人造纤维织物(人造纤维：将木屑转化为织物)
沙滩排球 2022-11-28 11:19www.1689878.com沙滩排球
化工史话64 纤维素的转换——人造纤维
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，可以用于纺织。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。
人造纤维和合成纤维是不同的，合成纤维的分子完全通过化学合成而成，原料来源主要是煤炭与石油。人造纤维实际上是将普通植物的纤维素转化为长纤维状态。
要改变植物纤维的形态，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乙醚之中。1884年，法国人夏尔多内将纤维素硝化以后用乙醚溶解得到溶液。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。
这种纺织方法实际上就是湿法纺丝，将含有纤维的溶液注入到另一种不能溶解纤维的溶剂中得到纺丝。与之对应的是干法纺丝，直接将纤维溶液喷入气体中，在溶剂蒸发的过程中拉出纤维。
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过程中涉及硝化反应非常危险，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。还有一种方法就是在生成硝酸纤维后，利用某种方法进行脱硝处理，一种可能的工艺就是采用硫化铵进行脱硝处理，但这额外真假了了工艺操作，大大增加了成本。
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，之后用硫酸处理，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，氨在当时生产成本也比较高。
铜氨纤维生产工艺
硝酸纤维以及铜氨纤维生产工艺都比较复杂，而且有一定的危险性，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还原酸钠溶液。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。粘胶纤维具有较好的吸湿性以及透气性，实际上类似于普通的棉纤维，由于粘胶纤维聚合度较低，强度稍显不足，也容易缩水，耐候性也略有不足。
粘胶纤维生产工艺
相对铜氨纤维和硝化纤维，粘胶纤维原料来源更加广泛，棉短绒，木材甚至甘蔗渣都可以作为粘胶纤维的原料来源，在生产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，虽然初期原料成本较高，但随着技术进步，生产成本逐步降低，其生产流程短的优点也逐步体现出来，到了上世纪70年代 醋酸纤维人造丝的产量已经超过了粘胶纤维。
醋酸纤维人造丝大概分为两类，就是所谓三醋酸纤维素以及二醋酸纤维素，前者由纤维素直接醋酸化得到，然后溶解在二氯甲烷内进行纺丝，后者由三醋酸纤维素部分水解得到，可以溶解在丙酮中进行纺丝。
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。
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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，可以用于纺织。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。
人造纤维和合成纤维是不同的，合成纤维的分子完全通过化学合成而成，原料来源主要是煤炭与石油。人造纤维实际上是将普通植物的纤维素转化为长纤维状态。
要改变植物纤维的形态，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乙醚之中。1884年，法国人夏尔多内将纤维素硝化以后用乙醚溶解得到溶液。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。
这种纺织方法实际上就是湿法纺丝，将含有纤维的溶液注入到另一种不能溶解纤维的溶剂中得到纺丝。与之对应的是干法纺丝，直接将纤维溶液喷入气体中，在溶剂蒸发的过程中拉出纤维。
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过程中涉及硝化反应非常危险，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。还有一种方法就是在生成硝酸纤维后，利用某种方法进行脱硝处理，一种可能的工艺就是采用硫化铵进行脱硝处理，但这额外真假了了工艺操作，大大增加了成本。
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，之后用硫酸处理，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，氨在当时生产成本也比较高。
铜氨纤维生产工艺
硝酸纤维以及铜氨纤维生产工艺都比较复杂，而且有一定的危险性，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还原酸钠溶液。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。粘胶纤维具有较好的吸湿性以及透气性，实际上类似于普通的棉纤维，由于粘胶纤维聚合度较低，强度稍显不足，也容易缩水，耐候性也略有不足。
粘胶纤维生产工艺
相对铜氨纤维和硝化纤维，粘胶纤维原料来源更加广泛，棉短绒，木材甚至甘蔗渣都可以作为粘胶纤维的原料来源，在生产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，虽然初期原料成本较高，但随着技术进步，生产成本逐步降低，其生产流程短的优点也逐步体现出来，到了上世纪70年代 醋酸纤维人造丝的产量已经超过了粘胶纤维。
醋酸纤维人造丝大概分为两类，就是所谓三醋酸纤维素以及二醋酸纤维素，前者由纤维素直接醋酸化得到，然后溶解在二氯甲烷内进行纺丝，后者由三醋酸纤维素部分水解得到，可以溶解在丙酮中进行纺丝。
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。
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