提高棉浆粕反应性能的措施及其影响因素研究

冯全志

摘 要：该文从粘胶纤维生产实际需要出发介绍了粘胶纤维用棉浆粕反应性能的重要性，并从棉浆粕质量、棉浆粕中纤维初生壁的破坏程度、棉短绒质量均一及配绒比例长期稳定等几个方面系统分析了棉浆粕反应性能的影响因素，提出改善棉浆粕反应性能的三项主要措施。棉浆粕的反应性能，受制于浆粕生产的整个过程，因此，既要从工艺制定及每个环节的操作层层把关，又要在实际的生产实践中，对所用原料棉短绒以产地、生产周期、剥绒道次的差异进行合理搭配，还要对生产工艺加以适时的改进和调整，控制好反应性能，为粘胶纤维的生产提供优质的原料。

关键词：反应性能 影响因素 改善措施

中图分类号：TS7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0114-02

棉浆粕是以棉短绒作生产原料，经过备料→开棉→碱预浸渍→蒸煮→洗料→打浆→除砂→预酸→氯碱化→漂白→酸处理→水洗→除砂→调浆→抄造→打包→入库等一系列的物理和化学处理而制得的可溶解浆，用作生产粘胶纤维的原料。粘胶纤维的生产过程实际上是以纤维素开始，经过一系列的化学变化，最后又以纤维素的重新生成而结束的纤维素再生过程。所以棉浆粕内在质量应符合α-纤维素含量高、聚合度均一、含杂量低、具有良好的吸收性能和反应性能等要求。

反应性能是棉浆粕重要质量指标之一，它表示棉浆粕在消耗合理数量的氢氧化钠和二硫化碳之后，是否能制得溶解性能良好的纤维素黄酸酯和易于过滤的粘胶。

1 反应性能的影响因素

在生产实践中，由不同原料制备的符合质量标准的棉浆粕，甚至由同一种原料制备的棉浆粕，在生产过程中因工艺波动都会表现出较大的差异，显然这是棉浆粕内在质量存在差异的结果。棉浆粕内在质量的差异，主要表现在以下几个方面。

1.1 棉浆粕质量如：α-纤维素、灰分、铁质含量的影响

棉浆粕的基本组成物质是α-纤维素，还有半纤维素、灰分、铁质等杂质。棉浆粕的生产，就是最大限度地对棉短绒中的α-纤维素的提纯，要求α-纤维素含量越高越好，而半纤维素及灰分、铁质越低越好，这样生产出来的粘胶质量好、得率高、易于过滤。

浆粕中半纤维素含量过高，在浸渍时半纤维素溶于碱液，会使碱液粘度提高，影响碱液向浆粕内部渗透的速度，造成碱纤维素质量不均匀；在老化时，半纤维素会延缓老化，造成老化不均匀；在磺化时，半纤维素与二硫化碳反应速度比α-纤维素快，不仅多耗用二硫化碳，而且磺化不均匀，降低酯化度，影响纤维素黄酸酯的溶解性能，造成粘胶过滤困难。

棉浆粕的灰分、铁质等非纤维成分主要是二氧化硅以及钙、镁、铁等，它们有些来自棉短绒本身，也有在制浆过程中从生产用水、设备管道、环境空气中带入的。灰分中的钙盐对过滤性能不利，硅酸盐就更为严重。

1.2 棉浆粕中纤维初生壁的破坏程度

成熟的棉纤维横截面结构分为角质层、初生壁、次生壁及胞腔几个部分，只有次生壁含有大量的纤维素。角质层由蜡质和果胶等组成，紧包于初生壁上。初生壁厚约0.1-0.2μm，占纤维总重量的2%-5%，由蛋白质、蜡质及果胶组成，纤维素含量非常低，对化学药剂反应能力小。棉纤维初生壁在制浆中均匀破坏，则次生壁的纤维素能迅速与化学药剂作用，浆粕的反应性能就好；初生壁未破坏或破坏不够，则次生壁中纤维素很难与化学药剂作用，影响二硫化碳渗入到次生壁中去，而使生成的纤维素磺酸酯由于酯化度不匀而难以溶解，生成胶块，使过滤困难。蒸煮过程中对纤维初生壁的破坏程度取决于：

1.2.1.蒸球进汽布汽方式的影响

双篦子加温改用仪表自动控制可实现液相对流加温，当篦子进入液相空间时自动开启电磁阀进蒸汽加温，当篦子进入汽相空间时，停止进蒸汽，这样，周而复始的实现了液相对流加温，提高球内温度分布均匀性，双篦子还可以实现球内预浸渍，向外排多余的碱液，实现小液比快速蒸煮，提高棉短绒蒸煮均匀性，提高棉浆粕反应性能。

1.2.2.蒸球内加焊刮板

蒸煮时为了使物料在蒸球内受汽均匀，可以考虑在蒸球内加焊刮板，刮板焊在与蒸球的轴线同一个平面内，当蒸球运转时刮板把下部的低温物料自下而上的带到上部，上部的物料带到下部，加强球内物料的翻动，有利于提高低温区温度的上升和蒸煮均匀性。

1.2.3.蒸煮液比

蒸煮液比是一个重要的参数，棉短绒在蒸煮过程所消耗的碱量不到棉短绒吸碱量的1/3，使用过多的碱是一种浪费。在碱液渗透均匀的条件下，蒸煮液比小些为好。蒸煮液比大时，蒸球中低温区大，另外蒸煮液比过高时，在蒸球运转时，球内的物料与球内壁做相对的滑动，球内物料面呈水平状，此时球内的物料是相对静止不动，蒸球的运转起不到搅拌作用，从而也会造成蒸煮过程的不均匀。目前国内棉浆厂对蒸煮的液比在1：3.1-3.4，蒸煮在保证碱液渗透均匀的条件下，使用液比小些为宜，小液比即能提高蒸煮均匀性，又能节碱。

1.2.4蒸煮用碱量的影响

用碱量实指氢氧化钠对绝干棉绒的百分比，通常用百分数表示。用碱量的多少，应根据棉绒品种质量、浆粕质量要求等因素来决定。对成熟度低含杂质和灰份高的棉绒用碱量可较高；蒸煮温度低时，为缩短蒸煮时间也可适当提高碱量。在其它条件不变的情况下，提高蒸煮用碱量可加强对棉绒初生壁的破坏，从而缩短蒸煮周期。以提高温度和用碱量两者对比，增加用碱量更利于提高浆粕的内在质量，还可以加速非纤维素杂质的溶出速度和溶出量，提高半浆的可漂性。如用碱量过低，会使蒸煮作用不完全，非纤维素杂质的溶出量减少，使蒸煮后半浆的手感僵硬、色泽暗，影响可漂性。在用碱量与保温压力及时间上，要制得相同质量要求的半浆，三者的调整关系为，如上调1%用碱量可把保温时间缩短10分钟，也可在保温条件不变的情况下下调保温压力0.01MPa，下调用碱量1%反之。

1.2.5蒸煮温度的影响

蒸煮温度是指蒸煮时的最高温度，它是决定蒸煮质量的重要因素。在蒸煮过程中，化学反应的速率随温度提高而加快。在实际操作中，由于压力的变化及蒸汽热焓值的不同，常常出现在同一压力下温度过高或过低，造成对蒸煮质量影响。如温度过高，保温压力适当下调0.001-0.02MPa；如温度过低，保温压力可上调0.005-0.02MPa。

1.2.6蒸煮时间的影响

升温时间的长短，取决于棉绒被渗透的难易。为了有效地升温，一般多采用锯齿形的方法进行升温，在升温之前进行空运转环节也同样不可忽略，此环节可以使球内短绒与碱液再次混合，提高蒸煮的均匀性。短丝浆粕一般保温时间不低于140分钟。因为这一阶段是纤维素降聚和破坏纤维初生壁的重要作用时间，时间过短会出现蒸煮不匀的现象而影响浆粕质量。

1.2.7投料量的影响

投料量的多少是按设备生产能力和产品质量要求而确定的，根据实践，装球密度一般控制在140-145公斤/立方米。

1.3 棉短绒质量均一，配绒比例长期稳定

原料要尽可能选用同一地区的棉短绒，也可以对产地不同的棉短绒原料进行有长期固定比例的计划储备。由于棉花生长受地区以及日光照射的影响，不同地区的棉短绒质量存在很大的差异。棉绒甲纤含量的高低、成熟度的高低，受地区和日光照射有直接关系。生长期较长的棉纤维，其纤维素含量增加，而蛋白质、脂肪、蜡质、水溶性物质及灰份等非纤维素杂质的含量则逐渐降低。

2 棉浆粕生产中改善反应性能的措施

由以上原因分析，我们可以看到，棉浆粕反应性能的优劣，既与原材料棉短绒有关，又与棉浆粕的聚合度、α-纤维素含量、含杂量有关，它受控于浆粕的整个工艺生产过程。要改善棉浆粕的反应性能，主要有以下几个方面。

2.1 降低非纤维素成分，提高α-纤维素含量

2.1.1在条件允许的情况下，尽可能使用成熟度高的原料。在成熟度高的棉短绒中，除棉籽皮屑等杂质影响外，它的纤维素含量为90%-91%，木素、果胶、灰分等其它物质含量非常低，使用这样的棉短绒制得的棉浆粕，质地松软，得率高、灰分及铁质含量低、吸碱值好、反应性能好。反之，成熟度低的等外绒，其组成极不均匀，含有较多的未成熟纤维，灰分、铁质含量高，制得的浆粕反应性能也差。

2.1.2层层把关，降低非纤维素杂质含量

从棉短绒购进开始，实行三级把关；生产过程中对化工原料的加入、生产用水层层监控；在制浆过程中，加强各工序的水洗，特别是经球下洗料后的半浆灰分应控制在0.8%以下，经漂前和漂后的除砂工序时，在良好的精选设备下，使纤维充分松散疏解，分离灰分等非纤维素成分并及时排出；漂白酸处理水洗后浆分控制在0.15%以下，铁质控制在30PPM以下。

2.1.3防止纤维素的氧化过剧，减少半纤维素的生成

棉浆粕中的半纤维素，一部分来自原料本身，一部分来自生产的各个工序。原料中的半纤维素在蒸煮过程中，经高温高压高碱的化学反应，一部分半纤维素溶出，而在纤维发生降解时，一部分纤维素又降解成半纤维素，在氯化、漂白及酸处理过程中，纤维素也会发生不同程度的氧化降解而生成半纤维素。故在生产的这几道工序，尤其要注意以下操作，以最大限度地减少纤维素的氧化和水解，降低半纤维素的生成。

（1）在蒸煮升温过程中，采用三次升温二次小放汽的升温方式，排出球内空气，防止在高温条件下及氢氧化钠的催化作用下，球内空气中的氧气对纤维素的氧化。

（2）在预酸进入氯碱化工序时，控制好浆料的PH值，确保氯化在PH值小于2的条件下进行。此条件下，氯气在浆料中的主要以气体方式存在。氯气能渗入到纤维内部，同时氯化过程中产生大量盐酸和浆料中加入的酸都有利于氯化的稳定，并抑制氧化反应的作用，使纤维基本上不发生降解，减少半纤维素的产生。

（3）在漂白过程中，保证氢氧化钠含量在60—80g/m3，在此碱浓下，次氯酸钠溶液比较稳定，确保浆料在漂白过程中不至于被氧化过剧，导致聚合度、甲纤下降，而半纤维素含量上升。

（4）酸处理后进行水洗时，一定要把残酸洗干净，一般水洗残酸含量控制在0.04g/l以内，否则，浆料含残酸过高，在抄造过程中进行烘干时，高温的作用会使纤维素会发生急剧的氧化，导致半纤维素含量上升。

2.2 最大限度地破坏纤维的初生壁

要破坏纤维的初生壁，纤维的内层部分才能均匀起化学反应。在蒸煮前，用热碱液对棉短绒进行预浸渍，使开棉松散除杂后的棉短绒经过浸渍，再通过螺旋压榨挤出，使碱液渗透更均匀；在蒸球内采用“重蒸”的工艺，用较高的汽压、用碱量和液比，调整聚合度的同时，纤维的初生壁得到最大限度的破坏，使纤维充分暴露，从而提高浆粕的反应性能。

在打浆过程中，采用重刀快打的打浆方式，纤维经过疏解和切断，纤维比表面积增加，使纤维初生壁进一步破坏，同时适当延长打浆时间，降低湿重，均有利于反应性能的提高。

实践证明，过滤性能不好的粘胶纤维浆粕，是由于其中含有反应不够或完全没有反应的纤维，即使在理想的蒸煮条件下，初生壁受破坏的纤维才占50%，而且破坏的程度也不完全相同的。为了进一步获得均匀性、反应性能好的浆粕，还必须同时依靠氯化。氯化为纤维初生壁较深入和较均匀的破坏创造了条件，且纤维形态没有变，氯化后的浆粕在常温情况下进行加碱处理后经过漂白、酸处理，浆粕的反应性能显著提高。

2.3 要特别注意浆料聚合度的均匀性

在棉浆粕生产中，聚合度的控制和调整，主要集中在蒸煮和漂白两个工序，如何选择一个合适的蒸煮聚合度终点，既能保证纤维的初生壁在“重蒸”时得到最大限度的破坏，又在“轻漂”时保证足够长的时间，以利于碱化漂白过程中达到理想的白度和聚合度终点，满足粘胶生产的要求，这是确保棉浆粕聚合度均匀的一个重点。

经过长期的生产实践，我们发现棉短绒蒸煮终点控制时，聚合度工艺制定在550-600DP，棉浆粕各项指标都较好控制，在合理的用碱比和液比情况下，蒸煮粘度控制稳定，合格率较高，浆料经过氯化和漂白后，脱氯聚合度控制在500±30，而且在制定此工艺时，蒸煮后的浆料粘度控制及漂白后的浆料粘度控制相差不大，经过“重蒸”后的浆料和“轻漂”后的轻微的聚合度降解后，浆料聚合度的整体性较好，分散性小，聚合度比较均匀。但过高或过低的聚合度，虽经由漂白工序再次调整，但将直接会影响成品质量（如白度、反应性能）而且制约着产能。

3 结语

综上所述，棉浆粕的反应性能，受制于浆粕生产的整个过程，要改善棉浆粕的反应性能，既要从工艺制定及每个环节的操作层层把关，又要在实际的生产实践中，对所用原料棉短绒以产地、生产周期、剥绒道次的差异，进行合理分剁堆放并作好数量、质量的统计工作，在配绒时合理搭配并针对具体的原料时，还要对生产工艺加以适时的改进和调整，发现原料对生产的影响应及时调整工艺和操作，控制好反应性能，为下工序的生产提供优质的原料。

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