本刊记者-郭春花 

　　ONE-A公司已经公布的关于“Lyocell空气隙纺丝”的两项专利技术——挤出方式（专利号：WO 2013/030399）和挤出方式与装置（专利号：WO 2013/030400）有四大优势：

　　● 稳定的纺丝工艺减少用工数量，更少的人员需求

　　● 稳定的纺丝工艺使得纤维损耗更低

　　● 稳定的纺丝工艺使得纤维质量恒定

　　● 让生产环境生态友好

　　Lyocell技术是一种非常有效和多用途的方法，能将纤维素/浆粕原材料转化或塑造成各种各样的产品。浆粕转化成不同产品的基础，就在于浆粕是直接（物理）溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液（NMMO）中。该溶解工艺是任何类型Lyocell产品成型的基础技术。

　　适用纤维素Lyocell直接溶解的成型工艺大多都是挤出工艺，而挤出工艺也是用Lyocell基础工艺制备纤维素产品最常用的技术。

　　典型的Lyocell挤出工艺有如下四种；薄膜成型——用于扁平纤维膜与箔（如食物包装材料）的制造；管状成型——用于管状纤维产品（如肠衣）的制造；线状成型——伸长的纤维产品（如刷毛）的制造；纤维成型——纤维素纤维产品（如纺织长丝，工业长丝或短纤维）的制造。

　　每种成型过程都对设备和工艺条件有特定需求，比起管状或线状成型，薄膜成型需要较高的条件，但最为常用且要求最高的工艺是纤维成型纺丝。

　　本期主要介绍ONE-A公司已经公布的关于“Lyocell空气隙纺丝”的两项专利技术——挤出方式（专利号：WO 2013/030399）和挤出方式与装置（专利号：WO 2013/030400）。

　　目前已有从纤维素、NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）和水的溶液中生产固体纤维素丝束或薄膜的方法，这其中包括通过一个或多个挤压开口，与丝束或薄膜在一个凝固浴中固化，从而挤压出溶液。在挤压开口和凝固浴之间，通过一个空气隙引导溶液。在挤压开口处的溶液温度低于105℃，并且在空气隙中挤压前后的溶液压差在8 ～40公斤。

　　空气喷嘴湿法纺丝文献有局限

　　Lyocell纤维的成型发生在“空气喷嘴湿纺工艺”中，这意味着来自喷丝板的纺丝原液在纺丝浴凝固之前通过空气隙。空气隙高度（喷丝板出口到纺丝浴上表面之间的垂直距离）在5～200毫米或更大。为实现气体交换，空气隙中可能有、也可能没有气体流动。

　　目前，行业中关于Lyocell挤出工艺的形成条件的研究，都专注于空气隙中或其周围的条件状况。

　　水在空气隙中蒸发

　　如出版物“空气隙湿法纺丝中的纤维温度：通过对流和蒸发冷却”——沃尔克·西蒙（国际传热与传质杂志，第 37 卷，第 7 号，1133-1142 页，1994）中的例子得出的结论，水蒸气会从挤压的纺丝原液中朝着周围释放。水蒸发的产生是由刚挤压出的丝束中含水量决定的，在那里产生了一个强烈（蒸发）冷却效应。

　　基于NMMO方法使用的纺丝原材料包括非溶剂（水），溶剂（氧化胺=NMMO）和纤维素，作者最终得出结论，只有水蒸发后，纺丝原液的溶剂部分才不会在成型过程中蒸发。

　　颗粒和气体成分被释放

　　与上述发现相反，在空气隙纺丝过程中，颗粒会从纺丝材料中被释放，它们会凝聚在喷丝板表面和排风罩或排风管上。

　　被带走的悬浮微粒和结晶物会在喷丝板的流闭区域被轻易确定，其不会出现在喷嘴的流开区域。这些悬浮微粒，除了气体成分，例如空气（氧气和二氧化碳）、一氧化碳、N- 甲基吗啉和吗啉，还包括易结晶的NMMO水合物。

　　为了评估颗粒的数量，纺丝过程中喷出的悬浮微粒的测量由静电粒子计数器进行。这些测量结果展示了纺丝温度的降低，低挤出压力，和喷丝板旁相对较高的空气隙温度能显著减少颗粒的产生。

　　影响纺丝的稳定性

　　可以预计到的是，纺丝过程中一些单丝会因刚挤出的丝束中的颗粒释放现象发生中断。颗粒发生进一步的结晶化，往往会使废气排放系统的排风罩和排风管中产生结块现象。

　　对于以上可能出现的问题，ONE-A的发明能提供改进的挤出和纺丝专利方法及相应装置，能避免上述缺点或将缺点发生的可能性最小化。该专利有五大关键点。

　　一是降低挤出温度和减小挤出压力。

　　现如今的发明为从纤维素、NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）和水的溶液中生产固体纤维素成型制品，特别是为长丝、短纤维、薄膜或无纺布生产提供了方法。这个方法通过压力从一个或多个开口挤压出溶液，并在收集槽中固化成型制品，在这个过程中溶液被引导通过一个位于挤压开口和收集槽之间的空气隙，挤压开口处的挤出溶液的温度需低于105℃。纺丝溶液在挤出前后（尤其是在空气隙中）的压力差需小于40公斤。

　　可以了解到，依照此项发明，在纤维素成型制品挤出或纺丝过程中，不仅水会在空气隙中与成型流体分离，同时也会产生NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）水合物的颗粒、NMMO降解产物如NMM（N-甲基吗啡啉）和M（吗啉）。这些从聚合物流体中产生的颗粒会对纺丝过程产生不利影响。它们不仅会破坏成型制品的表面，也会附着在挤压开口，在此纺丝方法中损害纺丝纤维。这会导致纺丝疵点，纤维粘连、断裂等问题产生。根据此项发明，挤出过程的颗粒形成与分离很明显是由于聚合物溶液的工艺温度高于105℃导致的。

　　使用ONE-A的公司的专利技术，可以降低纺丝溶液挤出时的温度。

　　上述的颗粒形成会特别出现在纺丝溶液在空气隙中从挤出前高压到挤出后低压的转换过程中。根据该发明，较低的压差，比如在8～40公斤范围，会显著减少颗粒形成的趋势，因而得以应用。

　　二是空气隙温度可以调节。

　　空气隙中会有侧向气流。气流被用来从纺丝箱去除所有从聚合物材料（纤维素/氧化胺/水）中分离的颗粒，也被用来在进入纤维最终被聚合物纤维素沉淀物固化的收集槽（纺丝浴）前冷却纺丝纤维。通过大量的喷嘴孔，气流可以会被分为两股或更多的分流。单股或更多的分流可以被加热（热分流）或被冷却（冷分流）。为了有效去除颗粒，至少需要一个温度高于产生颗粒（吸附水形式的NMMO）熔点，比如高于75℃的热分流。热分流最好与挤压开口相邻，这样可以使挤出的溶液先通过热分流，之后再通过冷分流，以防颗粒粘附在挤出装置与颗粒结晶化。气体为空气或不会与纺丝溶液反应的惰性气体。气流可以通过有引流设置的风扇被导入空气隙中。进一步的导流布置（排风罩）也能用控制的方式从纺丝区域或空气隙帮助排出气流。

　　三是空气隙中的气体可以侧流排出。

　　被侧向气流分离的组分可以从气流闭侧的纺丝区域排出。被排出的组分最好是可以被结晶化的组分，尤其是在空气隙中冷却过程或压力变化时那些纺丝溶液中被结晶的组分。挤压开口和收集槽之间的区域持续且全面地被侧向气流冲洗，以排出纺纱纤维纵横向的全部颗粒杂质。为了防止打旋，气体测流最好是层流的，否则颗粒杂质的排出过程将变得低效。

　　四是加热的气体被侧分流。

　　如上述所说，一个气体侧流的分流最好能被加热。气体加热最好是由包含挤压开口挤出版的热表面和/或风扇的发热元件执行。

　　冷分流是气体的一个冷局部气流，例如在环境温度下的气流。热分流的温度高于预期颗粒的熔点温度。然而通过挤压开口后，冷却不应即刻发生。经研究发现，这会导致开口处因冷却和结晶产生沉淀和堵塞。

　　五是直接加热的喷丝板。

　　经研究发现，为了加热挤压开口和挤压板自身，挤出板出口的上部加热是有利的。

　　一是增强纺丝稳定性，更好地提升产品质量。在之前提到的优化条件下实行Lyocell纺丝过程能极大减少纺丝过程中的突发问题，因此能获得更好的产品质量。

　　二是延长喷丝板的更换和清洗周期。由于减少结晶颗粒的产生，喷丝板的出口处将保持清洁，不会被结晶颗粒堵塞。这些优点会延长它的操作寿命，也就是说，喷丝板保持较长的操作时间，直到它必须被移除进行清洗。

　　三是减少排风通道和管道的堵塞趋势。在Lyocell生产过程中，排风管和排风罩被结晶颗粒堵塞的危险是众所周知的。在特定的时间间隔内，必须清洁空气系统的管道和罩子。颗粒产生的显著减少能在无需清洗的状况下，使操作周期变得更长，提高Lyocell纺丝系统的使用率。

　　四是维护生态友好。与之前的技术方法相比，在生产纺丝溶液和成型的过程中，ONE-A的Lyocell技术在显著降低的工艺温度条件下操作。ONE-A高度重视Lyocell生产过程中，溶剂与纤维素在温和的工艺条件下进行加工，以避免溶剂和纤维素降解。

　　相关链接：

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