新型高洁净度粘胶短纤维制造工艺
时间：2023-06-08 21:05:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王婧
（唐山三友集团远达纤维有限公司，河北 唐山 063305）
近些年随着新冠病毒的蔓延，医护行业、公共场所、以及普通群众日常防护的升级，防护服、口罩、消毒清洁湿巾、医用巾垫等防护用品的产量大幅度提升，使医疗卫材用高洁净度粘胶短纤维的需求量日益增大。高洁净度粘胶短纤维可选用木浆或竹浆为原料，通过二次浸渍工艺，生产细旦型、棉型、中长型高洁净度粘胶短纤维。高洁净度粘胶短纤维除了具有普通粘胶短纤维吸湿透气性、可自然降解的特性之外，还具有白度高、洁净度高、含硫量低、表面活性物低、水溶物低和酸碱度适当等特点，满足下游医疗卫材行业非织造无纺布领域的特殊要求。目前，国内粘胶短纤维生产企业在生产过程中，普遍采用在粘胶脱泡之后、供纺之前加入消光剂的方法生产医疗卫材用高洁净度粘胶短纤维。由于这种传统工艺需要先将粉状的钛白粉和分散剂加软水调配成一定浓度的消光剂溶液再经过过滤，然后通过计量泵按一定比例加入到纺丝胶中，再经过均化器充分均化后，粘胶供纺。由于成品纤维的直径一般在10～20 μm，因此要保证钛白粉颗粒直径＜1μm，且能够均匀的分布在粘胶中才能制得高品质的成品纤维。由于钛白粉颗粒在溶液中具有团聚性，在粘胶中分散不均匀，极易发生团聚或沉降成大颗粒，堵塞喷丝孔，从而造成粘胶短纤维成品存在疵点高、白度低等缺点。针对纺前注入方法生产高洁净度粘胶短纤维过程中存在的问题，经过车间多次论证和实验调整，研究开发出一种在碱纤维素黄化后的溶解过程中按一定比例加入消光剂生产新型高洁净度粘胶短纤维的方法，经过粘胶的细均化和溶解过程，使在溶液和粘胶中易发生团聚的钛白粉充分而均匀的分散到粘胶中，具有可操作性强和均匀性好等优点，使制得的高洁净度粘胶短纤维比传统纺前注入工艺制得的成品纤维疵点显著降低，白度更高，且不需在供纺前经过均化器进行均化。
传统的纺前注入法生产高洁净度粘胶短纤维基本原理及重要工艺流程如下：首先，将浆粕浸渍于一定浓度的NaOH 溶液中，使浆粕发生膨化生成碱纤维素，然后碱纤维素经压榨、粉碎、老成制成具有一定聚合度的碱纤维素，再使碱纤维素与二硫化碳发生黄化反应，生成纤维素黄酸酯，然后加入一定量的低温溶解碱，使纤维素黄酸酯溶于溶解碱中，制成粘胶，再经过过滤、熟成，脱泡后制得可供纺的纺丝胶，在送纺前，用计量泵按一定比例将调配好的消光剂溶液加入到纺丝胶中，送纺丝机成形。成形后的纤维经过酸洗、水洗、脱硫、漂白、上油等一系列的后处理，再经过烘干、打包成为成品。在传统的纺前注入法生产高洁净度粘胶短纤维的基础上，对其工艺流程进行优化调整，利用粘胶黄化后的细均化、溶解过程将钛白粉均匀分散到粘胶中，具体过程如下。
1.1 一次浸渍
将按一定比例混粕后的浆粕放入温度50 ℃、浓度230 g/L 的NaOH 溶液中浸渍30 min，使浆粕发生碱化作用生成碱纤维素，并溶出半纤。
1.2 一次压榨
将原料用压榨机进行压榨粉碎，一次压榨后的碱纤中甲纤含量≥26%，含碱量约为16%。
1.3 二次浸渍
将粉碎后的原料放入温度50 ℃、浓度170 g/L的NaOH 溶液中进行二次浸渍，可以降低碱纤中碱含量，使半纤进一步溶出，减少黄化反应的副反应，降低烧碱，二硫化碳及硫酸消耗，使纤维素大分子间的氢键进一步受到损坏，使二硫化碳分子在黄化反应时能够更充分的与碱纤维素发生反应，提高反应性能和粘胶的过滤性能。
1.4 二次压榨
将原料用压榨机进行压榨粉碎，二次压榨后的碱纤中甲纤含量≥30%，含碱量约为14%。
1.5 老成
将粉碎后的原料放在老成箱中49～51 ℃老成110～130 min，使碱纤与空气中的氧气发生氧化降解，得到具有一定聚合度的碱纤维素。
1.6 黄化
在黄化机中使不溶于水的碱纤维素在一定温度下与二硫化碳作用生成可溶于水的纤维素黄酸酯。二硫化碳对甲纤加入量33%～36%，黄化时间25～33 min，制得粘胶的甲纤8.5±0.1%。含碱量4.6±0.1%，落球粘度：47±8 秒，黄化时间一般在30 min 以上，酯化度≥40%。
1.7 溶解
将经黄化制成的纤维素黄酸酯溶解在低温溶解碱液里经细均化制得一定组成的淡桔黄色粘胶溶液。溶解碱液浓度为15～16 g/L 的低温NaOH 溶液。在粘胶从黄化机放料至溶解机时按一定比例加入消光剂，再进入溶解机、细均化器中经过80 min16 轮循环研磨搅拌，使粘胶充分均化，使消光剂充分均匀的混合在粘胶中。
1.7.1 消光剂溶液的调配
将对甲纤含量0.5%～1%的钛白粉、对甲纤含量0.003%的分散剂（六偏磷酸钠） 和适量软水加入到消光剂调配罐，调配成浓度为200～260 g/L 的消光剂溶液，搅拌1 h 取样检测浓度合格后，通过离心泵打入消光剂加入罐。
加入分散剂的作用是：在搅拌作用下，降低液-液和固-液间的界面张力，分散剂对钛白粉颗粒在粘胶中的稳定分散作用主要通过静电、空间位阻和电空间稳定机制来实现。当分散剂浓度适宜时，可使钛白粉颗粒在粘胶中形成稳定的悬浊液，防止钛白粉颗粒的团聚，并且保持分散体系的相对稳定性。当分散剂浓度过高时，由于过饱和吸附现象而不利于钛白粉颗粒的分散；
当分散剂浓度过低时，由于不能充分湿润钛白粉颗粒表面而不利于钛白粉颗粒的分散。常用的分散剂主要有六偏磷酸钠、硅酸钠、铝酸钠、三羟甲基丙烷、无水乙醇，经过杨成、吴继忠、龙石红、邓斌等人的多次实验对比发现六偏磷酸钠对钛白粉在溶剂中的分散效果最好。
1.7.2 消光剂溶液的加入
在黄化21.1 步将调配好的消光剂溶液经过离心泵打入溶解机。每台溶解机的消光剂加入管道各加装1 台流量计及自控阀，并与黄化系统设置连锁，实现系统自动控制加入，消光剂调配加入系统示意图如图1所示。
图1 消光剂调配加入系统示意图Fig.1 Schematic diagram of matting agent preparation and addition system
以每批黄化碱纤14.2 t，碱纤中甲纤含量34%，加入钛白粉的量为对甲纤含量的1%，加入分散剂（六偏磷酸钠） 的量为对甲纤含量的0.003%，消光剂溶液中钛白粉的浓度为200 g/L 为例，调配每罐消光剂溶液需要加入钛白粉的量为14.2×34%×1%×1 000=48.28 kg/ 批；
加入分散剂的量为14.2×34%×0.003%=0.14 kg/批；
向溶解机中每批碱纤需要加入消光剂溶液的量为48.28×1 000/0.2=241.4升/批。
1.7.3 检测粘胶网值和粘度
在粘胶溶解2 800 s 时，取样检测溶解胶的网值和落球粘度是否合格，网值≥30 S，落球粘度一般在47±8 s。由于加入消光剂后粘胶透光性、可见度差，在测定落球粘度时，肉眼无法监测落球时间，需要在粘度管底部通过镜子反射观察落球至管底的时间来判断落球时间。
1.7.4 溶解均化的过程
溶解机为立式圆筒，盖上有粘胶进口管、视镜等。底部有出口管。机内有装搅拌器，粘胶和消光剂在其间可得到充分搅拌混合。1 台溶解机通过循环泵连接8 台细均化器，借助循环泵（双螺杆泵）从溶解机底部打入8 台细均化器，经过均化器剪切均化再打回溶解机中，约循环16 次，使块状纤维素黄酸酯在细均化器中的固定盘和转动盘之间得到充分的研磨破碎，并使粘胶和消光剂通过细均化器的剪切匀化、溶解机的搅拌、充分溶解成均匀的粘胶。
1.8 粘胶的熟成和过滤及脱泡
经过溶解机、细均化器充分搅拌均化的粘胶从溶解机送到粘胶站，由黄化机和溶解机批量运送粘胶改为连续运送。在粘胶站用热交换器来调节粘胶的温度，使纺丝机上粘胶的熟成度保持恒定。首先经过25 μm 的一道滤机过滤去除粘胶中的不溶或半溶粒子；
然后经过三级抽真空系统使粘胶在脱泡塔内沸腾，从而脱去粘胶中的气泡；
最后经过20μm 的二道滤机进一步过滤去除粘胶中的不溶或半溶粒子，粘胶即可供纺。
1.9 纺丝成型及后处理
粘胶通过计量泵被输送到纺练车间，在一浴槽内粘胶经过喷丝头挤压形成细流进入115～120 g/L浓度的酸浴中，粘胶与酸浴中的硫酸反应生成初生纤维，初生纤维经过喷头拉伸、导丝盘牵伸、二浴牵伸、负牵伸后凝固成丝条，再切断成所需长度，然后经过水洗、脱硫、漂白、上油等一些列精炼后处理工序之后，最后经过烘干和打包制得成品高洁净度粘胶短纤维。
与传统的纺前注入法生产的高洁净度粘胶短纤维相比，采用传统的纺前注入法生产的粘胶短纤维的疵点一般为2.0 mg/kg、白度为89%～90%；
而采用溶解步骤加入消光剂制得的粘胶短纤维的疵点＜1.0 mg/kg、白度＞93%，在94%～95%。综上所述，采用粘胶溶解过程中加入消光剂制得粘胶比传统纺前注入法得的粘胶均匀性更好、经纺丝后生产的高洁净度粘胶短纤维成品比传统纺前注入法生产的高洁净度粘胶短纤维白度更高、疵点更低，有效解决了传统纺前注入工艺生产高洁净度粘胶短纤维存在的均匀性差、白度低和疵点高的问题，可广泛应用于医疗卫生防护领域。
