張淑潔，司祥平，陳 昀，曹建華，曹智祥，羅 凱，邰秀秧

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387；2.南通醋酸纖維有限公司，南通 226008）

醋酸纖維的性能及應(yīng)用

張淑潔1，司祥平1，陳 昀2，曹建華2，曹智祥2，羅 凱1，邰秀秧1

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387；2.南通醋酸纖維有限公司，南通 226008）

介紹了醋酸纖維的力學(xué)性能、吸附過濾性能、吸濕性、卷曲性、耐酸堿性、穩(wěn)定性等基本性能，重點分析了其力學(xué)性能與吸附過濾性能；然后根據(jù)醋酸纖維的特性，重點分析了醋酸纖維在卷煙行業(yè)、紡織行業(yè)、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀.

醋酸纖維；醋酸納米纖維；性能；應(yīng)用

醋酸纖維早在20世紀20年代初在英國試制成功實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，經(jīng)過若干年的發(fā)展，已成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要產(chǎn)品，其產(chǎn)量在所有再生纖維素纖維的世界生產(chǎn)總量中排名第二，僅次于粘膠纖維[1].醋酸纖維制備原料來源豐富，生產(chǎn)工藝簡單而且流程短，再生速度快，并且生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污染環(huán)境的“三廢”，是一種綠色環(huán)保的再生纖維素纖維.根據(jù)纖維素上羥基被酯基取代的個數(shù)，分為一醋酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素.習(xí)慣上二醋酸纖維素稱為醋酸纖維素，經(jīng)抽絲即成醋酸纖維.一醋酸纖維素是制造腸溶衣的主要原料，三醋酸纖維素多用于電影膠片、照相片基、液晶顯示屏起偏振片保護膜、絕緣薄膜隔膜、涂料以及熔融紡絲等行業(yè)[2].相對來說，二醋酸纖維的應(yīng)用最廣泛，產(chǎn)量也最大，對于二醋酸纖維的研究報道也最多，所以本文介紹的醋酸纖維主要指二醋酸纖維.醋酸纖維在形態(tài)上有絲束、長絲和短纖維，其外觀有真絲一般的光澤和手感，可染性強，顏色鮮明[3].現(xiàn)在，醋酸纖維不再局限于煙草過濾嘴的應(yīng)用，越來越多的以醋酸纖維為原料的紡織產(chǎn)品、生物醫(yī)療產(chǎn)品以及靜電紡醋酸納米纖維制品等引起了人們的廣泛關(guān)注.

1 醋酸纖維的性能

1.1 醋酸纖維的力學(xué)性能

醋酸纖維與粘膠纖維、聚酯纖維的力學(xué)性能比較如表1[4]所示.

由表1可知：醋酸纖維的密度比粘膠纖維的要小，和聚酯纖維的較為接近.醋酸纖維的干強比粘膠和滌綸都要小，這是由于醋酸纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中無定形區(qū)較大，纖維大分子的對稱性、規(guī)整性、結(jié)晶度均比較低，醋酸纖維的分子鏈和鏈段可較自由地活動[5-6].濕態(tài)下的斷裂強度和粘膠的差不多，強度損失較大，剩余強度約為干強的70%.所以，醋酸纖維在拉伸和濕加工的過程中一定要采用溫和的方式[7].由表1還可以看出，醋酸纖維的斷裂伸長率較大.1994年中山市仕春紡織實業(yè)公司馬孝田等[8]研究發(fā)現(xiàn)，醋酸纖維伸長3%以下時其彈性回復(fù)率在35%以上，伸長3%～5%時回復(fù)率降至10%以上，而粘膠纖維在伸長3%以下時只有18%的恢復(fù)率[8].所以醋酸纖維的彈性和回彈性都比粘膠纖維要好，這也是醋酸纖維類似真絲的主要原因之一.纖維強力對紗線的強力起著決定性作用，鑒于醋酸纖維的低強度問題，其織物不適宜用于對強度有特殊要求的領(lǐng)域，醋酸纖維紡紗時強度問題也是亟待解決的關(guān)鍵性問題.

表1 醋酸纖維與粘膠纖維、聚酯纖維的力學(xué)性能比較Tab.1 Mechanics performance comparison of cellulose acetate fiber，viscose fiber and polyester fiber

1.2 醋酸纖維的吸附過濾性能

醋酸纖維的吸附過濾性能主要體現(xiàn)在醋酸纖維絲束對卷煙中煙氣的吸附過濾.1999年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)于建軍等[9-10]研究表明，不同吸附材料濾嘴對卷煙煙氣成分的過濾效果不同，并且過濾效能主要是依靠物理吸附作用，通過纖維絲束對煙氣粒相物的直接截留、粒相物的慣性碰撞和擴散沉積達到吸附效果.吸附過濾效果的影響因素主要有單絲的截面形狀、絲束的卷曲性能、絲束的單絲細度等.醋纖的單絲截面呈Y型，這種截面表面積大，濾嘴成型時可獲得較高的填充性和過濾效率[11].1999年南通醋酸纖維有限公司羅吉六[12]對煙用醋酸纖維絲束的未卷曲能進行了研究，發(fā)現(xiàn)適宜的卷曲有助于增加濾嘴硬度、減輕濾嘴質(zhì)量、阻止纖維間的相對滑動，增加濾棒吸阻，提高濾棒的過濾性能.1999年安徽省煙草公司董金榮等[13]對醋酸纖維絲束的過濾機制進行了研究，結(jié)果表明：在一定絲束總特數(shù)范圍內(nèi)，當單絲細度較小時，單絲的根數(shù)會增加，煙氣中具有一定質(zhì)量的微粒在單絲表面的幾率也會增加，可有效地提高濾棒的直接攔截效率和篩分效應(yīng)，從而提高過濾效率.但單纖根數(shù)過多，濾棒內(nèi)單絲之間的間隙相對減少，也會反過來影響煙氣中較小的微粒在濾棒內(nèi)的布朗運動，從而影響沉積過濾機制的效果.因此，一定絲束總特數(shù)范圍內(nèi)，合理的單絲線密度對于醋纖濾棒的過濾效率是極其重要的.醋酸纖維濾嘴和聚丙烯纖維濾嘴的過濾效率比較如表2[14]所示.

表2 醋酸纖維濾嘴和聚丙烯纖維濾嘴的過濾效率Tab.2 Filtration efficiency of cellulose acetate filter tip and polypropylene filer tip %

由表2可以看出：醋酸纖維絲束對卷煙煙氣中總粒相物的過濾效果略高于聚丙烯纖維絲束1%～2%，這是因為在相同系數(shù)條件下，醋酸纖維絲束要比采用高膨化纖維制成的聚丙烯纖維絲束細，截留總粒相物的程度較高；聚丙烯濾嘴對焦油的過濾效果略低于醋酸纖維濾嘴，這主要是由于醋酸纖維濾嘴對焦油的親和性表現(xiàn)較強，因此，對焦油的截留率也就表現(xiàn)較高. 1999年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)趙銘欽等[15]研究了不同材料濾嘴對卷煙煙氣的過濾效果，認為醋酸纖維濾嘴對煙堿的過濾效果不如聚丙烯纖維，是因為煙堿粒相的形成與濾材的性質(zhì)有關(guān).2007年河北大學(xué)胡秀峰等[16]對卷煙濾嘴用纖維過濾材料的減害降焦效果進行了研究，發(fā)現(xiàn)醋酸纖維對焦油和其他有害物質(zhì)有很好的吸附分離效果，但對苯并[a]芘并無特別的濾除作用，對CO無截濾作用，也不能吸附分離出煙氣中的醛類化合物、苯和甲苯等.

1.3 醋酸纖維的吸濕性

在溫度為23℃、大氣濕度為60%的環(huán)境下，測得醋酸纖維的回潮率為6.4%，而在同等條件下，粘膠纖維回潮率在13%左右[17]，由此可見醋酸纖維的吸濕性能不如粘膠纖維好.吸濕對纖維質(zhì)量和密度都會造成影響，會使纖維體積發(fā)生變化，也對織物的力學(xué)性能造成影響，且會影響織物的服用性能.因此，醋酸纖維的回潮率也在一定程度上決定了它的應(yīng)用領(lǐng)域，不適合用作夏天貼身衣物的面料.

1.4 醋酸纖維的卷曲性

卷曲使醋酸纖維的橫向占有空間變大，增大了纖維集體的膨松性，使纖維縱向收縮，并存在潛在的彈性伸長，增加了纖維集體的縱向可變性，同時也影響了纖維集合體的通透性、吸濕性、過濾性能和吸阻穩(wěn)定性等[18].另外，醋酸纖維卷曲使纖維間的機械纏結(jié)增加，對加工過程中的成網(wǎng)、成條有利，卷曲的頻率越高，這種纏結(jié)概率就越大.醋酸纖維屬于粘彈物質(zhì)，其應(yīng)力和形變是有時間依賴性的，再加上纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的不均勻性，所以醋酸纖維的卷曲是不穩(wěn)定的.生產(chǎn)中一般放置3 d左右再對醋酸纖維的卷曲特征進行統(tǒng)一的評價，以調(diào)節(jié)和控制醋酸纖維集合體的性狀，改善并提高醋酸纖維的可加工性和醋酸纖維的利用率.

1.5 醋酸纖維的耐酸堿性

醋酸纖維可以耐稀酸，但是在濃酸條件下醋酸纖維就會分解.通常在紡織印染加工過程中酸對醋酸纖維的影響不太大，但是纖維中殘留的酸一定要清洗干凈，如果纖維中有酸殘留，烘干后對纖維會有影響.

醋酸纖維在弱堿環(huán)境下不會受到太大的損傷，失重率較小.2010年青島大學(xué)王石磊等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在碳酸鈉溶液中醋酸纖維損傷嚴重，其原因是醋酸纖維與碳酸鈉發(fā)生了皂化反應(yīng)，在這個反應(yīng)過程中，部分乙酰基脫去，導(dǎo)致醋酸纖維的酯化度降低，所以重量損失嚴重.由于醋酸纖維在較強堿性環(huán)境下的失重率大，所以在實驗過程中應(yīng)避免與強堿溶液接觸，以提高其使用壽命.

1.6 醋酸纖維的穩(wěn)定性

穩(wěn)定性能是指醋酸纖維對于陽光、高溫和低溫的穩(wěn)定性，同時還包括其對化學(xué)試劑和對微生物等作用的穩(wěn)定性能.光對醋酸纖維的影響如同光對粘膠和棉的影響，對于頻繁暴露在陽光下的醋酸織物，最好使用消光醋纖長絲織制以避免織物產(chǎn)生老化.醋酸纖維比較耐微生物和霉菌、真菌等的侵蝕，但是纖維如果長時間放置于泥土和水中會使其物理機械性能下降[20]. 2005年東華大學(xué)張靜等[21-22]研究了熱處理后醋酸纖維的熱收縮行為，研究發(fā)現(xiàn)在100～180℃范圍內(nèi)，醋酸纖維的收縮行為比較緩和，隨溫度提高逐漸收縮，沒有明顯拐點，在190～205℃范圍內(nèi)發(fā)生軟化.

1.7 醋酸纖維的染色性能

由于纖維素經(jīng)酯化以后，羥基數(shù)量減少，吸水性能降低，所以醋酸不能采用直接染料染色.2009年青島大學(xué)王石磊等[23]采用分散染料、陽離子染料及活性染料對醋酸纖維進行染色實驗，結(jié)果表明：分散染料對醋酸纖維的染色溫度不宜超過85℃，pH值為5～6，起始染色溫度不宜超過40℃，上染百分率能達到90%以上，色牢度最好；陽離子染料對醋酸纖維的染色溫度為85℃，pH值為中性，勻染效果好，上染百分率在60%左右，但是陽離子染料與醋酸纖維的結(jié)合較弱，容易發(fā)生移染，染色牢度最差；雙活性基活性染料對醋酸纖維染色效果較好，染色溫度為85℃，硫酸鈉用量為50 g/L，少量碳酸鈉，上染百分率一般在50%左右，染色牢度較好，但沾色嚴重.

2 醋酸纖維的應(yīng)用

2.1 醋酸纖維在紡織行業(yè)的應(yīng)用

據(jù)歐瑞信息咨詢公司統(tǒng)計，全球生產(chǎn)的醋酸纖維80%用于制造卷煙過濾煙嘴[24]，用于紡織的醋酸纖維相對占得比重較輕.國外對醋酸纖維在紡織行業(yè)的應(yīng)用研究起步較早；而在我國，起初由于醋酸纖維長絲生產(chǎn)技術(shù)不過關(guān)，使得醋纖長絲的應(yīng)用遠遠低于粘膠纖維.近年來，隨著醋纖行業(yè)技術(shù)水平的提高和醋纖長絲研究的不斷深入，醋纖長絲已經(jīng)廣泛應(yīng)用于紡織行業(yè).

在化學(xué)纖維中醋纖長絲最酷似真絲，光澤優(yōu)雅，手感滑爽，質(zhì)地較輕，回潮率低，彈性好，不宜起皺，有良好的懸垂性和尺寸穩(wěn)定性，并且染色牢度強，染色鮮艷，所以廣泛應(yīng)用于服裝的里襯、睡衣、內(nèi)衣中.通過與滌綸長絲、錦綸長絲、粘膠纖維、竹纖維以及真絲等的混紡，可以制成性能更加多樣的復(fù)合紗，制造成運動服裝、男女時裝、男女禮服、休閑服等各種風(fēng)格高雅、品質(zhì)高檔的服裝.2009年太原理工大學(xué)左中鵝等[25]研究發(fā)現(xiàn)，使用醋酸長絲生產(chǎn)的泡泡紗面料手感柔滑、穿著舒適、吸濕透氣、質(zhì)地輕薄、回潮率低、不易起毛起球、抗靜電等，染整處理后，面料效果更加突出. 2013年新疆塔城纖維檢驗所潭湘麗[26]用竹纖維、絲光羊毛和醋纖長絲混紡、制成的針織產(chǎn)品結(jié)合了3種纖維的優(yōu)點，使得產(chǎn)品具有吸濕、透氣、滑爽、舒適、抗起球、可機洗等多種功能，彌補了醋纖長絲濕態(tài)下強力低及羊毛織物易氈縮的缺陷.醋纖長絲還可制成緞類織物、編織物、裝飾用綢緞、繡制品底料、軋紋綢、泡泡織物、色織綢、醋絲氨包紗等.

2000年日本三菱人造絲公司開發(fā)出具有抗菌防臭功能的醋酸纖維，在原絲制造過程中加入抗菌劑，從而抑制以黃色葡萄球菌為主的肺炎桿菌、假單胞菌等在纖維上生成的各種微生物繁殖，廣泛應(yīng)用于皮箱、襯衣和醫(yī)用膠布等方面[27].美國北卡州牛頓地區(qū)There Foot technologycs公司生產(chǎn)的含有防菌醋酸纖維素的新型防菌襪，能夠抑制多種細菌和真菌的生長繁殖[28].

隨著人們回歸大自然的潮流興起，再加上醋酸纖維生產(chǎn)過程無污染，綠色環(huán)保，使得我國對醋酸長絲的需求量不斷增長，市場前景非常好.但是我國醋纖長絲的生產(chǎn)總量遠遠不能滿足人們的需求，再加上紡織用醋酸長絲生產(chǎn)技術(shù)被國外幾家大公司壟斷，進口價格昂貴，所以雖然醋纖長絲織物在歐美持續(xù)走俏，但在我國醋酸長絲的國產(chǎn)化還需要更多的鼓勵和投入[29].

2.2 醋酸纖維在卷煙行業(yè)的應(yīng)用

作為煙草行業(yè)卷煙的過濾嘴材料，醋酸纖維濾嘴是現(xiàn)今低焦油和高焦油卷煙消費者都廣泛接受的機械過濾嘴.它無毒、無味、耐沖擊、耐油、不帶靜電、吸阻小、吸附力強，且具有很好的彈性和熱穩(wěn)定性，能選擇性的吸附煙氣中的有害成分，同時又保留一定的煙堿而不失煙草的口味[30].2011年紅塔煙草有限公司王濤等[31]研究了改性二醋酸纖維絲束對卷煙保潤性能的影響，指出醋酸纖維絲束不能吸收煙氣中的醛類化合物，而且由于它的親水性能，會使主流煙氣中的水分向醋酸纖維絲束轉(zhuǎn)移.為使醋酸纖維絲束對煙氣有更好的過濾性能和口感，行業(yè)專家進行了一系列的研究，對醋酸纖維進行化學(xué)改性和生物改性以及絲束表面改性等.日本三菱粘膠公司利用酶處理的方法得到了超微卷縮醋酸纖維，使醋酸纖維的卷曲數(shù)由一般的5 000/m左右增加至10 000～20 000/m，這樣醋酸纖維絲束吸附的表面積大大增加，提高了煙嘴的過濾效率[32].2013年天津工業(yè)大學(xué)于賓等[33]發(fā)現(xiàn)在濾嘴中加一層高比表面積的靜電紡醋酸納米纖維膜可以達到降焦效果，在同一吸阻條件下進行測試，發(fā)現(xiàn)加納米纖維膜的濾嘴截焦率明顯比普通濾嘴高，最大可高19.87%.

2.3 醋酸纖維在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

醋酸纖維是可降解的生物友好型再生纖維素材料，除了應(yīng)用于卷煙和紡織行業(yè)，還可應(yīng)用于生物醫(yī)用材料和半透膜方面[34].傳統(tǒng)的醋酸纖維素膜材料加工方法有鑄膜法、均相法與非均相法等[35-38].這些纖維素膜具有選擇性高、耐氯性好等優(yōu)點，還有良好的血液相容性和生物相容性[39].例如，將纖維素的羥基乙?；癁榇姿狨ィ苡诒笾瞥纱姿崂w維素薄膜.有均一細密微孔，厚度為0.10～0.15 mm[40]，由于對蛋白質(zhì)的移動無阻力，在醫(yī)學(xué)上常被作為電泳的載體，顯示特定蛋白質(zhì)的有無及含量[41].醋酸纖維素膜電泳是20世紀50年代以后興起的一種以醋酸纖維素膜作為支持物的電泳技術(shù)[42]，這種電泳技術(shù)不僅具有分辨力高、簡便、快速、樣品需求量少和定量分析時靈敏度高等優(yōu)點，而且還便于照相，透明的電泳圖譜可長期保存，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床化驗[43].另外用醋酸短纖制成的無紡布可用于外科手術(shù)包扎，與傷口不黏連，是高級醫(yī)療衛(wèi)生材料.

2.4 醋酸纖維的其他應(yīng)用

利用靜電紡絲技術(shù)將醋酸纖維素制成納米級的纖維，既有普通醋酸纖維的耐化學(xué)性和可生物降解性等優(yōu)點，又有納米材料的高比表面積、低孔隙率等特性[44].2010年，江南大學(xué)陳艷等[45]研究發(fā)現(xiàn)醋酸納米纖維具有良好的濾菌效能，濾菌率均在90%以上，隨著紡絲液質(zhì)量分數(shù)的增加，濾菌率下降。由此說明，醋酸納米纖維還可以應(yīng)用在高效濾菌材料上.2012年，江南大學(xué)譚美英等[46]以聚丙烯紡粘無紡布為基底接收靜電紡醋酸納米纖維,得到空氣過濾復(fù)合材料，既有聚丙烯紡粘無紡布均勻柔軟、強力較高的特點，又有醋酸納米纖維比表面積大、孔隙率高、內(nèi)部連通性好的優(yōu)點，有效提高了紡粘無紡布的過濾效果，從幾乎沒有過濾性提高到38.1%，且在很小的壓力下就可達到此效果.

2012年，墨西哥國立自治大學(xué)Hugo[47]等研究發(fā)現(xiàn)，將1 μm的醋酸纖維浸在硫化鎘溶液中，3 h后硫化鎘納米顆粒會附在纖維的表面，將這種覆有硫化鎘顆粒的纖維分散在極性分散劑中，然后與溶在非極性溶劑中的3-乙基噻吩聚合物混合，當覆有硫化鎘的醋酸纖維和3-乙基噻吩聚乙烯質(zhì)量比為1∶1時，制備的太陽能電池的光吸收性能最好.

3 結(jié)束語

醋酸纖維是物理機械性能和化學(xué)性能都相對優(yōu)良的纖維，廣泛應(yīng)用于卷煙、紡織、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)，并且利用近年來備受關(guān)注的靜電紡技術(shù)，制成的醋酸納米纖維性能優(yōu)越，大大拓展了醋酸纖維及其產(chǎn)品的使用范圍.雖然醋酸纖維的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是現(xiàn)在用于紡織品的醋酸纖維大部分還需要進口，而且醋酸纖維的加工性能、服用性能還有待提高，醋酸纖維及其產(chǎn)品的許多性能和機理還有待進一步研究與探討，所以加強醋酸纖維的開發(fā)和應(yīng)用依然是一個重要的課題.

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Property and application of cellulose acetate fiber

ZHANG Shu-jie1，SI Xiang-ping1，CHEN Yun2，CAO Jian-hua2，CAO Zhi-xiang2，LUO Kai1，TAI Xiu-yang1
（1.Division of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China；2.Nantong Cellulose Fibers Co Ltd，Nantong 226008，China）

The basic properties of cellulose acetate fiber is described，including the mechanical properties，adsorption filtration performance，hygroscopicity，crimpness，acid and alkaline proof and stability.The mechanical properties and adsorption filtration performance of cellulose acetate fiber have been specifically introduced.Then according to the characteristics of cellulose acetate fiber，its current application situation in the fields such as cigarette industry，textile industry and biomedical engineering is analysed.

cellulose acetate fiber；acetic acid nanofiber；property；application

TS102.511.3；TQ341.2

A

1671－024X（2015）02－0038－05

2014-12-09

國家自然科學(xué)基金資助項目（51303128；51403154；51303131）；天津市自然科學(xué)基金資助項目（13JCYBJC16800）；天津市高等學(xué)校科技發(fā)展基金計劃項目（20110315）

張淑潔（1976—），女，副教授，研究方向為纖維增強復(fù)合材料.E-Mail：zhangshujie@tjpu.edu.cn