本刊記者-郭春花 

　　ONE-A公司已經公布的關于“Lyocell空氣隙紡絲”的兩項專利技術——擠出方式（專利號：WO 2013/030399）和擠出方式與裝置（專利號：WO 2013/030400）有四大優勢：

　　● 穩定的紡絲工藝減少用工數量，更少的人員需求

　　● 穩定的紡絲工藝使得纖維損耗更低

　　● 穩定的紡絲工藝使得纖維質量恒定

　　● 讓生產環境生態友好

　　Lyocell技術是一種非常有效和多用途的方法，能將纖維素/漿粕原材料轉化或塑造成各種各樣的產品。漿粕轉化成不同產品的基礎，就在于漿粕是直接（物理）溶解在N-甲基嗎啉-N-氧化物水溶液（NMMO）中。該溶解工藝是任何類型Lyocell產品成型的基礎技術。

　　適用纖維素Lyocell直接溶解的成型工藝大多都是擠出工藝，而擠出工藝也是用Lyocell基礎工藝制備纖維素產品最常用的技術。

　　典型的Lyocell擠出工藝有如下四種；薄膜成型——用于扁平纖維膜與箔（如食物包裝材料）的制造；管狀成型——用于管狀纖維產品（如腸衣）的制造；線狀成型——伸長的纖維產品（如刷毛）的制造；纖維成型——纖維素纖維產品（如紡織長絲，工業長絲或短纖維）的制造。

　　每種成型過程都對設備和工藝條件有特定需求，比起管狀或線狀成型，薄膜成型需要較高的條件，但最為常用且要求最高的工藝是纖維成型紡絲。

　　本期主要介紹ONE-A公司已經公布的關于“Lyocell空氣隙紡絲”的兩項專利技術——擠出方式（專利號：WO 2013/030399）和擠出方式與裝置（專利號：WO 2013/030400）。

　　目前已有從纖維素、NMMO（N-甲基嗎啉-N-氧化物）和水的溶液中生產固體纖維素絲束或薄膜的方法，這其中包括通過一個或多個擠壓開口，與絲束或薄膜在一個凝固浴中固化，從而擠壓出溶液。在擠壓開口和凝固浴之間，通過一個空氣隙引導溶液。在擠壓開口處的溶液溫度低于105℃，并且在空氣隙中擠壓前后的溶液壓差在8 ～40公斤。

　　空氣噴嘴濕法紡絲文獻有局限

　　Lyocell纖維的成型發生在“空氣噴嘴濕紡工藝”中，這意味著來自噴絲板的紡絲原液在紡絲浴凝固之前通過空氣隙。空氣隙高度（噴絲板出口到紡絲浴上表面之間的垂直距離）在5～200毫米或更大。為實現氣體交換，空氣隙中可能有、也可能沒有氣體流動。

　　目前，行業中關于Lyocell擠出工藝的形成條件的研究，都專注于空氣隙中或其周圍的條件狀況。

　　水在空氣隙中蒸發

　　如出版物“空氣隙濕法紡絲中的纖維溫度：通過對流和蒸發冷卻”——沃爾克·西蒙（國際傳熱與傳質雜志，第 37 卷，第 7 號，1133-1142 頁，1994）中的例子得出的結論，水蒸氣會從擠壓的紡絲原液中朝著周圍釋放。水蒸發的產生是由剛擠壓出的絲束中含水量決定的，在那里產生了一個強烈（蒸發）冷卻效應。

　　基于NMMO方法使用的紡絲原材料包括非溶劑（水），溶劑（氧化胺=NMMO）和纖維素，作者最終得出結論，只有水蒸發后，紡絲原液的溶劑部分才不會在成型過程中蒸發。

　　顆粒和氣體成分被釋放

　　與上述發現相反，在空氣隙紡絲過程中，顆粒會從紡絲材料中被釋放，它們會凝聚在噴絲板表面和排風罩或排風管上。

　　被帶走的懸浮微粒和結晶物會在噴絲板的流閉區域被輕易確定，其不會出現在噴嘴的流開區域。這些懸浮微粒，除了氣體成分，例如空氣（氧氣和二氧化碳）、一氧化碳、N- 甲基嗎啉和嗎啉，還包括易結晶的NMMO水合物。

　　為了評估顆粒的數量，紡絲過程中噴出的懸浮微粒的測量由靜電粒子計數器進行。這些測量結果展示了紡絲溫度的降低，低擠出壓力，和噴絲板旁相對較高的空氣隙溫度能顯著減少顆粒的產生。

　　影響紡絲的穩定性

　　可以預計到的是，紡絲過程中一些單絲會因剛擠出的絲束中的顆粒釋放現象發生中斷。顆粒發生進一步的結晶化，往往會使廢氣排放系統的排風罩和排風管中產生結塊現象。

　　對于以上可能出現的問題，ONE-A的發明能提供改進的擠出和紡絲專利方法及相應裝置，能避免上述缺點或將缺點發生的可能性最小化。該專利有五大關鍵點。

　　一是降低擠出溫度和減小擠出壓力。

　　現如今的發明為從纖維素、NMMO（N-甲基嗎啉-N-氧化物）和水的溶液中生產固體纖維素成型制品，特別是為長絲、短纖維、薄膜或無紡布生產提供了方法。這個方法通過壓力從一個或多個開口擠壓出溶液，并在收集槽中固化成型制品，在這個過程中溶液被引導通過一個位于擠壓開口和收集槽之間的空氣隙，擠壓開口處的擠出溶液的溫度需低于105℃。紡絲溶液在擠出前后（尤其是在空氣隙中）的壓力差需小于40公斤。

　　可以了解到，依照此項發明，在纖維素成型制品擠出或紡絲過程中，不僅水會在空氣隙中與成型流體分離，同時也會產生NMMO（N-甲基嗎啉-N-氧化物）水合物的顆粒、NMMO降解產物如NMM（N-甲基嗎啡啉）和M（嗎啉）。這些從聚合物流體中產生的顆粒會對紡絲過程產生不利影響。它們不僅會破壞成型制品的表面，也會附著在擠壓開口，在此紡絲方法中損害紡絲纖維。這會導致紡絲疵點，纖維粘連、斷裂等問題產生。根據此項發明，擠出過程的顆粒形成與分離很明顯是由于聚合物溶液的工藝溫度高于105℃導致的。

　　使用ONE-A的公司的專利技術，可以降低紡絲溶液擠出時的溫度。

　　上述的顆粒形成會特別出現在紡絲溶液在空氣隙中從擠出前高壓到擠出后低壓的轉換過程中。根據該發明，較低的壓差，比如在8～40公斤范圍，會顯著減少顆粒形成的趨勢，因而得以應用。

　　二是空氣隙溫度可以調節。

　　空氣隙中會有側向氣流。氣流被用來從紡絲箱去除所有從聚合物材料（纖維素/氧化胺/水）中分離的顆粒，也被用來在進入纖維最終被聚合物纖維素沉淀物固化的收集槽（紡絲浴）前冷卻紡絲纖維。通過大量的噴嘴孔，氣流可以會被分為兩股或更多的分流。單股或更多的分流可以被加熱（熱分流）或被冷卻（冷分流）。為了有效去除顆粒，至少需要一個溫度高于產生顆粒（吸附水形式的NMMO）熔點，比如高于75℃的熱分流。熱分流最好與擠壓開口相鄰，這樣可以使擠出的溶液先通過熱分流，之后再通過冷分流，以防顆粒粘附在擠出裝置與顆粒結晶化。氣體為空氣或不會與紡絲溶液反應的惰性氣體。氣流可以通過有引流設置的風扇被導入空氣隙中。進一步的導流布置（排風罩）也能用控制的方式從紡絲區域或空氣隙幫助排出氣流。

　　三是空氣隙中的氣體可以側流排出。

　　被側向氣流分離的組分可以從氣流閉側的紡絲區域排出。被排出的組分最好是可以被結晶化的組分，尤其是在空氣隙中冷卻過程或壓力變化時那些紡絲溶液中被結晶的組分。擠壓開口和收集槽之間的區域持續且全面地被側向氣流沖洗，以排出紡紗纖維縱橫向的全部顆粒雜質。為了防止打旋，氣體測流最好是層流的，否則顆粒雜質的排出過程將變得低效。

　　四是加熱的氣體被側分流。

　　如上述所說，一個氣體側流的分流最好能被加熱。氣體加熱最好是由包含擠壓開口擠出版的熱表面和/或風扇的發熱元件執行。

　　冷分流是氣體的一個冷局部氣流，例如在環境溫度下的氣流。熱分流的溫度高于預期顆粒的熔點溫度。然而通過擠壓開口后，冷卻不應即刻發生。經研究發現，這會導致開口處因冷卻和結晶產生沉淀和堵塞。

　　五是直接加熱的噴絲板。

　　經研究發現，為了加熱擠壓開口和擠壓板自身，擠出板出口的上部加熱是有利的。

　　一是增強紡絲穩定性，更好地提升產品質量。在之前提到的優化條件下實行Lyocell紡絲過程能極大減少紡絲過程中的突發問題，因此能獲得更好的產品質量。

　　二是延長噴絲板的更換和清洗周期。由于減少結晶顆粒的產生，噴絲板的出口處將保持清潔，不會被結晶顆粒堵塞。這些優點會延長它的操作壽命，也就是說，噴絲板保持較長的操作時間，直到它必須被移除進行清洗。

　　三是減少排風通道和管道的堵塞趨勢。在Lyocell生產過程中，排風管和排風罩被結晶顆粒堵塞的危險是眾所周知的。在特定的時間間隔內，必須清潔空氣系統的管道和罩子。顆粒產生的顯著減少能在無需清洗的狀況下，使操作周期變得更長，提高Lyocell紡絲系統的使用率。

　　四是維護生態友好。與之前的技術方法相比，在生產紡絲溶液和成型的過程中，ONE-A的Lyocell技術在顯著降低的工藝溫度條件下操作。ONE-A高度重視Lyocell生產過程中，溶劑與纖維素在溫和的工藝條件下進行加工，以避免溶劑和纖維素降解。

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