Trong ngành công nghiệp sợi hóa học truyền thống, quá trình tạo sợi của công nghệ kéo sợi nóng chảy thành polyme làm nguyên liệu thô, do độ nhớt nóng chảy của polyme cao, sợi thường có đường kính trên 10 micron, quy mô nhỏ hơn (mức micromet và nanomet) Sợi thường yêu cầu thực hiện công nghệ kéo sợi tĩnh điện, ngoài điện áp cao 5 ~ 40 kv cần thiết, còn yêu cầu độ nhớt của chất lỏng thấp hơn, Dễ co giãn. Do đó, trong công nghệ kéo sợi nóng chảy, các polyme thường được hòa tan trong dung môi hữu cơ để tạo thành dung dịch kéo sợi 1% ~ 20%, điều này không chỉ làm giảm năng suất sợi, tăng chi phí xử lý mà còn gây ra vấn đề thu hồi dung môi và ô nhiễm môi trường. . Do đó, từ lâu, việc thu được các vi sợi mà không làm bay hơi dung môi đã là một vấn đề khó khăn trong ngành.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Giáo sư Ning Xin của Đại học Thanh Đảo đã thiết kế một phương pháp kéo sợi nóng chảy phản ứng (RMS) năng lượng thấp mới dựa trên cơ chế trùng hợp mở vòng anion của caprolactam, chất xúc tác và hệ thống khởi đầu để điều chế sợi polyamit 6 micro/nano nguyên vật liệu. Nghiên cứu liên quan có tựa đề “Hình thành nylon-6 Lắp ráp sợi micro/nano thông qua quy trình kéo sợi nóng chảy phản ứng năng lượng thấp "(https://doi.org/10.1039/D1GC03468E) số được xuất bản trên tạp chí Green Chemistry".

Hình 1. Quy trình kéo sợi nóng chảy phản ứng (RMS)

Trong nghiên cứu này, monome có độ nhớt thấp làm nguyên liệu thô ban đầu kéo sợi, thông qua việc kiểm soát động học phản ứng trùng hợp của độ nhớt của hệ thống lai phù hợp với lực kéo trường tĩnh điện điện áp cao, nhận ra hỗn hợp monome có độ nhớt thấp, trùng hợp mở vòng anion, kết tinh polymer, đùn chất lỏng hình thành kéo dài và quá trình mạng đồng bộ hóa sợi ngẫu nhiên. Nhiệt độ quy trình thấp hơn khoảng 80~100oC so với nhiệt độ quy trình kéo sợi nóng chảy thương mại hiện tại, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng. So với kéo sợi dung dịch, quy trình này không sử dụng bất kỳ dung môi hoặc chất pha loãng nào, giúp cải thiện năng suất và tiết kiệm chi phí thu hồi và xử lý dung môi.

Theo định luật lambert-Beer, tỷ lệ chuyển đổi của monome nóng chảy hỗn hợp có độ nhớt kéo lý tưởng là từ 50% đến 60% bằng cách theo dõi quá trình trùng hợp mở vòng anion của hệ thống xúc tác caprolactam bằng quang phổ hồng ngoại động. Bằng cách tối ưu hóa công thức nguyên liệu thô và các thông số quy trình của chất phản ứng, mẫu thu được là các sợi cột rắn có bề mặt nhẵn và tạo thành màng xốp hai chiều với sự phân bố ngẫu nhiên. Đường kính sợi chủ yếu được phân bố trong khoảng từ 400 nm đến 3 μm. Kết quả thử nghiệm DSC cho thấy điểm nóng chảy của sợi là 212.4oC, có thể đạt đến phạm vi điểm nóng chảy của sợi thông thường NYLON 6 sản phẩm (210 ~ 230oC) và độ kết tinh của nó là 26.7%, thấp hơn một chút so với sợi nylon 6 thương mại (31.7%). Nó cũng có dạng tinh thể α và γ, là dạng tinh thể phổ biến nhất của nylon 6. Và dưới các tỷ lệ chất phản ứng khác nhau và các thông số quy trình cho thấy sự biến đổi lẫn nhau đều đặn. Tỷ lệ chuyển đổi monome trung bình của mẫu sợi tính bằng phương pháp cân có thể đạt hơn 90%. Kết quả kiểm tra GPC cho thấy trọng lượng phân tử trung bình của mẫu cuối cùng là hơn 50000, cho thấy quá trình kéo sợi nóng chảy phản ứng đi kèm với quá trình phản ứng trùng hợp rất hiệu quả và kỹ lưỡng.

Hình 3

Ngoài ra, nghiên cứu còn tiến hành Đánh giá vòng đời (LCA) của sản phẩm NYLON 6, từ nguồn monome caprolactam -- tổng hợp nylon 6 -- sản xuất sản phẩm nylon 6 -- quá trình phân hủy của nylon 6, điều tra, so sánh tổng thể và phân tích. Trong giai đoạn sản xuất nylon 6, so với kéo sợi nóng chảy và kéo sợi dung dịch truyền thống, quy trình kéo sợi nóng chảy phản ứng (RMS) có thể là cách duy nhất để tạo ra sợi trong đường kính vài micron và dưới micron mà không cần sử dụng dung môi. Toàn bộ quá trình không độc hại, không gây ô nhiễm, tiêu thụ năng lượng thấp và năng suất cao. Quy trình RMS kết hợp với lộ trình tổng hợp monome caprolactam bằng kỹ thuật enzyme của chiết xuất dương xỉ mùa đông và quy trình chu trình xanh để nylon 6 có thể phân hủy thành tiền chất caprolactam, từ đó đạt được quy trình sản xuất bền vững chu trình xanh của sợi nylon 6 micro và nano trong toàn bộ vòng đời được thể hiện trên Fig. 4. Đồng thời, quy trình THE RMS có triển vọng thương mại rất khả thi về mặt khái niệm và dự kiến ​​sẽ hiện thực hóa việc sản xuất sợi nylon 6 micro/nano ở quy mô công nghiệp. Việc phát minh ra quy trình này và các vật liệu liên quan đã được công bố để bảo vệ bằng sáng chế.