再生纤维素纤维制造及改性ppt课件
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纤维素浆粕的原料，纤维素浆粕是生产再 生纤维素纤维的原料。 ⒈木材纤维
针叶木是制造纤维素纤维的优质原料 阔叶木也可以
8
9
⒉棉纤维 棉短绒（附着在棉籽壳上的短纤维）是
制造纤维素纤维的优质原料。
⒊禾本科植物纤维 包括竹、芦苇、麦秆、甘蔗渣、高粱杆、
玉米杆和棉杆等。目前，我国已将甘蔗渣、 竹子浆粕用作粘胶纤维的原料。
能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体 系中
对金属离子具有交换吸附能力（木质素和半 纤维素的作用）
具有良好的对水和其他溶液的吸附性，吸附 性的强弱与纤维素结构及毛细管作用有关
200 ℃以下热稳定性尚好， 200 ℃以上聚合 度下降
17
⒋纤维素的化学性质
⑴氧化反应
分子中的部分羟基被氧化成羧基或醛基， 同时分子链发生断裂。
纤维素的缨状微胞结构模型
13
有人则认为结晶部分是由折叠链构成。缨状 微胞结构是普通粘胶纤维的结构形式。
修正的缨状微胞结构模型
14
缨状原纤结构理论
缨状微胞结构理论认为结晶区较短，而 缨状原纤结构理论认为结晶区较长，晶区是 长链分子的小片断构成的，长链分布依次地 通过结晶的原纤和它们中间的非晶区。天然 纤维素纤维、波里诺西克纤维和高湿模量纤 维都具有缨状原纤结构。
与卤代烷、卤代酸或硫酸酯作用生成纤维素 醚。 三、纤维素浆粕的制造及质量要求 ⒈纤维素浆粕的制造
与造纸工业的制浆过程区别不大。
19
⑴备料
对制浆原料进行预处理。甘蔗渣要经过开松
和除髓，棉短绒要进行开松、除尘，木材要经过 剥皮、除节、切片等处理。
⑵蒸煮
植物原料经过以上预处理后与蒸煮药剂混合， 在规定的温度和压力下进行蒸煮成为浆料。
10
二、纤维素的结构与性能
⒈纤维素的结构 纤维素是一种由大量葡萄糖残基彼此按照一
定的联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β 键连接起来的不溶于水的直链状大分子化合物。 分子通式为（C6H10O5）n，n为聚合度。
11
• 纤维素的聚集态结构和其它固体高聚物一样，是 十分复杂的。
• 早期的微胞结构理论 纤维素分子聚集成微胞，每个微胞都有严格
⑴粘胶法：粘胶纤维。
⑵溶剂法：铜氨纤维；莱赛尔（Lyocell） 纤维等。
⑶纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维 素氨基甲酸酯纤维。
⑷闪爆法：新纤维素纤维。
⑸熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维。
目前，纤维素纤维的主要生产方法以粘胶 纤维为主，产量占90%以上。所以，主要 介绍粘胶纤维。
4
5
• 20世纪30年代末期，出现了强力粘胶纤维； • 50年代初期，高湿模量粘胶纤维实现了工业化； • 60年代初期，粘胶纤维的发展达到高峰，产量
300
250
200
150
长丝
短丝 100
50
• 改性—兼具0粘200胶8 2纤009 维201与0 2合011 成201纤2 维优良性能和特 殊功能的纤维素纤维；
• 开发环境友好型非粘胶法纤维素纤维绿色生产 工艺。
7
生产纤维素纤维的基本原料
一、植物纤维的原料来源及其化学成分 植物纤维（植物的一种细胞）是制造
再生纤维素纤维制造及改性
1
概述
植物
藻类
微生物
目前全球天然纤维素产量达到1000亿吨／年， 而世界纺织业的纤维素用量不到2200万吨／年。 2
• 1838年，法国科学家安斯姆佩恩 （Anselme Payen）发现大量植物细胞都
具有相同的一种物质，并将其命名为纤维 素（Cellulose）。
• 1891年，克罗斯（Cross）、贝文 （Bevan）和比德尔（Beadle）等首先制
整齐的界面，象砖块堆砌起来一样。 现代观点 则认为这是不确切的。 • 缨状微胞结构理论
纤维素结构存在两个相态：结晶区和无定形 区。
高序部分—大分子致密、平行排列、定向良 好。
无定形部分—致密度较小、大分子结合程度 较弱、有较大的空隙、分子链分布不完全平行。
12
争论：
无定形部分是由结晶部分伸出来的分 子链所组成，结晶部分和无定形部分之间 由分子链贯穿，而二者之间没有严格的界 面。
纤维素的缨状微胞结构模型
纤维素的缨状原纤结构模型 15
⒉纤维素的分类
纤维素不是一种均一的物质，而是一种
不同相对分子质量的混合物。在工业上分
为：
α-纤维素 β-纤维素
半纤维素
α不-纤溶维于γ素2-纤0（℃维聚的合1素7度.52%0N0以aO上H）溶：液植的物部纤分维，素溶在解特的定部条分件称下为半
纤维素。
⑵与酸反应
适当条件下发生酸性水解（纤维素大分
子的配糖连接对酸不稳定），如条件剧烈， 则水解的最终产物为葡萄糖。
⑶与碱反应
在适当条件下发生配糖连接碱性降解及
端基的“剥皮”反应，导致纤维素的聚合
度降低。与浓NaOH溶液作用，生成碱纤维
素。
18
⑷酯化反应
与各种无机酸和有机酸反应，生成各种酯化 物，如硝化纤维素、醋酸纤维素、纤维素黄酸酯 等。 ⑸醚化反应
成了纤维素黄酸钠溶液，因其粘度很大， 命名为“粘胶”。
• 1893年，出现最早制备化学纤维的方法 （粘胶遇酸后，纤维素又重新析出）。
• 1905年，穆勒（Mueller）等发明了稀硫酸
和硫酸盐组成的凝固浴，使粘胶纤维的性
能得到了较大改善，从而实现了粘胶纤维
的工业化生产。
3
再生纤维素纤维的生产方法有以下几种：
占化学纤维总产量的80%以上； • 60年代中Βιβλιοθήκη Baidu以后，发展趋于平缓； • 70年代，发展处于停滞状态（“三废”问题）； • 但仍具有不可忽视的地位—吸湿性好、透气性
强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可 生物降解。
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莫代尔
• 2009年，世界粘胶纤维的产量约450万吨，约占 化学纤维总产量（约7000万吨）的6%。2009年， 我国粘胶纤维总产量达140多万吨，居世界第一。
β -纤维素（聚合度140-200）：以上溶解部分用醋酸中和 又重新沉淀分离出来的那一部分纤维素。
γ-纤维素（聚合度10-140 ）：不能沉淀的部分。
16
⒊纤维素的物理性质
纤维素是白色、无臭、无味的物质
不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂
能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液中，同时发 生一定程度的分子链断裂，使聚合度降低
粘胶纤维浆粕生产的方法一般可分为三种 ：
亚硫酸盐法—适用于结构紧密原料，如针叶 木；
预水解亚硫酸盐法—适用于树脂和多缩戊糖
含量高的原料，如阔叶树、甘蔗渣等；
针叶木是制造纤维素纤维的优质原料 阔叶木也可以
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⒉棉纤维 棉短绒（附着在棉籽壳上的短纤维）是
制造纤维素纤维的优质原料。
⒊禾本科植物纤维 包括竹、芦苇、麦秆、甘蔗渣、高粱杆、
玉米杆和棉杆等。目前，我国已将甘蔗渣、 竹子浆粕用作粘胶纤维的原料。
能很好地溶解在铜氨溶液和复合有机溶液体 系中
对金属离子具有交换吸附能力（木质素和半 纤维素的作用）
具有良好的对水和其他溶液的吸附性，吸附 性的强弱与纤维素结构及毛细管作用有关
200 ℃以下热稳定性尚好， 200 ℃以上聚合 度下降
17
⒋纤维素的化学性质
⑴氧化反应
分子中的部分羟基被氧化成羧基或醛基， 同时分子链发生断裂。
纤维素的缨状微胞结构模型
13
有人则认为结晶部分是由折叠链构成。缨状 微胞结构是普通粘胶纤维的结构形式。
修正的缨状微胞结构模型
14
缨状原纤结构理论
缨状微胞结构理论认为结晶区较短，而 缨状原纤结构理论认为结晶区较长，晶区是 长链分子的小片断构成的，长链分布依次地 通过结晶的原纤和它们中间的非晶区。天然 纤维素纤维、波里诺西克纤维和高湿模量纤 维都具有缨状原纤结构。
与卤代烷、卤代酸或硫酸酯作用生成纤维素 醚。 三、纤维素浆粕的制造及质量要求 ⒈纤维素浆粕的制造
与造纸工业的制浆过程区别不大。
19
⑴备料
对制浆原料进行预处理。甘蔗渣要经过开松
和除髓，棉短绒要进行开松、除尘，木材要经过 剥皮、除节、切片等处理。
⑵蒸煮
植物原料经过以上预处理后与蒸煮药剂混合， 在规定的温度和压力下进行蒸煮成为浆料。
10
二、纤维素的结构与性能
⒈纤维素的结构 纤维素是一种由大量葡萄糖残基彼此按照一
定的联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β 键连接起来的不溶于水的直链状大分子化合物。 分子通式为（C6H10O5）n，n为聚合度。
11
• 纤维素的聚集态结构和其它固体高聚物一样，是 十分复杂的。
• 早期的微胞结构理论 纤维素分子聚集成微胞，每个微胞都有严格
⑴粘胶法：粘胶纤维。
⑵溶剂法：铜氨纤维；莱赛尔（Lyocell） 纤维等。
⑶纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维 素氨基甲酸酯纤维。
⑷闪爆法：新纤维素纤维。
⑸熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维。
目前，纤维素纤维的主要生产方法以粘胶 纤维为主，产量占90%以上。所以，主要 介绍粘胶纤维。
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• 20世纪30年代末期，出现了强力粘胶纤维； • 50年代初期，高湿模量粘胶纤维实现了工业化； • 60年代初期，粘胶纤维的发展达到高峰，产量
300
250
200
150
长丝
短丝 100
50
• 改性—兼具0粘200胶8 2纤009 维201与0 2合011 成201纤2 维优良性能和特 殊功能的纤维素纤维；
• 开发环境友好型非粘胶法纤维素纤维绿色生产 工艺。
7
生产纤维素纤维的基本原料
一、植物纤维的原料来源及其化学成分 植物纤维（植物的一种细胞）是制造
再生纤维素纤维制造及改性
1
概述
植物
藻类
微生物
目前全球天然纤维素产量达到1000亿吨／年， 而世界纺织业的纤维素用量不到2200万吨／年。 2
• 1838年，法国科学家安斯姆佩恩 （Anselme Payen）发现大量植物细胞都
具有相同的一种物质，并将其命名为纤维 素（Cellulose）。
• 1891年，克罗斯（Cross）、贝文 （Bevan）和比德尔（Beadle）等首先制
整齐的界面，象砖块堆砌起来一样。 现代观点 则认为这是不确切的。 • 缨状微胞结构理论
纤维素结构存在两个相态：结晶区和无定形 区。
高序部分—大分子致密、平行排列、定向良 好。
无定形部分—致密度较小、大分子结合程度 较弱、有较大的空隙、分子链分布不完全平行。
12
争论：
无定形部分是由结晶部分伸出来的分 子链所组成，结晶部分和无定形部分之间 由分子链贯穿，而二者之间没有严格的界 面。
纤维素的缨状微胞结构模型
纤维素的缨状原纤结构模型 15
⒉纤维素的分类
纤维素不是一种均一的物质，而是一种
不同相对分子质量的混合物。在工业上分
为：
α-纤维素 β-纤维素
半纤维素
α不-纤溶维于γ素2-纤0（℃维聚的合1素7度.52%0N0以aO上H）溶：液植的物部纤分维，素溶在解特的定部条分件称下为半
纤维素。
⑵与酸反应
适当条件下发生酸性水解（纤维素大分
子的配糖连接对酸不稳定），如条件剧烈， 则水解的最终产物为葡萄糖。
⑶与碱反应
在适当条件下发生配糖连接碱性降解及
端基的“剥皮”反应，导致纤维素的聚合
度降低。与浓NaOH溶液作用，生成碱纤维
素。
18
⑷酯化反应
与各种无机酸和有机酸反应，生成各种酯化 物，如硝化纤维素、醋酸纤维素、纤维素黄酸酯 等。 ⑸醚化反应
成了纤维素黄酸钠溶液，因其粘度很大， 命名为“粘胶”。
• 1893年，出现最早制备化学纤维的方法 （粘胶遇酸后，纤维素又重新析出）。
• 1905年，穆勒（Mueller）等发明了稀硫酸
和硫酸盐组成的凝固浴，使粘胶纤维的性
能得到了较大改善，从而实现了粘胶纤维
的工业化生产。
3
再生纤维素纤维的生产方法有以下几种：
占化学纤维总产量的80%以上； • 60年代中Βιβλιοθήκη Baidu以后，发展趋于平缓； • 70年代，发展处于停滞状态（“三废”问题）； • 但仍具有不可忽视的地位—吸湿性好、透气性
强、染色性好、穿着舒适、易于纺织加工、可 生物降解。
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莫代尔
• 2009年，世界粘胶纤维的产量约450万吨，约占 化学纤维总产量（约7000万吨）的6%。2009年， 我国粘胶纤维总产量达140多万吨，居世界第一。
β -纤维素（聚合度140-200）：以上溶解部分用醋酸中和 又重新沉淀分离出来的那一部分纤维素。
γ-纤维素（聚合度10-140 ）：不能沉淀的部分。
16
⒊纤维素的物理性质
纤维素是白色、无臭、无味的物质
不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂
能溶解在浓硫酸和浓氯化锌溶液中，同时发 生一定程度的分子链断裂，使聚合度降低
粘胶纤维浆粕生产的方法一般可分为三种 ：
亚硫酸盐法—适用于结构紧密原料，如针叶 木；
预水解亚硫酸盐法—适用于树脂和多缩戊糖
含量高的原料，如阔叶树、甘蔗渣等；