再生纤维素纤维和铜氨纤维

48 标准与测试V o l〃42N o〃10，2014铜氨纤维的结构及性能崔运花，陈佳( 东华大学纺织学院，上海201620)摘要: 通过扫描电镜、红外光谱、X －衍射、聚合度测定和热重分析等方法分析研究了铜氨纤维的形态结构、聚集态结构、分子结构、力学性能和热学性能，并且在此基础上研究了纤维的耐酸、碱、氧化剂和还原剂等化学性能。

结果显示，铜氨纤维的表面具有均匀沟槽，横截面近似圆形，结晶度和取向度比棉和粘胶高，聚合度偏低，并更易热裂解。

铜氨纤维具有优良的物理和化学性能，有利于后序的纺织加工。

关键词: 铜氨纤维; 结构; 力学性能; 热性能中图分类号: TS101．921．1 文献标识码: B文章编号: 1001-2044( 2014) 10-0049-04The structure and property of cupramm onium rayonC U I Y unhua，C H E N J i a(C o ll ege o f T ex til e s，D o n g hu a U n i ve rs it y，Sh a n g h a i201620，C h i n a)A b s t r a c t:Th e s u r f ace m o r ph o l ogy，agg r ega ti o n s t r u c t u r e，m o l ec u l a r s t r u c t u r e，m e c h a n i ca l a nd t h e r m a l p r o p e r ti e s o f c up r a mm o n i u m r ayo n a r e s t ud i e d a nd a n a l y z e d b y m ea n s o f S E M，IＲ，X-d iff r ac ti o n a s w e ll a s o f m ea s u r i n g o f d eg r ee o f p o l y m e r i z a ti o n a nd a n a l y s i s o f T G i n t h e p a p e r w it h t h e fi b e rs’c h e m i ca l p r o p e r ti e s s u c h a s r e s i s t a n ce s o f ac i d，a l k a li，ox i d i z i n g a nd r e du c i n g age n t s d i s c u ss e d．Th e r e s u lt s h o w s t h a t t h e s u r f ace o f c up r a mm o n i u m r ayo n s h o w s un if o r m g r oove s w it h t h e c r o ss-s ec ti o n b e i n g a pp r ox i m a t e l y c i r c u l a r．I t h a s h i g h e r d eg r ee o f c r y s t a lli n it y a nd o r i e n t a ti o n co m p a r e d w it h co tt o n a nd V i s co s e fi b e r．L o w D P m a k e s it ea s y t o b e t h e r m o ll y d eg r a d e t e d．B e s i d e s，t h e exce ll e n t ph y s i ca l a nd c h e m i ca l p r o p e r ti e s o f c up r a mm o n i u m r ayo n m a k e it s a ft e r p r oce ss i n g m o r e s m oo t h l y．Key w or ds: cupra mm o ni um fi br e; s tr uc t ur e; m acha ni ca l pr ope rt y; hea t pr ope rt y铜氨纤维是由包裹在棉籽上的棉短绒为原料制造而成的再生纤维素纤维，具有优良的服用性能，良好的触感，柔和的光泽和极佳的透气性。

铜氨纤维制备条件的改进和体会作者：朱海英杨茵来源：《化学教学》2008年第07期文章编号：1005－6629(2008)07－0009－02中图分类号：G633.8 文献标识码：C铜氨纤维是一种再生纤维素纤维，因在制造过程中以氨及氢氧化铜处理而得名。

将松散的棉短绒等天然纤维素溶解于铜氨溶液中，制得铜氨纺丝液，经过后续处理后进入稀酸溶液中还原成铜氨纤维。

由于铜氨纤维的原料为棉花中棉籽的短绒毛所提炼而来，因此不会造成森林砍伐的破坏，是一种对人类、地球生态环境最温和的纤维。

铜氨纤维易受土壤及水中细菌分解，不会破坏自然环境，就算燃烧也不会有毒性气体出现，是迎合当今环保趋势的“绿色纺织品”。

铜纤维的制备实验是苏教版《有机化学基础》中纤维素的性质实验之一，大多数的中学化学教师都是第一次接触这个演示实验。

当笔者按照教材所示方法做实验时发现以下不尽如人意的问题：(1)向盛放硫酸铜溶液的烧杯中滴加氢氧化钠溶液，如果所聚硫酸铜溶液过少，不利于学生观察絮状沉淀的产生；如果所聚硫酸铜溶液过多，滴加氢氧化钠的时间可能过长。

(2)将絮状沉淀“静止片刻”所指的时间不明确，操作过程中，1-2分钟很难达到较好的分离效果，直接会导致接下来配置的铜氨溶液浓度过低，无法在瞬间和脱脂棉共同作用变成粘稠状。

在查阅了相关资料后，笔者在操作过程中尽量简化实验步骤，考虑了反应容器、硫酸铜溶液浓度、氢氧化钠溶液浓度、稀硫酸浓度以及反应时的温度变化，利用正交设计助手设计了L9（34）正交表。

实验所需仪器：2个10mL量筒、1支大试管(带橡皮塞)、1支5mL针筒(带针头)、1个50mL烧杯、温度计、长玻璃棒。

实验所需其他试剂：浓氨水、脱脂棉。

实验主要步骤：(1)分别量取10mL硫酸铜溶液和10mL氢氧化钠溶液依次、迅速倒入同一支大试管，试管中出现絮状沉淀，无须静止，缓缓倾斜大试管，即可将悬浊液中的大量水倒出。

(2)向新制氢氧化铜沉淀中逐滴滴加浓氨水，同时振荡大试管，到沉淀恰好消失为止。

第二章再生纤维素纤维第一节概述纤维素是自然界赐予人类的最丰富的天然高分子物质，它不仅来源丰富，而且是可再生的资源。

自古以来人们就懂得用棉花织布及用木材造纸，但直到1838年，法国科学家Anselme Payen对大量植物细胞经过详细的分析发现它们都具有相同的一种物质，他把这种物质命名为纤维素（Cellulose）。

据科学家估计，自然界通过光合作用每年可产生几千亿吨的纤维素，然而，只有大约六十亿吨的纤维素被人们所使用。

纤维素可以广泛应用于人类的日常生活中，与人类生活和社会文明息息相关。

利用纤维素生产再生纤维素纤维是纤维素应用较早和非常成功的应用实例。

早在1891年，克罗斯（Cross），贝文(Bevan)和比德尔（Beadle）等首先制成了纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶”。

粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。

1893年由此发展成为一种最早制备化学纤维的方法。

到1905年,Mueller等发明了稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴,使粘胶纤维性能得到较大改善,从而实现了粘胶纤维的工业化生产。

这种方法得到的再生纤维素纤维就是人们至今一直应用的粘胶纤维。

目前，再生纤维素纤维的生产方法具体有如下几种：1、粘胶法：粘胶纤维2、溶剂法：铜氨纤维；Lyocell纤维等；3、纤维素氨基甲酸酯法（CC法）：纤维素氨基甲酸酯(cellulose Carbamate)纤维4、闪爆法：新纤维素纤维5、熔融增塑纺丝法：新纤维素纤维环境友好的并可能工业化生产的为属于生产第三代纤维素纤维的N－甲基吗啉－N－氧化物（NMMO）法和CC法。

但是，目前纤维素纤维的主要生产方法还是以粘胶法为主，产量占90％以上。

所以，我们将主要介绍粘胶纤维。

粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量巨大、用途广泛的化学纤维。

据其结构和性能可分为以下品种:(Polynosic)(),由于原料丰富，性能优良，自工业化以来，粘胶纤维得到了不断的完善和发展。

化学纤维基本知识(名词术语)纤维和纺织纤维人们把长度比其直径大很多倍，并具有一定柔性的纤细物质，称为纤维，通常把经过纺织加工后可做成各种纺织品的纤维称为纺织纤维，纺织纤维的长度与直径比一般大于1000：1。

化学纤维用天然的或合成的高分子为原料，经化学方法处理，再经过机械加工而制成的纤维，称为化学纤维。

按照高分子化合物原料来源和加工方法的不同可分为两大类：一类为再生纤维；另一类为合成纤维。

再生纤维用天然的聚合物为原料，经化学方法处理再经过机械加工与原聚合物在化学组成上基本相同的化学纤维，称再生纤维。

再生纤维素纤维以纤维素为原料经过一系列化学与机械加工制成的，结构与纤维素相同的纤维称再生纤维素纤维。

所谓纤维素，就是由多个失水b-葡萄糖组成的一种天然高分子化合物，如含有纤维素的木材、芦苇、甘蔗渣、棉短绒等。

粘胶纤维以自然界中含纤维素的农林副产物为原料，用粘液法纺丝而制成的再生纤维素，称为粘胶纤维。

其品种有长丝、短纤维和帘子线。

市场上见到的人造丝、人造毛等大都是粘胶纤维的产品。

铜氨纤维（铜铵纤维）以松散的纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内，经纺丝，凝固成形而成的纤维，谓之铜氨纤维。

再生蛋白质纤维用天然蛋白质为原料制成的再生纤维。

其品种有酪素纤维、玉米蛋白纤维等。

醋酯纤维用纤维素与醋酸为原料，经化学方法转化成醋酯纤维素酯制成的化学纤维。

醋酸酯纤维的基本原料为棉短绒、木材以及醋酸或醋酸酐。

合成纤维用单体经人工合成获得的聚合物为原料制成的化学纤维。

所谓“单体”，就是用化学方法合成高分子化合物时所用的低分子物质。

合成纤维的品种很多，常见的有：涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、维纶、氯纶、氨纶等。

无机纤维主要成分是由无机物构成的纤维。

（注：不属于化学纤维范围）玻璃纤维主要成分是铅、钙、镁、硼等硅酸盐混合物所构成的无机纤维。

金属纤维由金属制成的无机纤维。

纤维纤维材料包括两大类: 一类是天然纤维, 包括植物纤维棉、麻等和动物纤维羊毛、蚕丝等；另一类是化学纤维, 包括人造纤维和合成纤维．我国的丝绸很早就闻名於世．从公元前２世纪起, 我国的丝绸沿着横贯中亚的＂丝绸之路＂出口到欧、亚、非洲, 促进了我国和世界各国的交往和交流．到了北宋时期, 著名的女纺织革新家黄道婆改进了纺织技术, 使棉纺织业在我国得到了发展．天然纤维资源有限, 每亩良田年产皮棉不过５０公斤左右, 一只蚕茧只能抽生丝０.５克左右, 而世界人口不断增加, 对纤维的需求也在增加, 但又不能用大量的良田去种植桑麻棉, 因为人們要种粮吃饭．解决粮棉争地矛盾的出路就在於发展化学纤维．现代的合成纤维工业以石油、天然气为原料, 产品性能优异, 花样繁多, 深受广大消费者喜爱．（１）人造纤维人造纤维也叫再生纤维, 是用一些本身含有纤维的物质, 如木材、棉籽短绒、棉秆、甘蔗渣等, 或含有蛋白质的物质, 如大豆、花生、玉米等, 经过化学处理和一系列的机械加工制成的．人造纤维具体指人造棉、人造丝、人造毛等．最早出现的人造纤维是粘胶纤维, 它是１８９１年人們用木材、棉绒等为原料加工得來的．用它制成的衣服穿着舒服, 透气性好, 但缩水率大, 不耐磨也不耐晒．后來人們又研制出铜氨纤维、醋酸纤维等, 但人造纤维原料有限, 产品性能不太优越, 因而逐步让位於后起之秀——合成纤维．（２）合成纤维合成纤维是把一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质, 如煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等, 经过化学处理制成的纤维．合成纤维跟橡胶、塑料同属高分子化合物, 不同之处表现在:作纤维的树脂多属线型分子链, 没有或少有支链．這类树脂能溶於溶剂而抽成丝, 或者能加热熔融而抽丝, 但加热时其结构并不被破坏．這类树脂的分子间内聚力是所有高分子中最大的．合成纤维生产的第一道工序是纺丝．纺丝工序的关键是喷丝头, 它一般采用耐高温耐磨的材料制成．在一个喷丝头上钻有几十个到几万个直径为０.０４～１毫米的小孔．熔融纤维从小孔喷出经冷却就得到很细的丝, 抽出的丝再经过牵伸和热定型工序就可用於生产各种产品．合成纤维具有天然纤维所没有的一系列优良性能．它强度高, 耐磨、耐虫蛀, 比重轻, 保暖性好, 一般能耐酸碱腐蚀．合成纤维以六大纶为主:①聚酰胺纤维．我国称为锦纶, 是最早上市的合成纤维．主要品种有尼龙６６, 尼龙６, 尼龙６１０等．１９４０年第一批尼龙丝袜上市, 就震动了纺织市场．锦纶纤维耐磨, 强度大, 回弹性能好, 但耐热耐光性能差．锦纶大多用於制造袜子、衬衫等．工业上用作重型汽车和飞机轮胎的帘子线、绝缘材料, 也用於制造缆绳、渔网、降落伞、高级地毯等．②聚脂纤维．我国又称为涤纶（的确良）, 早在１９４０年英国就已能合成, 但直到１９４６年才实现工业生产．涤纶纤维强度高、耐磨, 混纺后制成的衣服耐穿, 抗皱好洗, 因而发展迅速．到７０年代初, 产量居合成纤维第一位．③聚丙烯腈纤维．我国又称为腈纶、合成羊毛．它是１９５０年问世的, 它的耐光性、保温性、弹性都很好, 手感柔软, 强度比羊毛高, 价格比羊毛低, 不怕虫蛀, 耐晒又耐洗, 适宜於制作衣料, 针织外衣、毛毯、工业用织物等．④聚乙烯醇纤维．我国又称为维纶, 它的性能近似於棉纤维, 耐磨性强於棉纤维, 是合成纤维中吸水性最高的一种, 但耐热性和弹性较差．⑤聚丙烯纤维．又叫丙纶, 比重小, 强度较高, 耐光照．⑥聚氯乙烯纤维．又称氯纶, 它耐化学腐蚀力强, 保暖性好, 难燃烧．合成纤维主要用於民用消费品, 但也有一部分用於工程技术．宇航、冶金、化工等部门, 不仅要求纤维综合性能优良, 而且需要耐高温和抗强腐蚀．合成纤维的出现, 正好填补了這一空缺．人們经过多年研究, 已取得不少成果．芳纶—１３１３纤维, 能在２００℃下长期使用, 它的强度是强力锦纶的２倍．它首先被用於制造宇航服, 还大量用作登山索具、高温过滤袋、飞机轮胎帘子线等．芳纶—１４１４纤维, 能在２９０℃下长期使用, ５６０℃才分解．它的强度是合成纤维中的冠军, 断裂强度是锦纶的３倍, 手指粗的一条纤维绳, 就可以吊起两辆解放牌汽车．因此多采用它作复合材料的增强纤维, 特别适合於生产飞机、导弹的雷达罩．聚酰亚胺纤维能在-２７３℃的超低温下使用, 也能在４００℃的高温中正常工作, 能承受冷热剧变而不影响强度．用聚皿氟乙烯抽丝制得的氟纶纤维, 能耐王水的腐蚀．在-１６０℃～２８０℃的温度范围内都可使用, 用它增强的复合材料作自润滑轴承在飞机上使用非常合适．（３）合成皮革和合成纸从显微结构看, 皮革和纸张都属於平面型的纤维交织物．皮革纤维是强韧的胶原蛋白纤维, 经鞣革剂作用而形成强固的网状结构．纸张的纤维是植物性纤维, 在造纸过程中, 這些植物纤维互相纠结而形成网络结构．合成革就是把树脂涂在底物布上制造出來的树脂薄膜．但它没有微气孔, 不透汗, 穿起來不舒服．后來人們在合成革中加入聚氨脂, 聚氨脂在凝固过程中就会产生微气孔．這种合成皮革具有像天然皮革一样的透气性, 但比天然皮革耐用得多, 它又可装饰成各式各样的真皮外表, 因而很受欢迎．普通纸的强度一般不高, 且易被虫蛀, 又不耐酸碱．人們用人造纤维为原料制成聚合薄膜, 再经纸化工艺, 就可得到合成纸．目前已有用於描图的描图纸, 用於印刷制版的铜版纸, 不怕日晒雨淋的广告纸问世, 用這种纸生产的军用地图和防水海图, 抗折抗皱, 不怕水, 战场使用很方便．如果用合成纤维为原料, 按传统的造纸法就可造出合成纤维纸, 它强度高, 抗腐蚀, 抗撕折, 抗霉蛀, 用作电池隔膜纸, 既能提高电池寿命, 又能改进电池性能．。

再生纤维素铜氨工艺是将棉、麻、毛等天然纤维或合成纤维经过一系列处理，得到再生纤维素后，采用铜氨还原工艺，使其具有类似天然棉纤维的柔软性和透气性。

该工艺的原理如下：
1. 氨化处理：在碱性条件下，再生纤维素与氨气反应生成氨化再生纤维素。

氨化处理能够使再生纤维素分子链断裂，提高纤维素的亲水性，并使其更易吸收染料。

2. 铜离子还原：将氨化再生纤维素与铜盐反应，使铜离子与纤维素分子结合。

在还原剂的作用下，铜离子被还原为铜离子，并释放出电子，电子与纤维素分子键合形成类似于天然棉纤维的结构，达到柔软、透气的效果。

3. 后处理：在铜氨还原过程中，由于还原剂的使用，可能会产生一些有害物质，需要进行后处理。

后处理包括水洗、中和、漂白等过程，以确保纤维素制品符合环保和健康的要求。

再生纤维素铜氨工艺在实际应用中，能够有效地提高再生纤维素的质量和性能，使其更加接近天然棉纤维，同时也具有环保、可持续等优点，是一种非常有价值的纺织工艺。

新型纤维与染整工艺班级：轻化08（2）班学号：40801030227姓名：刘冬梅铜氨纤维的染整工艺铜氨纤维(Cuprammonium fibre)是一种再生纤维素纤维。

它是将棉短绒等天然纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液中，配成纺丝溶液；经过滤和脱泡后，在水或稀碱溶液的纺丝浴中凝固成形，在含2％～3％硫酸溶液的第二浴液中使铜氨纤维素分子化合物分解再生出纤维素。

生成的水合纤维素纤维经水洗涤，再用稀酸液处理除去铜的残迹，再经洗涤、上油、干燥而成。

铜氨纤维面料手感柔软，光泽柔和，极具悬垂感。

其服用性能近似于丝绸，且抗静电性能较好，即使在干燥地区穿着也不会产生闷热感，因此，作为内衣里布很受欢迎。

目前，铜氨纤维已从里布用料发展成为高级套装的优质面料，特别适用于与羊毛、精梳棉、合成纤维等混纺或纯纺，用以制作高档内衣及套装等。

1.铜氨纤维的性能及结构铜氨纤维的截面呈圆形，无皮芯结构，可承受高度拉伸，制得的单丝较细，一般在1．33tex以下(1．2 den)，最细可达0．44 tex(0．4 den)。

其性能与粘胶纤维相似，特别是用碱法成形的。

水法成形的铜氨纤维，由于采用的溶液黏度高、纤维素聚合度大，所以断裂强度较粘胶纤维高，一般干态下为2．3—2．4 g／den，湿态下为1．2—1．3 g／den。

水法成形的铜氨纤维结构均匀，表层无定向层圈，在同样的染色条件下，染色亲和力较大，上色较深。

铜氨纤维的回潮率较高，公定回潮率为11％，在一般大气条件下回潮率可达12％～13％，仅次于羊毛，与丝相当，而高于棉及其它化纤，穿着更具舒适感。

铜氨纤维不溶于一般有机溶剂，而溶于铜氨溶液。

浓硫酸和热稀酸能溶解铜氨纤维，稀碱对其有轻微损伤，强碱则可使铜氨纤维膨胀而造成强度损失，最终可使纤维溶解。

2．染整加工注意点织物经向采用110 tex(100 den)铜氨纤维，纬向采用18．5 tex 棉+77 tex(70 den)棉氨包芯纱，斜纹，密度为210根／10 em×90根／10 em。

铜氨纤维1.概述铜氨纤维属于纤维素纤维，其生产过程是：将松散的纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液中，配成纺丝溶液；经过过滤和脱泡后，在水或稀碱溶液的纺丝浴中凝固成形，再在含2—3%硫酸溶液的第二浴液中使铜氨纤维素分子化合物发生分解而再生出纤维素。

生成的水合纤维素纤维经水洗涤，再用稀酸液处理除去铜的残迹，此后再经洗涤上油并干燥。

?2.主要生产国家美国、英国、日本、德国、意大利等3.用途铜氨纤维比较昂贵，其用途与粘胶纤维大体一样，但铜氨纤维的单纤比粘胶纤维更细，触感柔软，光泽适宜，所以常用做高级织物原料，特别适用于与羊毛、合成纤维混纺或纯纺，做针织和机织内衣、女用袜子以及美丽的缎绸。

4.规格质量铜氨纤维分为长丝和短纤维两种，一般为1.2D以下，在特殊情况下甚至可以制成单丝条0.4D的纤维5.性能指标(1)主要性能：铜氨纤维的性能在许多方面与粘胶纤维相似，特别是用碱法成形的长、短纤维，几乎和粘胶纤维完全一样。

但用水法成形时，由于采用了粘度高、纤维素聚合度高的溶液，所以它的断裂强度也较粘胶纤维要高，一般干态下断裂强度为2.3—2.4g/D，湿态下断裂强度为1.2—1.3g/D。

水法成形的纤维结构均匀，表层没有定向层圈，因此在同样的染色条件下，染色亲和力较大，上色较深。

铜氨纤维容易燃烧，在80℃就枯焦。

能被热稀酸及冷浓酸溶解，遇稀碱液轻微受损，遇强碱引起膨化及强度的损失，最后溶解。

铜氨纤维不溶于有机溶剂，溶于铜氨溶液。

铜铵粘胶原料为棉花中棉籽的短绒毛所提炼而来，由于每年可由棉花提炼，因此，不会造成森林砍伐的破坏，是一种对人类、地球生态环境最温和的纤维。

铜铵粘胶为100％纤维素纤维，因为没有使用化学原料之原故，易受土壤及水中细菌分解，不会破坏自然环境。

此外就算燃烧也不会有毒性气体出现，是迎合当今环保趋势的“绿色纺品”。

该纤维因在制造过程中以铵及氢氧化铜处理故名为铜铵粘胶(AsahiBemberg）。

Asahibemberg主要原料为棉籽绒，用开棉机打开后浸泡苛性钠溶液中，用高温蒸煮、水洗、漂白后就成精制棉绒，再加入铵及氢氧化铜溶解搅拌就成粘性原液，原液由纺丝板的孔在温水中挤压成纤维状，由硫酸进行再生后进行纺丝。