超細纖維具有手感柔軟細膩、柔韌性和保暖性好、織物密度高與清潔能力高等優點，一直是科學和工業界追求的目標。
近日，青島大學非織造材料與產業用紡織品創新研究院教授寧新團隊，設計出一種新型低能耗反應型熔體紡絲工藝（RMS）制備尼龍6超細微納米纖維，極大提高了生產效率，并降低成本，對環境保護及行業發展具有重要意義。
相關研究成果發表于《綠色化學》。
優質產品 市場所需
現代工業的進步，使得紡織服裝的基礎原料纖維已從天然纖維全面過渡到化學纖維，其中聚酯、聚酰胺是最早也是當前市場占有率最大的化纖。而隨著人們生活水平的日益提高，超細纖維的市場需求逐漸上升，并不斷推動其研究和發展。
傳統的化學纖維工業中，熔紡技術的成纖過程以已經完成聚合的高分子量聚合物為原料。由于聚合物熔體黏度高，其纖維尺度（直徑）通常在10μm以上，更小尺度（亞微米及納米級）纖維通常采用靜電紡絲技術實現。工藝上除了要求5~40千伏高靜電壓之外，還要求較低的流體黏度、易于拉伸。
因此，通常將聚合物溶解在有機溶劑中形成1%~20%的紡絲溶液的做法，不僅會大大降低纖維的產率、提高工藝成本，還會造成溶劑回收和環境污染的后果，是該技術進一步產業化的巨大障礙。
長期以來，如何以不含溶劑揮發的方式獲取超細纖維，一直困擾著工業界。
“考慮到這個問題，我們便以聚酰胺6纖維，即尼龍6纖維材料作為突破點，基于己內酰胺—催化劑—引發劑體系的陰離子開環聚合機制，設計了一種新型低能耗反應型熔體紡絲工藝制備尼龍6超細微納米纖維?！睂幮聦Α吨袊茖W報》介紹說。
寧新團隊以低黏度單體作為紡絲起始原料，通過反應動力學控制聚合反應中的混合體系黏度匹配高壓靜電場力拉伸，實現低黏度單體混合、陰離子開環聚合、聚合物結晶、流體擠出拉伸成型以及纖維隨機鋪網過程同步進行的做法，取得了明顯成效。
“研究所得的纖維樣品平均單體轉化率可達90%以上，聚合物（纖維）平均分子量在5萬以上，這說明反應型熔體紡絲工藝伴隨著非常高效徹底的聚合反應過程?！睂幮抡f。
同時，該工藝還兼具環保特性。“我們的工藝溫度比目前商業熔紡工藝溫度低約80℃~100℃，能大大降低能源消耗。相比溶液濕法紡，整個過程不使用任何溶劑或稀釋劑，無溶劑回收、處理成本，可以避免造成生命健康危害和環境污染?！眻F隊主要成員何宏偉介紹說。
思想碰撞 共克難關
科研之路并非一帆風順。由于缺少成熟的設備支撐，研發中最困難的階段便是整個實驗體系的設計和搭建。
要想同時滿足聚合物單體的聚合條件以及聚合動力學控制，在高溫環境中施加高壓靜電的操作（要求部件耐熱、隔熱、絕緣等），就需要尋找合適的零部件進行組裝，還要摸透其特性、應用及風險規避……種種問題需要團隊 攻克與解決。
疫情期間，實驗工作難以順利開展，寧新遠在美國，團隊成員通過視頻會議進行溝通。疫情好轉后，寧新返回國內，在博士生趙壬海等團隊成員的不斷努力與嘗試下，終于搭建了理想的實驗設備。
盡管在設備調試過程中對RMS進行了不斷嘗試，但到了真正的實驗階段，問題仍層出不窮。
在實驗過程中，團隊成員針對困擾許久的計算成纖理想黏度熔體單體轉化率問題，反復探討可行方案，最終依據朗伯比爾定律消除樣品受消光系數的影響，配合稱重法進行相互印證，得到了理想的實驗數據和科學解釋。
“在科研路上，我們要T型發展。一豎代表自己的深度，一橫代表自己的廣度。專業是基礎，同時寬廣的眼界也會給我們提供更廣泛的創新點和解決問題的新渠道?！壁w壬海說，“保持好奇心，多問為什么，這不僅可以培養興趣，增加科研動力，更是課題創新的源頭?！?/span>
成果豐富 日臻完善
寧新團隊研究開展了尼龍6產品全生命周期評估（LCA），從己內酰胺單體來源，到尼龍6合成，再到尼龍6纖維制品生產，最終到尼龍6降解過程，進行了整體調研、對比、分析。
在尼龍6纖維生產階段，與傳統熔體紡絲和溶液紡絲工藝相比，反應型熔體紡絲工藝可能是在沒有溶劑使用情況下生產直徑幾微米至亞微米范圍內纖維的唯一途徑，整個工藝過程無毒、無污染、低能耗、產率高。
“RMS結合己內酰胺單體可通過冬蕨類植物提取物生物酶工程法合成的路線，以及尼龍6可降解為己內酰胺前驅體而形成的綠色循環過程，從而達成尼龍6微納米纖維全生命周期綠色循環可持續制造工藝?！焙魏陚娬{說。
從概念上分析，RMS具備高度可行的商業化前景，有望實現尼龍6微納米纖維工業化規模生產，工藝的流程發明及相關材料已經申報專利保護。
“不過，目前此項技術并不成熟，仍有進步的空間?！睂幮卤硎荆瑔误w在聚合過程的可控性（可預知性），聚合反應后流道內的黏度分布，即前段（近噴絲口）黏度大、后段小導致泵推進困難等，都是目前存在的問題。
這些問題在設備放大后更顯困難，同時，理想黏度的熔體擠出必須對聚合體系進行嚴格的單體轉化率監測，此技術尚存在一定難度。并且，試驗階段使用的是單噴絲口，因此放大后噴絲板段流體黏度變化及其分布也是一大難點。
發現問題才能更好地解決問題。寧新對該技術的產業化發展信心十足?！跋乱徊轿覀儗⒅饕诂F有實驗裝置基礎上收集數據，結合計算模擬，建立模型，逐步指導放大直至產業化?！?/span>
