醋酸纤维的广泛应用及优良性能

醋酸纤维以其选择性过滤吸附性能和优良的服用舒适性在烟滤嘴和纺织品中得到应用，此外在非烟用过滤、吸水材料等领域也得到推广。

（一）烟滤嘴用

目前，醋酸纤维最主要的应用是卷烟过滤材料。1952年Eastman首次使用醋酸纤维作为卷烟过滤材料，醋酸纤维表现出质地坚挺、无毒无味、稳定性好、截滤效果显著的特点，能选择性地吸附卷烟烟气中的有害成分，同时又保留了一定的烟碱而不失香烟的口味。此后，醋酸纤维烟用丝束的需求量呈线性增长，在中国市场开放后，醋酸纤维过滤材料又被成功地引入到这个世界上最大的卷烟市场。目前，全球95%的香烟采用醋酸纤维作为滤嘴过滤材料。

1.卷烟烟气气溶胶

图5-19　烟支燃烧模型[11]

A—燃烧区　B—热解和蒸馏区

卷烟烟支主要是由烟草、香精香料、卷烟纸、滤嘴等构成的。当烟支在高温条件下燃烧或燃吸时，相应产生了主流烟气和侧流烟气，如图5-19所示。烟支被抽吸时，大部分气流是从燃烧锥底部周围进入，从烟支尾端冒出的烟气流，称为主流烟气，被吸烟者吸入口腔。烟支进行阴燃时，产生的烟气称为侧流烟气，挥发在空气中。在卷烟燃烧过程中，内部化学成分发生一系列复杂变化，烟气的一部分变成气体成为烟气分散介质，其他部分则直接或冷凝变成微粒子，形成以气体为分散剂分布有液、固态微粒的烟气气溶胶。这种烟气气溶胶主要化学成分有烟碱、稠环芳烃、含氮类化合物、酚类物质、一氧化碳、自由基。根据常温时能否穿过剑桥滤片，分为气相和粒相。通常常温时能穿过剑桥滤片不被拦截的是气相物质，主要包括CO、NH3、NOx、HCN、亚硝胺（TSNAs）和挥发性芳香胺等。常温时能被剑桥滤片拦截的烟气部分是粒相物质，主要包括烟碱、水以及焦油。另外还有粒相物质和气相物质中共存的自由基。气溶胶粒子的平均直径在0.2～0.6μm，平均粒数浓度为1.33×1010个/cm3。当主流烟气被抽吸时，醋酸纤维滤嘴通过直接拦截、惯性碰撞、扩散沉积三种形式对微粒进行过滤吸附，达到降焦除害的目的。

2.滤棒成型

醋酸纤维滤棒的成型加工过程如图5-20所示，主要步骤如下：

图5-20　醋酸纤维滤棒成型加工原理图

1—醋酸纤维丝束包　2—一级空气开松器　3—二级空气开松器　4—后螺纹开松辊组　5—前螺纹开松辊组　6—三级空气开松器　7—增塑剂喷洒室　8—捕丝器　9—舌头　10—成型纸　11—中心线上胶　12—布带轮　13—搭口上胶　14—加热与冷却器　15—刀盘

（1）醋酸纤维的开松。开松的目的是使丝束达到较大的松散、单丝分离程度，从而以最少量填充的丝束获得最大的容积。并使每根纤维保持适当的卷曲度，有利于滤棒成品的坚实度（硬度）形成网络，以满足滤嘴卷接的加工要求。

（2）施加增塑剂。增塑剂的主要成分为三醋酸甘油酯，是对醋酸纤维起溶剂作用的一种黏合剂。其主要作用是使单丝间形成网络，固化纤维，提高滤棒的硬度。增塑剂的用量为丝束总重量的7%，它具有使醋酸纤维溶解、粘接而可塑的特性。

（3）卷制成型。滤棒的卷制需要卷纸，在卷制时要求卷纸有足够的强度，这样才能容纳丝束并使滤嘴的圆周符合标准。采用热熔胶作为卷纸的黏合剂，经电热干燥冷却后可粘牢。滤棒成型经过三次开松和上胶后，通过输出辊进入喇叭嘴，经卷纸卷制、黏合剂黏结和烙铁熨烫成型，由刀头切割成一定长度的滤棒。醋酸纤维滤棒技术指标要求见表5-8。

表5-8　滤棒技术指标要求[12]

3.丝束质量对滤棒性能及加工的影响[13]

烟用醋酸纤维丝束的技术指标包括：单丝线密度、丝束线密度、卷曲数、断裂强度、截面形状、水分、油剂含量、残余丙酮含量、二氧化钛和丝束外观质量。各项技术指标对滤棒成型和性能有着不同的影响。

单丝线密度和丝束线密度是确定丝束规格的两项主要技术指标。单丝线密度对过滤影响机理见本章第四节。在已知丝束重量、水分、油分和增塑剂含量时，丝束线密度是决定滤嘴设计重量的决定因素，在单丝线密度相同的情况下，丝束线密度越大，则丝束中所含单丝根数就多，从而改变过滤效果。均匀的单丝线密度和丝束线密度，在滤棒生产中起到稳定滤棒压降和硬度的作用。

丝束必须经过卷曲才具有加工成棒和过滤烟气的特性。适当、均匀的丝束卷曲数，起到稳定滤棒生产的作用。卷曲数过多，则增加纤维间的摩擦力，静电干扰增加，不易开松；卷曲数过少，则纤维间的抱合力降低，不能形成网状，丝带易分裂，对滤棒的压降稳定性和过滤稳定性都不利。

丝束在滤棒加工过程中必须保持一定的断裂强度，确保丝束能顺利地被加工成滤棒，减少飞花的产生。而丝束的断裂强度与丝束的卷曲能成反比例关系，所以选择合适的断裂强度对卷曲数和滤棒生产有益。

单丝截面形状对过滤吸附的影响机理见本章第四节。Y形截面形状在增加比表面积的同时，有利于丝束的蓬松性、滤棒的出棒率和硬度，是目前丝束生产中的首选截面形状。

丝束水分反映丝束中含水量的多少，是丝束生产过程中的一项重要控制指标。合适稳定的水分值，在滤棒生产中起到降低飞花、稳定滤棒水分和滤棒硬度的作用。

在丝束生产中，需添加适量的油剂来提高可纺性、降低丝束在高速运行时的摩擦系数，起到消除静电、降低丝束飞花的作用。丝束油剂含量的高低影响滤棒的过滤效率和滤棒加工中的飞花。(www.xing528.com)

残余丙酮是丝束中带入的微量丙酮，成品丝束中应尽量减少残余丙酮的含量。若丝束中残余丙酮含量过高，可能会出现丝束的异味、丝束开松过程出现粘连等不良现象。

丝束中的二氧化钛用于消光、增白，二氧化钛的含量和质量主要影响丝束白度和生产过程中的飞花情况。

丝束的外观质量，如接头、摆放不规则、滴浆、切断、分裂等会给滤棒加工或过滤效率带来不利影响。

（二）纺织用

20世纪，随着醋酸纤维产业的快速发展，其凭借原料可再生、生产过程污染小的特点，在发达国家成功取代黏胶纤维的生产，美国于1981年禁止生产黏胶纤维，万吨醋酸长丝与黏胶纤维能耗对比见表5-9。由于醋酸纤维长丝的干、湿强度较低，对织造、印染技术要求较高，因此其生产主要集中在欧、美、日等国家。目前我国还没有生产纺织用醋酸纤维长丝的工厂，醋酸纤维长丝完全依赖进口，由于进口价格昂贵，年进口量较少，约3000吨。

纺织用醋酸纤维约占醋酸纤维总量的6%，且以长丝为主。用醋酸纤维长丝生产的纱线和织物具有蚕丝般自然华贵的光泽，手感柔软滑爽，回潮率低、弹性好，且表现出良好的悬垂性、热塑性、尺寸稳定性。纺织用醋酸长丝通常选用的规格为84dtex/20f～166dtex/34f，粗特醋酸长丝规格可做到333dtex/44f和666dtex/70f，主要用于高档服装和衬里面料。随着装饰用纺织品的兴起，醋酸纤维在装饰用纺织品中也逐渐得到应用。

表5-9　生产万吨黏胶长丝和醋酸纤维能耗比较[14]

醋酸长丝可交织。2000年，Celanese与Kosa公司合作，推出品牌名为Cel-Aire的系列新产品，由聚酯纤维和醋酸纤维织成，其主要特点是常压下就可以获得混染效果。醋酸长丝与合成纤维如涤纶、锦纶长丝、腈纶纱混纺或合股，可赋予混纤纱良好的服用性能和外观。醋酸长丝包芯纱性能优异，包芯纱具有良好的弹性，包芯纱的强力和用作包覆纱的醋酸长丝性能特点融合在一起，一般情况下包芯纱加工过程的断头率可降低1倍，生产效率提高25%～30%。意大利Novaceta公司在醋酸长丝产品的细特化、混纤和多组分复合纱技术上取得了引人瞩目的成果，开发出一系列高品质的醋酸长丝产品[15]。

（三）其他应用

近年来，醋酸纤维在非烟用过滤材料、吸水材料等方面得到应用。

1.过滤材料

醋酸纤维除了烟用滤嘴这一主要过滤应用外，作为其他滤材也表现出良好的过滤性能。非织造材料具有三维立体结构，且耐用、易深加工、价格相对便宜、能满足多种过滤要求的优点，是过滤材料产业中重要的组成部分。醋酸纤维凭借其安全无害性，可经非织造加工为醋酸纤维膜，用于卫生用过滤材料。

采用环状喷丝部件经熔融纺丝、干法纺丝或干喷湿法纺丝制备的醋酸中空多孔纤维具有良好的抗氯性、血液相容性和生物相容性，结构如图5-21所示，该纤维强力高，可自支撑且纤维表面存在大量内外部通透的微纳米孔洞，在超滤、纳滤和反渗透应用上颇受欢迎。日本Daicel公司FT 50型CA超滤膜（UF）已广泛用于地下水和工业用水混浊物的脱除，法国Chemique实验室开发的绿色醋酸纤维素中空纤维超滤膜，用于废水处理、生物活性物分离和气体分离。在医用膜材料中，东洋纺公司的醋酸中空纤维膜已用于人工肾。

图5-21　醋酸中空纤维结构图[16]

2.吸附材料

Eastman公司利用醋酸短纤维作原料，采用增塑剂黏合纤维技术生产低克重高吸附纤维网，用于婴儿纸尿裤、成人失禁用垫及妇女卫生用品，性价比很高。该产品选用醋酸短纤替代传统高吸附纤维网中的双组分纤维或木浆纤维，简化了制造过程，省去了常规加工中的锤碎工艺。产品的重量比常规产品减少30%～40%，厚度降低70%，大大降低了生产、物流和使用过程的成本[17]。

另外，醋酸纤维是一种高级医疗卫生材料，其制品用于伤口包扎，与伤口不粘连，特别适用于烫伤和皮肤接触的敷料和病人服装。