湿法溶胀与干喷湿纺工艺中的薄膜溶解

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：湿法溶胀工艺流程如图5-1所示。纤维素酶活化完成后的浆粕需经过碱终止反应，而后由压榨机去除多余的液体，送入粉碎机进行粉碎。纺丝原液由泵输送至纺丝溶液过滤器，去除纺丝液中所含的固体杂质及部分凝胶粒子。Lyocell纤维由于具有较高的黏度，通常采用干喷湿纺的纺丝工艺，纺丝液由计量泵送入纺丝组件后，经喷丝板挤出。水洗机由若干个独立的水洗槽组成，经洗涤后，丝束中溶剂的残留量应小于1.5%。

湿法溶胀工艺流程如图5-1所示。

这一工艺过程可以简单叙述如下：卷浆或片浆经金属检测、称量，由传送带投入浸渍釜内，浸渍液通常由酸和生物酶等组成，纤维素浆粕在一定温度和酸性条件下，在过量的浸渍液中进行浸渍活化，这一过程可以破坏部分纤维素晶区结构，并能够水解低分子量纤维素，溶解物进入浸渍液中，从而为NMMO的溶胀提供有利条件。纤维素酶活化完成后的浆粕需经过碱终止反应，而后由压榨机去除多余的液体，送入粉碎机进行粉碎。由于纤维素化学结构的特性，压榨过程不能完全去除水分，通常压榨后的纤维素仍含有50%的水。由在线水分测量仪和连续称量装置获得精确的浆粕质量，在混合釜中与一定浓度的溶剂完成预混，而后，进入溶胀釜。在特殊设计的搅拌桨叶的作用下，物料被不断挤压，使溶剂和纤维素得到充分混合和匀化，形成质地均匀的浆粥。

图5-1　湿法溶胀制备Lyocell工艺流程

浆粥经螺杆泵被送入溶解机中，溶解设备通常采用薄膜蒸发器，物料在刮刀的作用下被铺抹成薄层，并被连续向下推进，为了降低脱水的温度，薄膜蒸发器通常施加一定的真空，物料中的水分在温度和真空的共同作用下逐渐脱除，当溶剂浓度达到一定范围时，纤维素被溶解而形成纺丝溶液。纺丝原液由泵输送至纺丝溶液过滤器，去除纺丝液中所含的固体杂质及部分凝胶粒子。

Lyocell纤维由于具有较高的黏度，通常采用干喷湿纺的纺丝工艺，纺丝液由计量泵送入纺丝组件后，经喷丝板挤出。纺丝溶液从喷丝板挤出后首先经过一段空气气隙，在冷却风的作用下，纺丝细流被冷却并拉伸取向，而后进入凝固浴中固化成形，纺丝原液细流中的溶剂在凝固浴中与凝固液进行双扩散，由于凝固浴液中溶剂的浓度低于原液细流中溶剂的浓度，溶剂从原液细流中扩散到凝固浴中，从而原液细流迅速脱离溶解区而固化成形，形成纤维，随后由七辊牵引机牵出。从凝固浴中牵出的已凝固成形的纤维丝束中仍含有一定量的溶剂，需要在水洗机中进一步去除。水洗机由若干个独立的水洗槽组成，经洗涤后，丝束中溶剂的残留量应小于1.5%。丝束经水洗机洗涤后，由三辊卷绕机牵引至切断机被切断成短纤维，短纤维经过精练机进一步洗涤出所夹带的微量溶剂，然后，经过上油、烘干，最后，风送至打包机中打包。当生产抗原纤化纤维品种时，切断后的短纤维经过精练机后，进入交联反应工序，交联剂在催化剂、温度、时间的共同作用下，与纤维素发生化学反应，使其具有抗原纤化的能力，交联完成后的纤维还需经洗涤工序，清除残存的交联剂，再经上油、烘干及打包得到抗原纤化的纤维产品。抗原纤化处理也可以在纤维束切断之前进行。

凝固浴中的低浓度溶剂需要配备适当的循环系统，首先，要严格控制其温度，因为温度与纤维的凝固成形过程密切相关；其次，要通过不断导出凝固浴和补加水或溶剂使凝固浴的浓度始终保持不变，由凝固浴排出的凝固液中含有多种杂质，其中包括低聚合度的纤维素、木质素和半纤维素等，这些成分通过絮凝、阴离子和阳离子交换等手段加以去除后，便获得纯净的低浓度NMMO水溶液；最终，通过蒸发回收液中的水分，将其浓缩到工艺所需的浓度，可再次用作制备纺丝液的溶剂。

湿法溶胀与干喷湿纺工艺中的薄膜溶解

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