人造纤维

化學纖維4A040061程芊睿4A040071石紫瑤4A040081林代恩4A040088柯俊宇4A040093謝宗翰化學材料之製造與應用目錄•前言•何謂化學纖維•化學纖維分類•再生纖維-Lyocell纖維•聚乳酸纖維(PLA)•玉米蛋白質纖維•玉米聚乳酸纖維•半合成纖維-醋酸纖維•合成纖維•聚乙烯醇纖維(PVA)•聚氯乙烯纖維(PVC)•尼龍•尼龍6•尼龍66•聚酯纖維•新型聚酯纖維•聚丙烯腈纖維(PAN)•聚烯烴纖維•聚丙烯纖維(PP)•嫘縈•銅銨嫘縈•高濕模數嫘縈前言•從1846~1883年，瑞典、瑞士、英國等化學家陸續嘗試將纖維素的材料如棉花、樹木等溶解，並仿蠶口吐絲的方式，使溶解液由細孔擠壓成絲。•1891年，法國人以硝化纖維法製出人造絲(ArtificialSillk)而正是商業化。•1935年有尼龍纖維的發明與工業化。•1984年聚丙烯腈與1953年聚酯纖維等相繼出現。•今日，尼龍、聚酯等纖維，再持續的製程改進與物性改良下，已逐漸取代部分天然纖維的衣著應用，化學纖維(或人造纖維)雖然製程方面與天然纖維不同，但其分子構造仍是高分子聚合體。何謂化學纖維•各種經化學方法製成的纖維，例如用壓力迫使化學物質穿過小孔洞，形成極細的纖維，像是聚酯纖維、尼龍等，通常可分為再生纖維和合成纖維。再生纖維是指由天然物質中的纖維抽取，經化學處理後再重新製造成的；合成纖維則是利用石油產品原料加工製成的。化學纖維分類•依原料取得與處理方式不同，化學纖維分類如下•再生纖維將天然高分子聚合體如多醣類或蛋白質加以溶解處理，原液晶仿絲擠壓出凝固，形成纖維與原料成分相同。如：Lyocell纖維、聚乳酸纖維、玉米蛋白質纖維、玉米聚乳酸纖維•半合成纖維將天然纖維以有機溶劑讓易容解之分子構造起化學變化，再加適當的溶劑處理，紡絲液壓出凝固，形成纖維與原料成分構造不同，如醋酸纖維、二醋酸纖維、•合成纖維聚乙烯醇纖維、聚氯乙烯纖維、紡絲、尼龍、聚酯纖維、新型聚酯纖維、聚丙烯腈纖維、聚烯烴纖維、聚丙烯纖維再生纖維Lyocell纖維•以棉花木材為主原料的新溶媒再生纖維（Lyocell）。•製程:木材→木漿→溶劑→紡絲→洗淨→後處理→乾燥→Lyocell纖維•優點:生產成本低;生產符合環保要求,溶劑可回收;具有合成纖維的乾濕強度,又有天然纖維的良好吸濕性及生物分解性。•用途:牛仔布.工業用不織布.男女禮服.女性貼身衣物聚乳酸纖維(PLA)(Polyacticacidfiber)•以玉米為主原料生產的纖維有玉米蛋白質纖維、玉米聚乳酸纖維、玉米聚丙醇酯纖維等。玉米蛋白質纖維•製程:玉米殘渣→以70%的異丙醇提取一種黃色玉蜀黍醇溶蛋白質的粉狀物→將此粉狀物在溶於氫氧化鈉溶液→成黏膠狀態→再經過濾脫泡→進入儲存槽中→使其成熟,在此期間,球狀蛋白質分子會因氫氧化鈉而把蛋白質中的酸基(－COOH),變成羧酸鈉基(－COONa),使原來自酸基與胺基結成的鹽鏈結,因納的取代而不存在。•化學性質:非常穩定,但長期暴露陽光下會緩緩變質,性直接近再生蛋白質纖維。玉米聚乳酸纖維(Polyacticacidfiber)•乳酸是存在於動物、植物及微生物間的天然物質,容易在大自然降解,不會對環境造成危害,唯玉米是人類澱粉類食物的主要來源之一,過度使用紡織品會造成許多地區食物短缺或價格上揚,因而較少發展。•優點:聚乳酸纖維使用後廢棄,土壤和海洋中的微生物可將它分解成CO2和水;埋入土壤2~3年後強度會消失,幾個月後便會分解成CO2和水,生物將解性良好;如以焚燒處理,燃燒氣體中不會產生CO2,燃燒熱量只有聚乙烯或聚丙烯的1/3左右,不會損傷焚化爐。•發展:牙刷、毛巾、服裝、可用在食品工業、包裝、農林業等。也可作為醫用材料,如骨材料,未來研究方向可能在聚乳酸材料上生長成組織與器官,如軟骨、肝、血管、神經、皮膚等,也可用於手術縫合材料。半合成纖維醋酸纖維(Acetate)•醋酸纖維是纖維素的衍生物,但纖維素化學性安定,製造其衍生物不容易。•製程:木漿或棉絨→混酸液攪拌→沉澱、水解→丙酮溶解→過濾→紡絲。•化學性質•1.光效應:比棉或任何嫘縈都耐光,但日光量或人造光均會使其引起衰解作用。•2.抗生物性:蠹、霉均不損害醋酸纖維,其它蟲亦無影響。•3.鹼之反應:濃鹼液會分解醋纖,其原因是乙醯基被取代,但稀液pH9.5以下則安全。•4.酸之反應:比嫘縈更耐酸,但仍會被濃強酸分解,如冷濃醋酸及甲酸均會破壞醋纖,稀弱酸則無影響。•用途:長絲可用來做服裝裏子料、睡衣、內衣等;短纖可用於外科手術包紮;可製成眼鏡架;RO逆滲透膜等。合成纖維•以天然氣、石油提煉出的有機低分子化合物或工業生成物，使其產生聚合反應形成高分子聚合體，再經由紡絲形成纖維，如Nylon（尼龍）、Polyester（聚酯纖維）、Polyacrylonitrile（聚丙烯腈）、Polyethylene（聚乙烯）、Polyacetal（聚縮醛）、PBI(Polybenzimidazoles聚苯亞胺咪唑)、Kevlar、Nomex（芳香族聚醯胺）等。聚乙烯醇纖維(PVA)(Polyvinylalcoholfiber)•製程:聚合體的聚乙烯通常經由聚醋酸乙烯酯等聚乙烯酯類經皂化製得。•用途:手術用絲方面、輪胎等。聚氯乙烯纖維(PVC)(Polyvinylchloridefiber)•第一種由合成聚合物發展成的人纖。•製程•原料:工業上以乙炔和鹽酸製造氯乙烯。•CH≡CH+HCl→CH2=CHCl•溫度25℃時,催化劑可用汞鹽或其他金屬鹽;溫度在200℃時,用活性碳亦可。•2.聚合:氯乙烯在30~80℃範圍內,用過氧化二苯甲醯(C6H5CO)2O2為催化劑反應,其雙鍵可被打開,單體分子互相連結,聚合成白色粉末。•紡絲•將聚合物溶在二氯甲烷等的溶劑中,然後高溫度經由紡嘴壓擠成絲。•性質•1.耐溫性:熔化溫度約為260℃,不會著火。•2.耐酸鹼性:對酸鹼抵抗力極佳,不溶於汽油、礦油、醇及二元醇。•3.耐蟲性:不長霉,細菌、霉菌等都不會在這類纖維上滋生•用途•1.穿著衣服:睡衣、內衣、化學廠工作服、溜冰服裝等。•2.室內裝飾:窗帘、地毯、室內飾物等。•3.是外用品:帳幕、登山及獵裝、室外家具等。•4.防火用品:汽車及飛機裝窗飾、防火衣等。•5.其他:毛毯、防雨布、旗幟、床墊、網、睡袋等。尼龍•世界上最早發明出來的合成纖維，又稱聚醯胺纖維，具有優良的強力、伸度、吸水性、懸垂性與舒適的手感等物理及化學性質。尼龍6•稱聚己內醯胺。它的聚合物中含有所有單體己內醯胺的原子。•原料製備:•環己烷+酚+甲苯→環己銅→己內醯胺(CPL)•用途:輪胎簾子布、汽車用紡織品、過濾材料、篩網、地毯膨體紗等。•化學特性：熔點在250~260℃、不耐酸、耐鹼、有良好的抵抗性尼龍66•在聚合物的鏈中六亞甲基二胺和己二酸互相交替，在尼龍中其醯胺的方向也不斷交替。•原料製備:環己烷+酚+環己烯→己二酸(AA)丁二烯(1.3)+丙烯腈→己二腈→己二胺(HMDA)•化學性質：熔點215~220℃、不耐酸、耐鹼、有良好的抵抗性聚酯纖維(Polyester)•又稱達克龍,由於優良的服用性和經濟實惠,很快成為衣用纖維和裝飾織物的原料。•化學性質•1.與酸反應:耐弱酸,即使在沸騰溫度,影響也不大。•2.與鹼反應:耐弱鹼,但對強鹼耐力較小。•3.對氧化漂白劑有耐性•4.對一般溶劑如alcohol、keton(酮類)、乾洗劑、肥皂液等有耐性。•用途:•1.高強力纖維:汽車安全帶、輸送帶、輪胎簾布等。•2.超細纖維。•3.抗菌防臭:內衣、寢物、睡衣、襪子等。•4.中空多孔聚酯纖維。•5.聚酯觸媒發展。•6.奈米技術發展:針織內衣褲、運動服、襪子、地毯;與棉混紡製成醫院用品,如手術衣、醫生工作服、病人服、床單、無菌口罩、衛生包覆材料、婦女衛生用品。新型聚酯纖維(PPT)(Polypropyleneterephthalate)•聚對苯二甲酸二甲酯，又名PTT聚三甲基對苯二甲酸甲酯。•製程•1.直接酯化法:由二醇與對苯二甲酸(PTA)直接酯化聚合，又稱PTA法。•2.酯交換法:二醇與對苯二甲酸二甲酯(DMT)進行酯交換後再聚合,又稱DMT法。•PTA法製成較具經濟性因為(1)原料成本較低(2)反應過程不會產生甲醇副產物,省去回收甲醇程序(3)製程與合成PET非常相似，可使用生產PET之現有設備，做局部修改。•特性•具有PET的耐化學性與尼龍的彈性及回復性,聚合及紡絲溫度比PET低,加工成本低,作為地毯用纖維時不但有尼龍的紗蓬鬆性與彈性回復性,兼具PET、PP的抗污染及抗靜電性、低吸水性、及優異手感與易染色性。聚丙烯腈纖維(PAN)(Polyacrylonitrilefiber)•具有羊毛柔軟、膨鬆、暖活觸感的獨特性質,可自氰酸與乙炔直接合成低廉單體原料,1948年杜邦公司以Orlon(奧龍)註冊商標問市。•PAN含量多寡分類:•1.含量在85%以上,稱為聚丙烯腈纖維(acrylicfiber)•2.含量在35%~85%,稱改質聚丙腈情纖維(modacrylicfiber)•3.含量在100%以上,稱工業及聚丙烯腈纖維(technicalgrade,t-acrylics)•聚合方法1.懸浮聚合法:單體以水為溶媒,添加懸浮劑,藉單體可溶性起始劑進行。2.容易聚合法:將單體溶於溶媒中,藉單體或溶媒可溶性初始劑進行聚合。•用途:帆布、防水布、車蓬、窗簾、電解及電鍍之工業用陽極袋、工作服、毛毯、西裝料、針織物、毛絨衣。聚烯烴纖維(Polyolefin)•一群烯類聚合物總稱,以聚乙烯和聚丙烯纖維為主。聚乙烯纖維(PE)(Polyethylene)•聚合方法:有高壓和低壓法。•用途:繩索、塑膠袋、保鮮膜、低溫過濾布、外科手術之組織加強物。聚丙烯纖維(PP)(Polypropylene)•製程:乙丙烯瓦斯通過Natta觸媒聚合而成。•用途:繩子、漁網、地毯底墊、絨毯、室內裝飾、塑膠射出成型加工。嫘縈•主要構造為葡萄糖基，其聚合度約為500，鏈的長度小於天然纖維素1∕10。•製造流程:纖維素→碱化纖維素→老成(一~三天)→磺酸纖維素→熟成→紡絲•碱化纖維素反應式:（C6H10O5）n＋nNaOH→（C6H9O4∙ONa）＋nH2O•化學性質:對酸的反應性比棉大,一般在低溫稀酸液中短時間處理,可用NaOCl漂白,其次KMnO4及NaHSO3對其傷害性也不大,使用H2O2潔白時不超過55℃。•用途:地毯類.內衣.床單.運動衫.室內飾物.工作服.窗簾等。銅銨嫘縈(CuprammoniumRayon)•銅銨纖維極細，且手感柔軟而強力高。•製程:原料(再軋棉或木漿)→溶液混合→溶液過濾→進入紡絲液儲存槽→紡絲器→處理絲狀纖維。•耐酸鹼性:不受弱鹼之影響，強鹼液會使它膨潤，強度降低終至破壞其組成。稀熱或冷濃礦物酸，如硫酸和硝酸有破壞作用。有機酸或檸檬酸會使其變的易破裂。•用途:具良好抗汗性，適宜做貼身衣料。高濕模數嫘縈(HighwetModulusRayon)•高分子直線平列,互相平行,並結合成束,沿著纖維縱向形成更長的分子化學鍵,而具有與棉相似的微纖維構造,此構造在分子之間有較多而強的化學鍵,排列成緊密的小纖維,均勻的分布在纖維內,可阻止水、鹼等膨脹劑,使不易滲入纖維分子間,降低化學鍵之構造組織。•製程:纖維素→碱化纖維素→磺酸纖維素→紡絲。•用途:府綢、襯衫、禮服等高級布料、窗簾、帳幔等懸垂織物。