醋酯纖維:高端技術紡織品領域的明日之星!



盡管煙用絲束占據著醋酯纖維(CA)的絕對市場份額,但其在高檔服裝面料、襯里、技術紡織品等領域的市場已經打開。其中在技術紡織品領域,醋酸纖維素膜材料已廣泛用于過濾與分離領域,在高端產品開發方面亦取得了極具市場潛力的成功。以下介紹一些最新的發展動態。

1  中空纖維膜

膜分離與過濾是最有效的分離和濃縮方法,已成功用于納米顆粒物的過濾操作。改變膜的制備條件,可以得到不同孔隙度的膜材料。

醋酯纖維:高端技術紡織品領域的明日之星!

 

醋酸纖維素已廣泛用做反滲透(RO)、微濾(MF)和氣體分離操作。它是膜材料制備選用的環境友好型原料,無毒且成本相對低廉,已成功用于微咸水、海水淡化,乙醇、甲醇過濾以及脲素全滲透處理等領域。如用于廢水處理的醋酸纖維素納濾膜生物反應器(NF-MBR)為U型中空纖維膜,單絲根數85000,單模塊的比表面積達11.7 m2。日本Daicel公司FT50型CA超濾膜(UF)已廣泛用于地下水和工業用水渾濁物的脫除,法國Chemique實驗室開發的綠色醋酸纖維素中空纖維超濾膜,用于廢水處理、生物活性物分離和氣體分離。該UF膜的制備選用天然或生物可降解原料,膜制備過程使用的溶劑即甲基乳酸酯或乙基乳酸酯屬綠色溶劑系統,其急性半數致死量 LD50 為 5 g/kg。

醋酯纖維:高端技術紡織品領域的明日之星!

 

在醫用膜材料中,東洋紡公司的醋酸纖維素膜已用于人工腎,改性纖維素三醋酸酯(CTA)膜亦已在血液透析器臨床上使用。

2  生物基纖維

北美農業應用研究中心的研究人員利用農業廢棄物,如玉米纖維料、米殼和麥秸作原料制備纖維素醋酸酯。

玉米纖維類的生物質原料制備醋酸纖維素需要進行預處理,通常玉米纖維料在55 ℃、強制送風的條件下烘干 4 h,經粉碎,控制一定粒度于室溫下存放。預處理前使用己烷脫去物料的油跡,物料的質量分數控制在15%,米殼15%,麥秸物料8.5%。預處理在反應釜中完成,處理溫度121 ℃,時間 4 h。經過預處理的物料進入乙?;ば?。目前試驗中的乙?;霓D化率在25%上下。

在利用可再生生物質資源制備醋酸纖維素的探索研究中,研究人員利用未精制的生物質原料,如棕櫚果殼粉末狀物料,在45 ℃條件下溶于離子液(BMIMCI),木質纖維素選擇性分離,改性纖維素即可作為醋化原料。

醋化反應在55 ℃條件下進行,工藝過程十分緊湊。CTA的酯化度在2.9,可用于纖維或薄膜加工。該項研究還顯示,生物質原料的選擇呈多樣化,可利用的生物質包括甘蔗渣、郁金香樹材、雜交楊樹、橡樹、日本紅松、稻米殼等。

法國Roquette公司利用植物淀粉合成生物基醋酸纖維素,為羅地亞公司的煙用醋酯絲束提供生態友好的原料,在成本上亦更具優勢,目前該項研究已在順利進行中。

3  納米纖維

納米纖維制備可以追溯到上世紀30年代,而第一個紡制成功的聚合物納米纖維,使用的原料即為醋酸纖維素。近年來亞微米-納米醋酯纖維的技術及應用研究取得了一些進展。如波蘭纖維及藥用植物研究所利用靜電紡絲方法,成功得到改性醋酸纖維素納米纖維網,單絲直徑控制在200 ~ 600 nm,具有抗菌功能和非常高的顆粒物捕集效率。

采用丙酮/DMAc/乙醇復合溶劑系統(組分比4/1/1)配置的醋酸纖維素紡絲液,通過靜電紡絲工藝制得納米纖維網,其單絲直徑范圍為100 ~ 500 nm。試驗結果證明該納米纖維網具有藥液控釋功能。

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東華大學采用醋酸纖維素與絲蛋白混合物料,靜電紡絲制得單絲直徑50 ~ 300 nm的納米纖網,顯示出良好的機械性能,撕裂強力達88.9 cN/mm2,斷裂伸長12.77%。

研究人員開發的醋酸纖維素納米纖維膜,用作顆粒物分離介質顯示出良好的分離效果。該纖維采用二氯甲烷、甲酸、三氟乙酸(TFA)作溶劑,于室溫條件下配置8%的紡絲液,使用的醋酸纖維素的酯化度為2.5。采用靜電紡絲方法,電壓15 kV,與收集裝置間距10 cm。納米纖維膜的單絲直徑范圍在100 ~ 300 nm之間,膜材料品質即單絲直徑(0.19±0.05)μm,厚度406 μm,孔隙率87%。




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