醋酯纤维膜材料或成为过滤与分离领域的“明日之星”

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2018-03-09  环球过滤分离技术网
尽管烟用丝束占据着醋酯纤维(CA)的绝对市场份额，但其在高档服装面料、衬里、技术纺织品等领域的市场已经打开。其中在技术纺织品领域，醋酸纤维素膜材料已广泛用于过滤与分离领域，在高端产品开发方面亦取得了极具市场潜力的成功。以下介绍一些最新的发展动态。

　　中空纤维膜

　　膜分离与过滤是最有效的分离和浓缩方法，已成功用于纳米颗粒物的过滤操作。改变膜的制备条件，可以得到不同孔隙度的膜材料。

　　膜材料的孔隙

　　醋酸纤维素已广泛用做反渗透(RO)、微滤(MF)和气体分离操作。它是膜材料制备选用的环境友好型原料，无毒且成本相对低廉，已成功用于微咸水、海水淡化，乙醇、甲醇过滤以及脲素全渗透处理等领域。如用于废水处理的醋酸纤维素纳滤膜生物反应器(NF-MBR)为U型中空纤维膜，单丝根数85000，单模块的比表面积达11.7平方米。日本Daicel公司FT50型CA超滤膜(UF)已广泛用于地下水和工业用水浑浊物的脱除，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。该UF膜的制备选用天然或生物可降解原料，膜制备过程使用的溶剂即甲基乳酸酯或乙基乳酸酯属绿色溶剂系统，其急性半数致死量LD50为5g/kg。

　　中空纤维膜

　　在医用膜材料中，东洋纺公司的醋酸纤维素膜已用于人工肾，改性纤维素三醋酸酯(CTA)膜亦已在血液透析器临床上使用。

　　生物基纤维

　　北美农业应用研究中心的研究人员利用农业废弃物，如玉米纤维料、米壳和麦秸作原料制备纤维素醋酸酯。

　　玉米纤维类的生物质原料制备醋酸纤维素需要进行预处理，通常玉米纤维料在55℃、强制送风的条件下烘干4h，经粉碎，控制一定粒度于室温下存放。预处理前使用己烷脱去物料的油迹，物料的质量分数控制在15%，米壳15%，麦秸物料8.5%。预处理在反应釜中完成，处理温度121℃，时间4h。经过预处理的物料进入乙酰化工序。目前试验中的乙酰化的转化率在25%上下。

　　在利用可再生生物质资源制备醋酸纤维素的探索研究中，研究人员利用未精制的生物质原料，如棕榈果壳粉末状物料，在45℃条件下溶于离子液(BMIMCI)，木质纤维素选择性分离，改性纤维素即可作为醋化原料。

　　醋化反应在55℃条件下进行，工艺过程十分紧凑。CTA的酯化度在2.9，可用于纤维或薄膜加工。该项研究还显示，生物质原料的选择呈多样化，可利用的生物质包括甘蔗渣、郁金香树材、杂交杨树、橡树、日本红松、稻米壳等。

　　法国Roquette公司利用植物淀粉合成生物基醋酸纤维素，为罗地亚公司的烟用醋酯丝束提供生态友好的原料，在成本上亦更具优势，目前该项研究已在顺利进行中。

　　纳米纤维

　　纳米纤维制备可以追溯到上世纪30年代，而第一个纺制成功的聚合物纳米纤维，使用的原料即为醋酸纤维素。近年来亚微米-纳米醋酯纤维的技术及应用研究取得了一些进展。如波兰纤维及药用植物研究所利用静电纺丝方法，成功得到改性醋酸纤维素纳米纤维网，单丝直径控制在200～600nm，具有抗菌功能和非常高的颗粒物捕集效率。

　　采用丙酮/DMAc/乙醇复合溶剂系统(组分比4/1/1)配置的醋酸纤维素纺丝液，通过静电纺丝工艺制得纳米纤维网，其单丝直径范围为100～500nm。试验结果证明该纳米纤维网具有药液控释功能。

　　纳米纤维网

　　东华大学采用醋酸纤维素与丝蛋白混合物料，静电纺丝制得单丝直径50～300nm的纳米纤网，显示出良好的机械性能，撕裂强力达88.9cN/mm2，断裂伸长12.77%。

　　研究人员开发的醋酸纤维素纳米纤维膜，用作颗粒物分离介质显示出良好的分离效果。该纤维采用二氯甲烷、甲酸、三氟乙酸(TFA)作溶剂，于室温条件下配置8%的纺丝液，使用的醋酸纤维素的酯化度为2.5。采用静电纺丝方法，电压15kV，与收集装置间距10cm。纳米纤维膜的单丝直径范围在100～300nm之间，膜材料品质即单丝直径(0.19±0.05)μm，厚度406μm，孔隙率87%。