湿法纺丝工艺中的黏胶纤维制备过程及化学反应机理分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：黏胶纤维通常采用湿法纺丝工艺，纺丝液从喷丝孔出来立即进入纺丝浴，纺丝浴是由硫酸等配制而成，纤维素黄酸酯与硫酸反应，纤维素被还原，同时释放出二硫化碳。酸浴的任务是将离开喷丝头的黏胶溶液细流凝固下来，转变为连续的黏胶长丝，凝固过程中通过双向扩散及化学反应，纤维素被还原。图2-8纤维素被还原的化学反应式因为溶解纤维素黄酸酯的是氢氧化钠，因此，凝固浴中还会有硫酸和溶液中碱中和的反应。

纤维素纤维在很多溶剂中都不溶解，某些能够直接溶解纤维素的溶液又因为对纤维素的结构有较大的破坏作用，进而不能直接用来制备再生纤维素纤维。黏胶纤维生产工艺是通过制备一种中间产物，这个产物能够溶解在某个溶剂中，纤维素溶液用来纺制成纤维，成纤维后再将其通过化学反应还原成纤维素。过程中主要的化学反应包括碱化、黄化和还原。碱化是为了有利于黄化，黄化是为了纤维素能够在稀碱液中溶解，还原则是去除黄化剂，将纤维素还原回原来的化学结构。这些反应都发生在葡萄糖环的仲羟基上。用18%的氢氧化钠处理纤维素，产物为碱性纤维素，碱化反应的速度很快，纤维素和碱充分接触后，只需3～5min便可生成碱性纤维素，生成的碱纤维素的r值约为100（r为酯化度，它表示纤维素分子中100个葡萄糖残基上参与反应的基团分子数），r=100即表示平均每个葡萄糖残基结合一个分子的氢氧化钠，其结合的点通常认为是在酸性较强的碳2的仲羟基上。反应的第一步是氢氧化钠和纤维素反应，生成碱纤维素，而后碱纤维素与二硫化碳反应生成可溶性纤维素黄酸酯，其反应式如图2-7所示。

图2-7　生成纤维素黄酸酯的反应式

制备纤维素黄酸酯的目的是要使纤维素能够溶解在碱性溶液中，以制成纺丝溶液。实际生产过程中，要在碱液中溶解纤维素黄酸酯，并不需要对葡萄糖基的所有羟基都进行酯化，r值要求在50～55范围内，也就是说每100个葡萄糖基有50～55个羟基与二硫化碳分子进行反应即可。换言之，当黄化反应进行到这个程度时，纤维素已经可以溶解在8%的碱性溶液中了。这个溶液就是纤维素纺丝液。黏胶纤维通常采用湿法纺丝工艺，纺丝液从喷丝孔出来立即进入纺丝浴，纺丝浴是由硫酸等配制而成，纤维素黄酸酯与硫酸反应，纤维素被还原，同时释放出二硫化碳。酸浴的任务是将离开喷丝头的黏胶溶液细流凝固下来，转变为连续的黏胶长丝，凝固过程中通过双向扩散及化学反应，纤维素被还原。其化学反应式如图2-8所示。(https://www.chuimin.cn)

图2-8　纤维素被还原的化学反应式

因为溶解纤维素黄酸酯的是氢氧化钠，因此，凝固浴中还会有硫酸和溶液中碱中和的反应。

湿法纺丝工艺中的黏胶纤维制备过程及化学反应机理分析

相关推荐