗量，还会导致黄化反应不完善而影响纤维素的溶解，最终影响黏胶纤维的质量。

对纤维生产者来说，浆粕中能够制成纤维的成分越多越好，即采用尽可能高的α-纤维素含量的浆粕，但对于浆粕生产厂而言，要求过高的α-纤维素含量，就会大大增加生产成本。现实生产中，都是通过对浆粕中β-纤维素和γ-纤维素含量的检测评估，并将其控制在不影响生产过程的范围内，进而可以兼顾产品质量和生产成本。可见这一检测标准精准地对应了黏胶生产的工艺过程，因此，获知纤维素中α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素的含量对黏胶纤维生产工艺的制订有重要的指导意义。

纤维素含量对黏胶纤维制备的影响

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