一種醋酸纖維絲束的檢測方法及其應用的製作方法
2023-09-18 00:40:10 1
一種醋酸纖維絲束的檢測方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種醋酸纖維絲束的檢測方法。所述檢測方法使用光散射法檢測醋酸纖維絲束的結構；包括以下步驟，S1.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，S2.將S1膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑Rh、均方旋轉半徑Rg、結構因子Rg/Rh、S3.通過流體力學半徑Rh的大小、流體力學半徑分布圖f(Rh)，可判斷絲束在丙酮溶液中的存在狀態為單鏈、膠束或膠束聚集體。該檢測方法可獲得聚合物在溶液中的詳細結構信息，對煙用醋酸纖維絲束的合成和紡絲具有重大意義。結合本發明所述的檢測方法用於指導醋酸纖維束的紡絲加工，可以避免在加工過程中出現堵塞。
【專利說明】一種醋酸纖維絲束的檢測方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及檢測領域，更具體地，涉及一種醋酸纖維絲束的檢測方法及其應用。
【背景技術】
[0002]目前聚合物結構信息的表徵方法主要有電鏡、粘度法等方法，電鏡可直接觀察聚合物的大小、形貌等結構信息，粘度法可測量聚合物的粘均分子量。醋酸纖維絲束也常採用以上的方法進行表徵，但是電鏡法觀察由於一般只能觀察非常局部的微量信息，無法得到聚合物在溶液中整體狀態的真實結構信息；而粘度法只能得到聚合物的粘均分子量，所得聚合物信息有限，由於信息有限，因此對生產的指導意義也不大。現有的醋酸纖維絲束生產，隨著醋酸纖維濃度的增高，容易出現堵塞。發明人認為，發生堵塞的原因一是可能由於含有雜質，二是可能由於醋酸纖維的濃度不同，其在溶液中結構分布不同，當濃度過高，醋酸纖維的膠束和膠束聚集體分布過多時，可能導致堵塞的發生。然而，工業生產中，目前把堵塞的原因主要歸結為雜質，並未有對醋酸纖維結構狀態的檢測，因而，即使通過多級過濾辦法除去醋酸纖維中的雜質，在生產過程中仍無法避免堵塞的發生。
[0003]上述現有的醋酸纖維絲束的表徵方法，即使表徵結果符合要求，但由於其獲得的數據有限，無法判斷醋酸纖維絲束在溶液中的結構分布，因此對後續紡絲工藝不能完整提供具有實際應用價值的指導信息。因此提供一種可以更全面表徵醋酸纖維絲束信息並能指導紡絲工藝生產的檢測方法，具有實際應用價值。
【發明內容】
[0004]本發明要提供一種方法，使得通過這種方法檢測所得的產品，都可以符合後續工藝的需求，即提供一種方法能夠準確的表徵醋酸纖維絲束。
[0005]本發明首先提供一種醋酸纖維絲束的檢測方法，使用光散射法檢測醋酸纖維絲束的結構；
包括以下步驟，
S1.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，
S2.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑慫、均方旋轉半徑&、結構因子/?g/7?h;
S3.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖，判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小。
[0006]光散射方法是一種常用的檢測方法，但未見有應用於醋酸纖維絲束檢測，更未有報導這種方法可以有應用於指導醋酸纖維加工。
[0007]優選地，步驟SI所述的超速離心的離心速度為5000-15000轉/分鐘。
[0008]優選地，步驟S2所述的膜過濾的膜的孔徑為0.1-2.0 μ m。
[0009]本發明同時提供一種上述醋酸纖維絲束的檢測方法在醋酸纖維絲加工中的應用。
[0010]實際生產中醋酸纖維丙酮溶液通過微米級的噴嘴進行噴絲，形成醋酸纖維絲束，因此醋酸纖維在丙酮溶液中的濃度越低，在噴絲過程中越不容易形成堵塞，因此現有技術通過堵塞值來對醋酸纖維的濃度進行控制，但是堵塞值不能準確反映醋酸纖維在丙酮溶液中的真實情況，而為了遷就堵塞值，往往把醋酸纖維的濃度調整得過低，這樣生產的產能難以提高。通過光散射法可以檢測醋酸纖維束的各種結構的大小，以及能獲得反映其結構信息的結構因子，可以準確地判斷醋酸纖維絲束中單鏈、膠束及膠束聚集體的分布狀況及大小，醋酸纖維絲束的單鏈的流體力學半徑在IOnm左右，能順利通過噴絲頭；膠束、膠束聚集體的流體力學半徑分別在IOOnm左右、1000nm以上，這兩種形態的大小越大、含量越高，越容易發生堵塞，因此通過對不同濃度下醋酸纖維在丙酮溶液中形態的監測，結合堵塞值，可以方便人們在生產過程中準確把握髮生堵塞的可能性，保證生產產能提高的同時，避免堵塞的發生。
[0011]堵塞值的檢測方法是:將含7.5% (重量)醋酸纖維素的95: 5(ff: W)丙酮:水中溶液形式的紡絲原液通過給定面積的特殊過濾板，在該過濾板被不溶性、未乙醯化的紙漿纖維堵死之前所通過的醋酸纖維素(按幹品計)的量。該過濾板為I平方釐米，由30層KIMPAK濾紙夾在兩組天鵝羽絨片之間。在面上的天鵝羽絨是兩層，它們的絨面互相面對。底面的天鵝羽絨是三層，靠近濾紙的兩層是絨面互相面對，最底一層天鵝羽絨是絨面背向濾紙。堵塞值越高，醋酸纖維素散片的品質越好。一般堵塞值為30克/平方釐米或以上表示是品質合格的散片醋酸纖維素。現有的生產過程中，把堵塞值控制在50±5克/平方釐米，在這種濃度下進行噴絲生產。但發明人發現，即使在堵塞值控制在此範圍內，堵塞依然時有發生，根據發明人對堵塞情況的判斷，認為醋酸纖維素在丙酮中的形態與堵塞密切相關。因此，採用光散射法檢測醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的分布狀態，有利於指導醋酸纖維絲加工生產。
[0012]同時，發明人發現，在濃度低的時候(5mg/mL附近)，醋酸纖維絲束在丙酮中的分布包括單鏈、膠束及膠束聚集體三種，但此時仍以聚集體佔主要；當濃度增大時，膠束聚集體的比例繼續增大，可以看作完全以僅膠束聚集體分布。
[0013]醋酸纖維絲束的檢測方法在醋酸纖維絲加工中的應用的具體方法，包括如下步驟:
S1.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；
S2.將S1膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子；
S3.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖，判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小；
S4.調整醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
S5重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑/Ph在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
[0014]優選地，當步驟SI中測得的堵塞值高於生產限定值時，
步驟S4.為提高醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
步驟S5為重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑TPh在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
[0015]優選地，當步驟S1中測得的堵塞值低於生產限定值時，步驟S4.為降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
步驟S5為重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑TPh在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
1.檢測方法可獲得聚合物在溶液中的詳細結構信息，對煙用醋酸纖維絲束的合成和紡絲具有重大意義。
[0017]2.結合本發明所述的檢測方法用於指導醋酸纖維束的紡絲加工，保證在最合適的狀態下進行生產，在提高生產產能的同時，有效避免堵塞的發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為醋酸纖維絲束在丙酮溶液中(濃度為5mg/ml)的流體力學半徑分布圖。
[0019]圖2為醋酸纖維絲束在不同濃度下的流體力學半徑慫變化。
[0020]圖3為醋酸纖維絲束 在不同濃度下的流體力學半徑Rh變化。
[0021]圖4為醋酸纖維絲束在不同濃度下的結構因子/?g/7?h變化。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例進一步詳細說明本發明。除非特別說明，本發明採用的試劑、設備和方法為本【技術領域】常規市購的試劑、設備和常規使用的方法。
[0023]圖1為醋酸纖維絲束在丙酮溶液中(濃度為5mg/ml)的流體力學半徑分布圖，一般工業中所用醋酸纖維絲束原料為木漿中的纖維素，纖維素的鏈節單元大概在300-1700個間，因此醋酸纖維絲束的單鏈長度為IOnm左右，如圖所示，出現在IOnm左右的峰即為醋酸纖維絲束的單鏈。由於醋酸纖維絲束合成過程中還有部分羥基未被乙醯化，因此醋酸纖維絲束的單鏈部分鏈節會不溶於丙酮，這部分鏈節會互相聚集，形成為不溶核，外圍為可溶鏈節的膠束，如圖所示，出現在IOOnm左右的峰即為醋酸纖維絲束形成的膠束。而醋酸纖維絲束主鏈上的部分自有羥基，還會進一步的形成氫鍵，造成膠束間發生聚集，形成膠束聚集體，如圖所示，出現在1000nm左右的峰即為醋酸纖維絲束形成的膠束聚集體。
[0024]實施例1
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，除去醋酸纖維絲束合成工藝中添加的二氧化鈦，取上層濾液，採用膜過濾，除去溶液中存在的灰塵和其它雜質；
52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑慫、均方旋轉半徑&、結構因子/?g/7?h;
圖2為醋酸纖維絲束在不同濃度下的流體力學半徑分布圖/0?h)，可見，隨著醋酸纖維絲束溶液濃度的增大，膠束聚集體進一步增大。
[0025]S3.通過流體力學半徑慫的大小、流體力學半徑分布圖/0?h)，可判斷絲束在丙酮溶液中的存在狀態為單鏈、膠束或膠束聚集體。
[0026]圖3為醋酸纖維絲束在不同濃度下的流體力學半徑慫變化，可見，隨著醋酸纖維絲束溶液濃度的增大，醋酸纖維絲束溶液中的聚集體進一步增大。
[0027]圖4為醋酸纖維絲束在不同濃度下的結構因子/?g/7?h變化。一般而言，在聚合物溶液中，結構因子常被用來反映聚合物鏈或者粒子的結構信息，如經典文獻中記載/PgZVPh值分別為0.774以下，1.(Tl.2，和1.5^1.8，對應結構信息分別為非密實球，超支化聚集體和無規線團。單鏈一般就是無規線團，膠束一般就是非密實球，膠束聚集體的比膠束更低。通過/的數據，可知，隨著絲束濃度的增加，/數值逐漸降低，溶液中的狀態也發生變化，膠束逐漸聚集形成膠束聚集體。
[0028]因此，從圖中可知，結構因子/?g/7?h的值隨著醋酸纖維絲束溶液濃度的增大而線性減小，表明醋酸纖維絲束溶液中的膠束隨著濃度的增大，會發生進一步的聚集，容易形成膠束聚集體。
[0029]實際生產中醋酸纖維絲束在丙酮溶液通過微米級的噴嘴進行噴絲，形成醋酸纖維絲。雖然因此醋酸纖維在丙酮溶液中的濃度越低，形成的膠束和膠束聚集體將越小且越少，在噴絲過程中越不容易形成堵塞，但醋酸纖維在丙酮溶液中的濃度過低，產能下降，丙酮的使用量也增大，不利於生產。然而，醋酸纖維在丙酮中的濃度過高，則會增加膠束和膠束聚集體的比例及尺寸，在噴絲過程中越容易發生堵塞。[0030]實施例2
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；使堵塞值在15克/平方釐米；
52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子；
53.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖；判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小；經檢測，此時醋酸纖維絲束在溶液中其流體力學半徑慫為100到200微米。
[0031]根據判斷結果，認為醋酸纖維絲束堵塞值過低，容易發生堵塞，需要降低其濃度，
54.降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
55.重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑/Ph在20-30微米。此時，醋酸纖維絲束的濃度為27克/平方釐米，同時對此濃度下醋酸纖維絲束的堵塞值為50克/平方釐米。
[0032]S6.進行生產。
[0033]實施例3
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；使堵塞值在15克/平方釐米；
52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子；
53.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖；判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小；經檢測，此時醋酸纖維絲束在溶液中其流體力學半徑慫為100到200微米。
[0034]根據判斷結果，認為醋酸纖維絲束堵塞值過低，容易發生堵塞，需要降低其濃度，
54.降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
55.重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑/Ph在40-50微米。此時，醋酸纖維絲束的濃度為25克/平方釐米，同時對此濃度下醋酸纖維絲束的堵塞值為50克/平方釐米。[0035]S6.進行生產。
[0036]實施例4
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；使堵塞值在100克/平方釐米；
52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子；
53.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖；判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小；經檢測，此時醋酸纖維絲束在溶液中其流體力學半徑慫為I到10微米。
[0037]根據判斷結果，認為醋酸纖維絲束堵塞值過高，產能過低，可以提高其濃度，
54.提高醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度；
55.重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑/Ph在40-50微米。此時，醋酸纖維絲束的濃度為26克/平方釐米，同時對此濃度下醋酸纖維絲束的堵塞值為50克/平方釐米。
[0038]S6.進行生產。
[0039]對比例I
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；使堵塞值在15克/平方釐米；
52.採用電鏡測定醋酸纖維絲束的性質，由於樣品製備時，一般進行冷凍乾燥處理，無法真實反映醋酸纖維絲束的溶液性質；
53.降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度，使其在堵塞值在50克/平方釐米左右；(該數值為國內絲束生產的常用堵塞值);
54.進行生產。
[0040]對比例2
51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值；使堵塞值在15克/平方釐米；
52.採用粘度法測定醋酸纖維絲束的性質，反映的是溶液的粘度和溶液中聚合物的粘均分子量，是一種整體宏觀結構信息，無法得到溶液中聚集體的具體信息；
53.降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度，使其在堵塞值在50克/平方釐米左右；(該數值為國內絲束生產的常用堵塞值);
54.進行生產。
[0041]實施例2、對比例I及對比例2的製備過程堵塞情況如表1所示。
[0042]表1結果對比
【權利要求】
1.一種醋酸纖維絲束的檢測方法，其特徵在於，使用光散射法檢測醋酸纖維絲束的結構；包括以下步驟， 51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾； 52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子； 53.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖，判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小。
2.根據權利要求1所述的醋酸纖維絲束的檢測方法，其特徵在於，步驟SI所述的超速離心的離心速度為5000~15000轉/分鐘。
3.根據權利要求1所述的醋酸纖維絲束的檢測方法，其特徵在於，步驟S2所述的膜過濾的膜的孔徑為0.1~2.0μm
4.一種權利要求1至3中任意一項權利要求所述的醋酸纖維絲束的檢測方法在醋酸纖維絲加工中的應用。
5.根據權利要求4所述應用，其特徵在於，包括如下步驟: 51.將醋酸纖維絲束溶解於丙酮，超速離心，取濾液，採用膜過濾，並檢測其堵塞值； 52.將SI膜過濾後所得的濾液通過光散射方法進行檢測，得流體力學半徑、均方旋轉半徑、結構因子； 53.通過流體力學半徑分布的大小、流體力學半徑分布圖，判斷絲束在丙酮溶液中存在的分布狀態:即單鏈、膠束或膠束聚集體的大小； 54.調整醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度； 55.重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑/Ph在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
6.根據權利要求5所述應用，其特徵在於，當步驟SI中測得的堵塞值高於生產限定值時， 步驟S4.為提高醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度； 步驟S5.為重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑TPh在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
7.根據權利要求5所述應用，其特徵在於，當步驟SI中測得的堵塞值低於生產限定值時， 步驟S4.為降低醋酸纖維絲束在丙酮溶液中的濃度； 步驟S5.為重複上述S2~S3過程，使醋酸纖維絲束溶液中，膠束聚集體的流體力學半徑TPh在20-50微米；再利用這種濃度下的醋酸纖維絲束溶液進行生產。
【文檔編號】G01N21/49GK103900995SQ201410146179
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】謝定海, 李旭華, 方細玲 申請人:廣東中煙工業有限責任公司