纤维工业母料工艺综述

母料工艺由于能够优化特殊应用的混合条件，用于生产高浓度物料。然而，母料工艺存在间歇操作效率低的缺点，这些低效率包括:物料的二次加工;批与批的差异(差异是由加热和冷却时可能发生的不可重复的条件和前一批中可能未除净的残留物造成的)。对于大批量生产而言，间歇操作的效率先天就低于连续操作。开发连续母料工艺Master-Conti的目的是在消除传统的间歇工艺低效率的同时，提供高浓度物料。连续母料工艺提供:－通过稳定状态下无开始和停止间歇的连续加工，提供非常好的产品质量;高剪切速率使“不均匀的”混合物均匀化;固体、熔体和糊状产品的黏度差小，能生产各种各样的产品。－使工艺强化，无需扩建装置，每条生产线的产能提高50%～100%;提高现有装置用于不同用途的灵活性，例如短纤维和非织造材料;克服由于不同工艺阶段(例如溶解和纺丝)的相互影响引起的工艺制约，降低每吨成品的能耗和公用工程消耗，提高工艺效率。

1MasterConti工艺的由来

用溶解法工业化生产纤维素纤维已超过25年。连续操作进行溶解，在混合阶段用溶剂溶解纤维素，生产纤维素纺丝原液。然后把这种纤维素纺丝原液泵送至过滤器和喷丝板生产纤维。由母料试验获知，在大容量卧式捏合器/反应器中高黏稠相进行溶解时，纤维素的溶解更快、更完全。高黏度混合物的剪切使纤维素更好地均匀化。然而，在这样高的黏度，由于通过过滤器和喷丝板的压降，连续的过滤和纺丝工艺不能进行。图1所示为典型的纤维素纺丝原液的最佳溶解黏度和纺丝黏度。溶解工艺的质量和通过量受到制约，因而泵送到过滤器和喷丝板的物料应足够稀薄。这导致了“母料工艺中能够实现的快速和完全的溶解，如何在连续工艺中实现?”的问题，答案是开发专利MasterConti工艺，断开溶解工艺与纺丝工艺的联系。在图2所示工艺中，在高黏稠条件下进行溶解，提供最佳混合，后面是List公司的动态混合器－稀释器，使黏度降低到最佳的纺丝黏度。可调节纺丝步骤的黏度而不影响溶解工艺的效率，从而使整个工艺强化。

2工艺原理的验证

术语“Lyocell工艺”用于描述将纤维素材料溶解于N-甲基-吗啉-N-氧化物(简称NMMO)生产纤维素纤维的工艺，简略的工艺示于图3。在一些工业Lyocell装置中，纤维素材料的预混合和溶解采用List公司的捏合器/反应器，因此，选择Lyocell工艺作为MasterConti工艺的第一个工艺。研究了MoDo615纤维素，发现最佳纺丝黏度的纺丝原液中纤维素质量分数为11%～12%。当捏合器/反应器中间歇和连续试验确定了这点，在溶解到质量分数为16%～22%时，产生质量极好的纤维素纺丝原液。捏合器/反应器中的质量分数从11%～12%提高到16%～18%范围内，使给定捏合器/反应器的产量提高50%～100%。2010年6月List公司对一些纤维素纤维工业公司组织了一次技术示范。

一台16L捏合器/反应器(图4)用作当时技术示范的溶解器。示范选择聚合度为615的MoDo型木纤维素。这种纤维素的残余含水量为6．9%(质量分数)，在加入捏合器之前，与水和NMMO溶液预混合。预混合器中的纤维素在连续加入溶解器之前，保持在常压和50～80℃。捏合器的转速为60～68r/min，产品温度保持在100℃以下，操作压力为5～10kPa(绝对压力)。纤维素被连续溶解，纤维素/NMMO/水混合物通过捏合器时，水被连续除去。纤维素溶液纺丝成纤维，再经洗涤、干燥和卷绕。