欢迎光临小豌豆知识网!
当前位置:首页 > 纺织技术 > 编织制作> 具有增强的持水能力和低基重的纤维素纤维非织造织物独创技术68961字

具有增强的持水能力和低基重的纤维素纤维非织造织物

2021-03-04 20:37:29

具有增强的持水能力和低基重的纤维素纤维非织造织物

  技术领域

  本发明涉及纤维素纤维非织造织物、制造纤维素纤维非织造织物的方法、制造纤维素纤维非织造织物的装置、产品或复合材料及织物的使用方法。

  背景技术

  莱赛尔(Lyocell)技术涉及将纤维素木浆或其他纤维素基原料直接溶解在极性溶剂(例如,N-甲基吗啉N-氧化物,其也可以表示为“氧化胺”或“AO”)中以产生粘性的、高剪切稀化溶液,所述溶液可转化为一系列有用的纤维素基材料。在商业上,该技术用于生产广泛用于纺织工业的一系列纤维素短纤维(可商购自Lenzing AG,Lenzing,Austria,商标)。还使用了来自莱赛尔技术的其他纤维素产品。

  纤维素短纤维长期以来被用作用以转化成非织造网的组分。然而,改进莱赛尔技术以直接生产非织造网将获得当前纤维素网产品所不可能具有的特性和性能。这可以被认为是合成纤维工业中广泛使用的熔喷(meltblow)和纺粘技术的纤维素版,然而,由于存在重大的技术差异,不可能使合成聚合物技术直接适用于莱赛尔。

  已经进行了许多研究以开发从莱赛尔溶液直接形成纤维素网的技术(尤其是WO98/26122、WO 99/47733、WO 98/07911、US 6,197,230、WO 99/64649、WO 05/106085、EP 1358 369、EP 2 013 390)。在WO 07/124521A1和WO 07/124522 A1中公开了其他技术。

  像其他纤维素材料一样,纤维素纤维非织造织物具有有限的液体吸收能力和一定的污染,该污染通常由诸如重金属元素污染物的不希望的污染物造成。然而,纤维素纤维非织造织物的几种应用一方面需要大的液体吸收能力,另一方面需要仅具有非常有限的污染物含量的高度纯净。

  发明内容

  可能需要改善纤维素纤维非织造织物的持水能力,同时将织物的污染保持在最小可接受限度内。

  根据独立权利要求的主题可以满足该需求。从属权利要求描述了本发明的有利实施方案。

  根据本发明的第一方面,提供了一种纤维素纤维非织造织物,其特别地直接由莱赛尔纺丝溶液制造。所提供的织物包括基本上连续的纤维的网络,并表现出至少850质量%的持水能力。此外,所提供的织物每单位面积质量小于25克/平方米。因此,所描述的持水能力的质量百分比表示可吸收水质量与纤维质量之间的比率。

  所提供的织物基于以下构思:通过使用用于直接从莱赛尔纺丝溶液中制造织物的适当的工艺参数(值),可以提供非织造的纤维素纤维织物或纤维网,与已知的纤维素产品相比,该织物或纤维网至少具有增强的持液能力。因此,即使使用“每单位面积质量”较低的较薄的织物,也可以实现增强的持液能力。对于许多应用而言,这提高了相应的纤维素纤维非织造织物产品的效率,或者为纤维素纤维非织造织物产品开拓了新应用。

  根据本发明,对于具有低的每单位面积质量的织物,实现了这种非凡的持水能力。提到术语“每单位面积质量”通常也被称为“基重”。

  具有如此低的基重(即基重小于25克/平方米)以及所描述的较大的至少850质量%的持水能力的织物可用于多种应用,例如要求薄的非织造织物的应用。在本文中,发现具有大的持水能力的织物通常还具有对其他液体的大的保持能力。这中保持尤其适用于水基液体,即由水作为溶剂的液体。

  已经发现,纤维素纤维非织造织物的毛细作用对持水能力有很大的影响。在这种情况下,应该认识到,毛细作用与(微)腔(例如在相邻纤维之间形成的空隙、间隙和/或管)的数量和尺寸有关。这样的(微)腔为液体粒子,特别是水粒子提供或多或少的合适的容纳空间。

  所述的持水能力值涉及根据标准DIN 53 923(F36_3)进行的测量,并且涉及每单位面积质量或基重在16g/m2和38g/m2(克每平方米)之间的织物。具体地,持水能力值涉及在以上确定的标准气候条件下进行的测量。

  在本申请的上下文中,术语“纤维素纤维非织造织物”(也可以表示为纤维素长丝非织造织物)可以特别地表示由多个基本上连续的纤维组成的织物或网。术语“基本上连续的纤维”尤其具有长丝纤维的含义,长丝纤维具有比常规短纤维明显更长的长度。在另一种表达方式中,术语“基本上连续的纤维”尤其可以具有由长丝纤维形成的网的含义,该长丝纤维比常规短纤维具有每体积明显更少量的纤维末端。特别地,根据本发明示例性实施方案的织物的连续纤维的每体积纤维末端量小于10,000个末端/cm3,尤其是小于5,000个末端/cm3。例如,当短纤维用作棉的替代品时,它们可具有38mm的长度(对应于棉纤维的典型自然长度)。与此相反,纤维素纤维非织造织物的基本上连续的纤维可具有至少200mm的长度,特别是至少1000mm。然而,本领域技术人员将意识到即使连续纤维素纤维也可能中断的事实,该中断可能通过纤维形成期间和/或之后的工艺形成。因此,与由相同旦尼尔的短纤维制成的非织造织物相比,由基本上连续的纤维素纤维制成的纤维素纤维非织造织物具有显著更低的每质量纤维数。纤维素纤维非织造织物可以通过纺制多根纤维并通过将后者细化(attenuating)和朝着优选移动的纤维支撑单元拉伸来制造。由此,形成纤维素纤维的三维网或网,构成纤维素纤维非织造织物。所述织物可以由纤维素作为主要或唯一成分。

  在本申请的上下文中,术语“莱赛尔纺丝溶液”可以特别表示溶剂(例如,诸如N-甲基-吗啉、NMMO、“氧化胺”或“AO”的材料的极性溶液),其中纤维素(例如木浆或其他纤维素基原料)溶解在其中。莱赛尔纺丝溶液是溶液而不是熔体。通过降低溶剂的浓度,例如通过使长丝与水接触,可以由莱赛尔纺丝溶液产生纤维素长丝。由莱赛尔纺丝溶液初始生成纤维素纤维的过程可以描述为凝固。

  在本申请的上下文中,术语“气流”可以特别地表示在莱赛尔纺丝溶液离开喷丝头期间和/或之后或已经离开喷丝头后,基本平行于纤维素纤维或其预成型体(即莱赛尔纺丝溶液)的移动方向的气流(例如空气)。

  在本申请的上下文中,术语“凝固流体”可以特别表示非溶剂流体(即气体和/或液体,任选地包括固体颗粒),其能够稀释莱赛尔纺丝溶液并与溶剂交换至由莱赛尔长丝形成纤维素纤维的程度。例如,这种凝固流体可以是水雾。

  在本申请的上下文中,术语“工艺参数”可以特别地表示用于制造纤维素纤维非织造织物的物质和/或装置组件的所有物理参数和/或化学参数和/或装置参数,该参数可能对纤维和/或织物的性能,特别是纤维直径和/或纤维直径分布产生影响。这些工艺参数可以由控制单元自动调节和/或由使用者手动调节,从而调整或调节纤维素纤维非织造织物的纤维的性能。可能影响纤维性能的物理参数(特别是其直径或直径分布)可以是该过程中涉及的各种介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体、气流等)的温度、压力和/或密度。化学参数可以是所涉及的介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体等)的浓度、量、pH值。装置参数可以是孔口的尺寸和/或孔口之间的距离、孔口和纤维支撑单元之间的距离、纤维支撑单元的运输速度、一个或多个可选的原位后处理单元的提供、气流等。

  术语“纤维”可以特别地表示包含纤维素的材料的细长段,例如横截面为大致圆形或非规则形状,任选地与其他纤维缠绕。纤维的纵横比可以大于10,特别是大于100,更特别是大于1000。纵横比是纤维长度与纤维直径之间的比率。纤维可以通过融合(使得形成整体多纤维结构)或通过摩擦(使得纤维保持分离,但通过移动相互之间物理接触的纤维时产生的摩擦力弱机械耦合)相互连接,从而形成网络。纤维可具有基本上圆柱形的形状,然而其可以是直的、弯的(bent)、扭结的(kinked)或弯曲的(curved)。纤维可以由单一的均质材料(即纤维素)组成。然而,纤维还可包含一种或多种添加剂。诸如水或油的液体材料可以积聚在纤维之间。

  根据本发明的一个实施方案,纤维具有小于5ppm的铜含量和/或具有小于2ppm的镍含量。

  本文中提到的ppm值都与质量(而不是体积)有关。除此之外,对于每种单独的重金属元素,纤维或织物的重金属污染可以不超过10ppm。由于使用莱赛尔纺丝溶液作为形成连续纤维基织物的主要成分(特别是当涉及诸如N-甲基-吗啉、NMMO的溶剂时),织物被诸如铜或镍的重金属污染(可能引起使用者的过敏反应)可能会保持极小。

  根据本发明的另一个实施方案,不同的纤维至少部分地位于不同的可区分层中,并且所述织物特别地包括以下特征中的至少一个:(a)不同层的纤维在所述层之间的至少一个层间融合位置处连接成一体;(b)至少部分地位于不同层中的不同的纤维在纤维直径方面不同,特别是在平均纤维直径方面不同;(c)不同层的纤维具有相同的纤维直径,特别是具有基本上相同的平均纤维直径;(d)不同层的纤维网络提供不同的功能,其中不同的功能尤其包括以下中的至少一个:不同的芯吸、不同的各向异性行为、不同的光学特性、不同的持液能力、不同的清洁能力、不同的粗糙度、不同的平滑度和不同的机械性能。

  在本文中,“不同的纤维至少部分地位于不同的可区分的层中”可指相应的层至少在例如通过电子显微镜捕获的图像内在层之间显示可见的分离或界面区域。如以上特征(a)所述,不同的层可以在至少一个融合位置处连接成一体。因此,例如,织物的两个(或多个)不同层可以通过将两个(或多个)具有孔口的喷射器串联排列而形成,通过所述孔口挤出莱赛尔纺丝溶液用于凝固和纤维形成。当这种布置与移动的纤维支撑单元(例如具有纤维容纳表面的传送带)组合时,第一层纤维通过第一喷射器形成在纤维支撑单元上,并且当移动的纤维支撑单元到达第二喷射器的位置时,第二喷射器在第一层上形成第二层纤维。可以调整该方法的工艺参数,以便在第一层和第二层之间形成融合点。如上面已经提到的,“融合”可以表示在相应的融合位置处不同纤维的整体互连,这导致形成一个整体连接的纤维结构,该结构由先前与不同层相关的两根单独的纤维组成。特别地,例如,在形成过程中尚未通过凝固完全固化或固体化的第二层的纤维,可以仍然具有处于液体莱赛尔溶液相且尚未处于完全固化的固态的外部表皮或表面区域。当这种预制纤维结构彼此接触并且之后完全固化成固体纤维状态时,这可导致在不同层之间的界面处形成两根融合纤维。

  如以上特征(b)所述,至少部分位于不同层中的不同纤维的纤维直径不同,特别是平均纤维直径不同。当织物的不同层由具有不同平均直径的纤维形成时,可以分别且不同地调节不同层的机械性能。例如,可以通过使用具有相对较高的粗细或直径的纤维来为其中的一层提供刚性特征,而其他层可提供平滑或弹性的特征(例如通过使用具有相对较小直径的纤维)。例如,可以制造具有通过机械去除污物而具有用于清洁的较粗糙表面以及具有用于擦拭的较光滑表面的擦拭巾,即,其构造成用于从待清洁的表面吸收水等。

  然而,如以上特征(c)所述,不同层的纤维也可以具有相同的直径,特别是具有相同的平均直径。在这样的实施方案中,相邻层可具有相似或相同的物理性质。它们之间的融合点之间可能会强或弱相连。每个界面区域的这种融合点的数量可以定义相邻层之间的结合强度。由于结合强度小,使用者可以容易地将各层分开。通过高的结合强度,这些层可以保持永久地彼此附接。

  发现在所描述的多层结构内的相邻层的互相附接不需要任何额外的粘合材料,例如粘合剂。结果,液体可以毫无阻碍地扩散通过各个层界面。

  根据本发明的另一个实施方案,不同层中的纤维网络具有不同的融合系数。这可以有助于提高所述织物的机械稳定性,其中所述稳定性特别是抵抗织物扭曲的稳定性。可替代地,不同层中的纤维网络具有至少近似相同的融合系数。这可以导致织物特别是沿着垂直于层的主平面的方向具有高度的均质性

  具体地,通过沿着垂直于层的平面的高度方向或z方向改变融合系数,当连续纤维在所述织物的制造过程中向下接触到收集纤维的纤维支撑单元上时,可以实现一定的预张力。因此,不同融合系数的根据高度的分布可以允许建立高机械稳定性,并且当将液体粒子嵌入织物内时,有效地防止形成于所述织物内的毛细管腔或空隙在粘附力的压力下坍塌。一般而言,高机械稳定性是高持液能力的有益的特性。

  根据本发明的另一个实施方案,每单位面积质量在5-25克/平方米之间,特别是在8-20克/平方米之间。

  根据本发明的另一个实施方案,织物表现出至少900质量%、特别是至少950质量%、并且进一步特别是至少1000质量%的持水能力。

  通过适当选择上述用于莱赛尔纺丝溶液的凝固的工艺参数(的值)可以实现所描述的织物的持水能力的值的这种进一步改善。在迄今为止优化的凝固条件下生产的织物的几次测试中,持水能力达到了1100质量%甚至更高。

  根据本发明的另一个实施方案,织物表现出至少800质量%、特别是至少1500质量%、并且进一步特别是至少2000质量%的持油能力。由此,持油能力的质量百分比表示可吸收油质量与纤维质量之间的比率。

  为了确定织物的持油能力(或持液能力),可以使用发动机油根据Edana标准NWSP010.4.R0(15)进行有关吸油和吸收脂肪液体的评估分析。为了进行分析,可以通过冲压形成尺寸为10cm×10cm的织物样品。确定样品的重量,然后通过绳子(string)将样品对角线连接到直尺。然后将样品放入装有油的容器中。测量用油润湿织物所需的时间。随后,将织物浸入油中120秒。然后通过抬起直尺将织物从油中提起出来。此后,让油从织物上滴落30秒钟。确定织物的重量,并据此计算持油能力。

  所描述的相对较大的持油能力可以提供如下优点:所描述的织物可以用于例如作为擦拭巾,可以有效地吸收各种液体。具体地,不仅可以吸收水基液体,而且可以吸收油基液体。在本文中,术语“油基液体”可以特别表示其中油用作溶剂的任何液体。此外,术语“油基液体”可以指其中至少一种组分是油的乳液。

  根据纤维直径和/或纤维内和/或纤维间直径的不均匀性和/或织物密度的绝对值的调整,可以调节活性纤维表面以及相邻纤维之间的间隙的体积和间距。这对液体在间隙中积聚的能力具有影响。

  更详细地,所描述的持液能力可以基于下述事实:非织造纤维织物或纤维网可以被认为代表一种包括在各种相邻纤维之间形成的空腔或空隙的结构。在织物的原始未浸透状态下,这些空隙被空气填充。当织物吸收液体时,空隙会充满液体。

  根据本发明的另一个实施方案,纤维网络包括以下特征中的至少一个:(a)同一纤维的不同部分的纤维直径不同,使得该纤维的最大纤维直径与该纤维的最小纤维直径之间的比率大于1.5;(b)不同的纤维的纤维直径不同,使得一根纤维的最大纤维直径与另一根纤维的最小纤维直径之比大于1.5。

  在本文的上下文中,术语“最大纤维直径与最小纤维直径之间的比率大于1.5”或等效术语“在纤维直径方面与最小直径的差异大于50%”可以特别地表示最大纤维直径和最小纤维直径之间的比率乘以100%,并从获得的结果中减去100%,得出大于50%的值。换句话说,最大纤维直径和最小纤维直径之间的比率可以大于1.5。

  如上述特征(a)所述的“同一纤维的不同部分的纤维直径不同”可指与直径有关的不均匀性可能是纤维内直径的变化。在这样的实施方案中,各纤维本身可表现出纤维直径不均匀性。不希望受特定理论的束缚,目前认为,当这样的纤维在织物中形成网状结构时,相应纤维的直径的不均匀性对毛细作用有很大的影响,特别是增加了织物内的空腔的数量和种类,使得可以调节持水能力。

  如以上特征(b)所述的“不同的纤维的纤维直径不同”可指在粗细方面的不均匀性可能是纤维间粗细的变化。在这样的实施方案中,尽管各个纤维本身可以表现出粗细均匀性或不均匀性,但是通过纤维比较,不同纤维在纤维粗细方面的差异是强制性的。同样在这种情况下,不同直径/粗细或不同直径/粗细分布的纤维之间的相互作用可能导致纤维间空腔的数量和尺寸发生变化,如上所述,而毛细管本身对持水能力有很大的影响。

  根据本发明的另一个实施方案,纤维网络包括以下特征中的至少一个:(a)至少3%、特别是至少5%的纤维具有圆度不大于90%的非圆形横截面形状;(b)至少1%、特别是至少3%的纤维具有圆度不大于80%、特别是不大于70%的非圆形横截面形状。

  在本文的上下文中,术语“圆度”可以特别地表示纤维横截面的内切圆和外切圆之间的比率,即恰好足以适合纤维横截面内部的以包围或被维横截面包围的圆的最大尺寸和最小尺寸。为了确定圆度,垂直于纤维的延伸方向的横截面可以与纤维相交。因此,圆度可以表示为各个纤维的横截面形状接近具有100%的圆度的圆的横截面形状的程度的量度。

  例如,各个纤维的横截面可以具有卵形(特别是椭圆形)形状或可以具有多边形形状。更一般地说,限定纤维的横截面的外部界限的轨迹可以是显示出与圆偏离的任何闭合的平面线。各个纤维的横截面可以完全是圆形的,也可以具有一个或多个尖锐的或圆形的边缘。

  描述性地说,根据本实施方案的织物的纤维与整个圆柱形状有明显的偏差。从机械角度来看,这还具有以下结果:在存在机械负荷的情况下纤维的优选弯曲方向由纤维横截面的设计限定。例如,其中纤维具有椭圆形的横截面形状,并且两个主轴线(即,长轴和短轴)具有不同的长度,在施加力的情况下将主要以短轴作为弯曲线发生弯曲。因此,这种纤维织物的弯曲特性不再是统计和不可预测的,而是与此相反,这增加了纤维素纤维非织造织物的限定的有序性。因此,通过简单地影响单根纤维的横截面几何形状,可以以简单的方式调节织物的限定的机械性能。通过调节一些或基本上所有纤维与理想圆的偏差,还可以调节纤维的相互铺展行为或网络行为。此外,当非圆形的圆柱形纤维以有序或部分有序的方式排列时,可以制造具有各向异性机械性能的纤维素纤维非织造织物。

  根据本发明的另一个实施方案,至少一部分纤维在融合位置处融合成一体,其中,特别地,纤维的融合系数在0.1%-100%的范围内,特别是在0.2%-15%之间的范围内,并且进一步特别是在0.5%-10%之间的范围内。

  本文的上下文中,术语“融合”可以特别地表示在相应的融合位置处不同纤维的整体互连,这导致形成由先前分离的纤维预成型体组成的一个整体连接的纤维结构。融合可以表示为在一个、一些或所有融合纤维的凝固期间建立的纤维-纤维连接。相互连接的纤维可以在相应的融合位置处牢固地彼此粘附,而无需不同的另外的材料(例如单独的粘合剂),从而形成共同的结构。融合纤维的分离可能需要破坏纤维网络或其部分。

  可以通过对制造纤维素纤维非织造织物的方法的工艺参数的相应控制来触发融合。特别地,在尚未处于沉析固体纤维状态的莱赛尔纺丝溶液长丝之间的第一次接触之后,可以触发(或至少完成)这些长丝的凝固。因此,在仍处于溶液相时这些长丝的相互作用以及然后或之后通过凝固将它们转化为固态相使得能够适当地调节融合特性。融合程度是一个强有力的可用于调整制造的织物的性能的参数。

  在这方面,应该清楚的是,织物中融合点的数量或密度也影响适用于容纳水的空腔的数量和(平均)尺寸。

  通过在凝固之前使不同的莱赛尔纺丝溶液形式的纤维预成型体彼此直接接触可以触发纤维之间的融合。通过这种凝固处理,进行纤维的单一材料共同沉析,从而形成融合位置。

  所描述的融合系数是用于织物的纤维网络的不同纤维之间的网状结构(networking)的高度特征性参数。零的融合因数对应于没有融合点的织物,即,仅通过摩擦彼此相互作用的完全分离的纤维。百分之百的融合因数对应于由融合点组成的织物,即形成诸如膜的连续结构的完全一体化纤维。通过调节融合系数,还可以精确地调节相应织物的物理性质(在本文所述的本发明的上下文中描述的持水能力)。

  为了测定织物的融合系数(也可以称为面积融合系数),可以执行以下确定过程:可以光学分析织物的正方形样品。围绕与正方形样品的至少一个对角线交叉的纤维的每个融合位置(特别是融合点和/或融合线)周围绘制一个圆,其直径必须完全保留在方形样品内部。确定圆的尺寸,使得圆包含融合纤维之间的融合区域。计算所确定的圆的直径值的算术平均值。融合系数计算为平均直径值与方形样品的对角线长度之间的比率,并且可以以百分比给出。

  取决于具体的结构,尤其是取决于融合系数,融合位置可以包括:(a)融合点,在该融合点处纤维通过点接触融合;(b)融合线,沿着该融合线,纤维至少在其长度的一部分上并行地相互排列,以形成高级纤维结构。融合点可以是由与互连纤维相同的材料制成的点状结构。融合线可以被认为是具有椭圆形状的线的融合位置,该线的直径明显大于沿着融合线连接的纤维的直径。因此,融合线可以是沿一段纤维将纤维连接的延伸结构,纤维沿着该段纤维平行或并排延伸。

  根据本发明的另一个实施方案,至少一些单独的纤维彼此缠绕和/或至少一根纤维结构与另一根纤维结构缠绕。这可以显著改善织物的机械稳定性。

  在本文的上下文中,“纤维结构”可以是包括至少两根纤维的任何纤维布置。因此,纤维可以是至少部分地彼此接触的单独的纤维。替代地或组合地,纤维结构也可以包括至少两根纤维,所述至少两根纤维在至少一个融合位置处连接成一体。

  根据本发明的另一方面,提供了一种直接从莱赛尔纺丝溶液中制造纤维素纤维非织造织物、特别是如上所述的织物的方法。所提供的方法包括:(a)在气流的辅助下使莱赛尔纺丝溶液通过具有孔口的喷射器挤出到凝固流体气氛中,从而形成基本上连续的纤维;(b)将所述纤维收集在纤维支撑单元上,从而形成所述织物;和(c)调整制造过程的工艺参数,使得(c1)织物表现出至少850质量%的持水能力,以及(c2)织物的每单位面积质量小于25克/平方米。

  所描述的方法基于这样的构思,即,通过适当的选择或工艺参数,可以以有效和可靠的方式制造如上所述的在许多方面改进的纤维素纤维非织造织物。

  在本文件的上下文中,“具有孔口的喷射器”(其可以例如被称为“孔口的布置”)可以是包括线性布置的孔口的布置的任何结构。

  还发现可以通过至少基本上彼此平行布置的纤维的凝固来产生不同纤维的直径的变化。换句话说,最初以至少近似平行的方向排列的至少两根不同的纤维至少可以彼此融合(沿着共同的融合线),从而将产生直径明显增加的纤维。通过控制工艺参数(的值),可以选择这种纤维融合的可能性。结果,可以例如通过调节粘性的莱赛尔纺丝溶液经由其挤出的喷射器的相邻孔口之间的距离,来调节融合的(较粗)纤维与原始的(较细)纤维之间的比率。在这方面,应该清楚的是,距离越小,两根纤维之间融合的可能性就越大。

  此外,当使用湍流的凝固流体流分别处理促进凝固过程的空气时,可能会扰乱尚未(完全)凝固的不同纤维之间的空间距离,使得可以增加两条纤维在从喷射器到纤维支撑单元的途中彼此相遇的可能性。

  还发现也可以实现由三根或更多根最初独立的纤维的融合。结果,可以生产甚至更粗的纤维,使得纤维直径变化将增加。

  关于“融合”与本文所述织物的主要性能(即持水能力)的相关性,请参考上面的阐明了这些主要性能对融合的依赖性的解释性物理理论部分。

  根据本发明的另一个实施方案,提供了一种用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造纤维素纤维非织造织物,并且特别是用于制造如上所述的织物的装置。所提供的装置包括:(a)具有孔口的喷射器,其被配置成用于在气流的辅助下挤出莱赛尔纺丝溶液;(b)凝固单元,其被配置成用于为挤出的莱赛尔纺丝溶液提供凝固流体气氛,从而形成基本上连续的纤维;(c)纤维支撑单元,其被配置成用于收集纤维,从而形成所述织物;和(d)控制单元,其被配置成用于调节工艺参数,使得(d1)织物表现出至少850质量%的持水能力,以及(d2)织物的每单位面积质量小于25克/平方米。

  所描述的装置基于这样的构思,即控制单元允许以可靠的方式执行用于制造上述纤维素纤维非织造织物的上述方法。

  根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物还可以与一种或多种其他材料组合(例如原位或在后续工艺中),从而形成根据本发明示例性实施方案的复合材料。可与织物组合以形成这种复合材料的示例性材料可选自包括但不限于以下材料或其组合的材料:绒毛浆、纤维悬浮液、湿法成网非织造织物、气流成网非织造织物、纺粘网、熔喷网、粗疏水刺或针刺网或其他由各种材料制成的片状结构。在一个实施方案中,不同材料之间的连接可以通过(但不限于)以下方法中的一种或组合来完成:融合、水力缠结、针刺、氢键合、热粘合、通过粘合剂胶合、层压和/或轧光。

  根据本发明的另一个实施方案,提供了一种使用如上所述的纤维素纤维非织造织物的方法,该纤维素纤维非织造织物用于擦拭巾(wipe);干燥器片材;过滤器;卫生产品;医疗应用产品;土工织物;农用织物(agrotextile);服装;建筑技术用产品;汽车产品;家具;工业用产品;与休闲、美容、运动或旅行相关的产品;以及与学校或办公室相关的产品。

  根据本发明的另一方面,提供了一种包含如上所述的纤维素纤维非织造织物的产品或复合材料。

  网(100%纤维素纤维网或例如包含以下或由以下组成的网:两种或多种纤维、或化学改性的纤维或具有掺入的材料(例如抗菌材料、离子交换材料、活性炭、纳米颗粒、乳液、药剂或阻燃剂)的纤维、或双组分纤维)的具体用途可以如下:

  根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物可用于制造擦拭巾,例如婴儿擦拭巾、厨房擦拭巾、湿擦拭巾、化妆擦拭巾、卫生擦拭巾、医疗擦拭巾、清洁擦拭巾、抛光(汽车、家具)擦拭巾、灰尘擦拭巾、工业用擦拭巾、除尘器和拖把擦拭巾。

  根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也可用于制造过滤器。例如,这种过滤器可以为空气过滤器、HVAC、空调过滤器、烟气过滤器、液体过滤器、咖啡过滤器、茶袋、咖啡袋、食品过滤器、水净化过滤器、血液过滤器、香烟过滤器;机舱过滤器、油滤清器、滤芯过滤器、真空过滤器、真空吸尘器袋、防尘过滤器、液压过滤器、厨房过滤器、风扇过滤器、水分交换过滤器、花粉过滤器、HEVAC/HEPA/ULPA过滤器、啤酒过滤器、牛奶过滤器、液体冷却剂过滤器和果汁过滤器。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造吸收性卫生产品。其实例是采集层、覆盖物、分布层、吸收性覆盖物、卫生护垫、包衬复面纸、背板、腿箍、可冲洗产品、垫、护理垫、处理内衣、训练裤、面膜、美容面膜、化妆品去除垫、毛巾、尿布和烘干机用的释放活性成分(例如织物柔软剂)的片材。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造医疗应用产品。例如,这种医疗应用产品可以是一次性帽、手术服、口罩和鞋套、伤口护理产品、无菌包装产品、保健卫生用透气织物产品(coverstockproducts)、敷料材料、单向服装(one way clothing)、透析产品、鼻带、牙板粘合剂、处理内衣、窗帘、包裹和包装、海绵、敷料和擦拭巾、床上用品、透皮给药物、寿衣、垫、手术包、热敷袋、造口袋衬垫、固定带和孵化器床垫。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造土工织物。这可能涉及作物保护罩、毛细管垫、水净化材料、灌溉控制材料、沥青覆盖物、土壤稳定、排水材料材料、沉淀和侵蚀控制材料、池塘里衬、浸渍基础、排水渠道里衬、地面稳定材料、坑衬里、种子毯、杂草控制织物、温室遮阳材料、根袋和可生物降解的植物盆的生产。还可以将纤维素纤维非织造织物用于植物箔(例如为植物提供光保护和/或机械保护,和/或为植物或土壤提供粪或种子)。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造服装。例如,衬里、服装保暖和保护、手提包部件、鞋部件、皮带衬里、工业鞋帽、一次性工作服、服装和鞋的袋子以及保暖物可以在这种织物的基础上制造。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造用于建筑技术的产品。例如屋顶和瓷砖衬垫、石板瓦垫(underslating)、隔热和隔音材料、房屋包裹物、石膏板饰面、管道包裹物、混凝土模塑层、地基和地面稳定材料、垂直排水、屋面板瓦、屋面油毡、降噪材料、加固材料、密封材料以及阻尼材料(机械)可以使用这种织物制造。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造汽车产品。实例为客舱过滤器、行李箱衬里、包裹架、隔热罩、货架装饰、模制发动机罩衬里、行李箱地板覆盖物、机油滤清器、车顶蓬内衬、后包裹架、装饰织物、安全气囊、消音垫、绝缘材料、汽车罩、底垫、汽车垫、胶带、背衬和簇绒地毯、座套、门饰、针刺地毯和汽车地毯背衬。

  根据本发明示例性实施方案制造的织物的另一个应用领域是室内陈设,例如家具、建筑物、臂和背部的绝缘体(insulator to arms and backs)、加厚垫子、防尘罩、衬里、缝合增强物、边缘装饰材料、床上用品构造、被子背衬、弹簧套、床垫组件、床垫套、窗帘、墙壁覆盖物、地毯背衬、灯罩、床垫组件、弹簧绝缘体、密封件、枕套和床垫套。

  在另一个实施方案中,纤维素纤维非织造织物可用于制造工业产品。这可能涉及电子产品、软盘衬里、电缆绝缘、磨料、绝缘胶带、传送带、吸音层、空调、电池隔膜、酸系统、防滑消光去污剂、食品包装、胶带、香肠肠衣、奶酪套管、人造革、油回收栏和袜子以及造纸毛毡。

  根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也适用于制造与休闲和旅行相关的产品。这种应用的实例是睡袋、帐篷、行李箱、手提包、购物袋、航空公司头枕、CD保护装置、枕套和夹层包装。

  本发明的示例性实施方案的又一个应用领域涉及学校和办公室产品。可以提及的实例为书籍封面、邮寄包膜、地图、标志和三角旗、毛巾和旗臶。

  必须注意,已经参考不同的主题描述了本发明的实施方案。特别地,已经参考设备类型权利要求描述了一些实施方案,而已经参考方法类型权利要求(或用途权利要求)描述了其他实施方案。然而,本领域技术人员将从以上和以下描述中得出,除非另有说明,否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外,与不同主题有关的特征之间的任何组合,特别是在设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合都被认为在本文中公开。

  从下文将描述的实施方案的实例中,本发明的上述定义的方面和其他方面将变得显而易见,并且将参考实施方案的实例进行说明。在下文中将参考实施方案的实例更详细地描述本发明,但是本发明不限于此。

  附图说明

  图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物的装置,该纤维素纤维非织造织物由通过凝固流体凝固的莱赛尔纺丝溶液直接形成。

  图2至图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像,其中通过特定的工艺控制实现了单根纤维间的融合。

  图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像,其中已完成纤维的溶胀,其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物,图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物。

  图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像,其中通过执行两个串联喷嘴杆的特定工艺来完成两个叠置的纤维层的形成。

  图8示出了纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像,其具有扭曲、纤维内直径变化、纤维间直径变化、以基本上平行的方式凝固的纤维以及不同尺寸和形状的空腔。

  图9示出了具有包括多个原纤维的内部结构的单根纤维。

  图10示出了如何计算具有偏离圆的横截面的纤维的圆度,该圆度可以计算为纤维的横截面的内切圆与外切圆之间的比率。

  图11示出了纤维素纤维非织造织物的示意图,其中显示了纤维之间的不同类型的融合位置和纤维之间的几个交叉位置。

  图12示出了包括两个堆叠的和融合的纤维网络层的纤维素纤维非织造织物的示意图。

  图13示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造由两个连续纤维素纤维网的堆叠层组成的纤维素纤维非织造织物的装置的一部分。

  图14示出了包括三个网络层的纤维素纤维非织造织物。

  附图的详细描述

  附图中的图示是示意性的。需注意的是,在不同的图中,相似或相同的要素或特征具有相同的附图标记。为了避免不必要的重复,已经在前面的实施方案中阐明的要素或特征在本说明书的后面的位置不再赘述。

  此外,如图所示,空间相对术语,例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等,用于描述如图所示的一个要素与另一个要素的关系。因此,空间相对术语可以应用于使用中的方位,该方位不同于附图中描绘的方位。显然,所有这样的空间相对术语仅是为了便于描述而参考附图中所示的方向,并且不一定是限制性的,因为根据本发明的实施方案的设备在使用时可以采取不同于附图中所示的方向。

  图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100,该纤维素纤维非织造织物102直接由莱赛尔纺丝溶液104形成。后者至少部分地被凝固流体106凝固以转化成部分形成的纤维素纤维108。通过装置100,可以进行根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射工艺。在本申请的上下文中,术语“莱赛尔溶液喷射工艺”可以特别包括可以得到基本上连续的长丝或离散长度的纤维108或基本上连续的长丝和离散长度纤维的混合物的工艺。如下面进一步描述的,提供各自具有孔口126的喷嘴,纤维素溶液或莱赛尔纺丝溶液104与气体流或气流146一起喷射通过该喷嘴,以制造根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102。

  从图1中可以看出,木浆110、其他纤维素基原料等可以通过计量单元113供应到储罐114。来自水容器112的水也通过计量单元113供应到储罐114。因此,在下面进一步详细描述的控制单元140的控制下,计量单元113可以限定供应到储罐114的水和木浆110的相对量。容纳在溶剂容器116中的溶剂(例如N-甲基-吗啉,NMMO)可以在浓缩单元118中浓缩,然后可以在混合单元119中与水和木浆110或其他纤维素基原料的混合物以可限定的相对量混合。混合单元119也可由控制单元140控制。由此,水-木浆110介质以可调节的相对量在溶解单元120中溶解在浓缩溶剂中,从而获得莱赛尔纺丝溶液104。含水莱赛尔纺丝溶液104可以是由(例如5质量%至15质量%)包含纤维素的木浆110的和(例如85质量%至95质量%)溶剂组成的如蜂蜜般黏稠的(honey-viscous)介质。

  莱赛尔纺丝溶液104被送到纤维形成单元124(其可以体现为或可以包括多个喷射器122的纺丝箱体(spinning beams))。例如,喷射器122的孔口126的数量可以大于50,特别是大于100。在一个实施方案中,纤维形成单元124(其可以包括大量喷射器122的喷丝头)的所有孔口126和喷射器122的孔口126可具有相同的尺寸和/或形状。或者,一个喷射器122的不同孔口126和/或不同喷射器122的孔口126(其可以串联布置以形成多层织物)的尺寸和/或形状可以是不同的。孔口126可以被布置为孔口126的一维对准。

  当莱赛尔纺丝溶液104通过喷射器122的孔口126时,它被分成多个平行的莱赛尔纺丝溶液104股线。竖直取向的气流,即气流的取向基本上平行于纺丝方向,迫使莱赛尔纺丝溶液104转变成越来越长和越来越细的股线,这可以通过在控制单元140的控制下改变工艺条件来调节。气流可以沿着其从孔口126到纤维支撑单元132的路径的至少一部分加速莱赛尔纺丝溶液104。

  当莱赛尔纺丝溶液104移动通过喷射器122并进一步向下移动时,莱赛尔纺丝溶液104的长而细的股线与非溶剂凝固流体106相互作用。凝固流体106有利地具体化为蒸汽雾,例如含水雾。凝固流体106的工艺相关特性由一个或多个凝固单元128控制,从而为凝固流体106提供可调节的特性。凝固单元128又由控制单元140控制。优选地,各个凝固单元128设置在各个喷嘴或孔口126之间,用于单独调节正在生产的织物102的各个层的性能。优选地,每个喷射器122可以具有两个指定的凝固单元128,每侧一个。因此,可以向单独的喷射器122提供单独部分的莱赛尔纺丝溶液104,该莱赛尔纺丝溶液104也可以被调节以使所制造的织物102的不同层具有不同的可控特性。

  当与凝固流体106(例如水)相互作用时,莱赛尔纺丝溶液104的溶剂浓度降低,使得前者(例如木浆110(或其它原料))的纤维素至少部分地凝固成长而细的纤维素纤维108(其仍可含有残余溶剂和水)。

  在由挤出的莱赛尔纺丝溶液104初始形成单独的纤维素纤维108期间或之后,纤维素纤维108沉积在纤维支撑单元132上,纤维支撑单元132在此具体化为具有平面的纤维容纳表面的传送带。纤维素纤维108形成纤维素纤维非织造织物102(仅在图1中示意性地示出)。纤维素纤维非织造织物102由连续的和基本上连续的长丝或纤维108组成。

  尽管未在图1中示出,但是通过凝固单元128在凝固过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂以及在洗涤单元180中在洗涤过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂可以至少部分地再循环。

  在沿着纤维支撑单元132运输时,纤维素纤维非织造织物102可以通过洗涤单元180洗涤,然后可以干燥,洗涤单元180供应洗涤液以除去残留的溶剂。它可以通过任选但有利的进一步处理单元134进一步处理。例如,这种进一步处理可以涉及水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行蒸汽处理、轧光等。

  纤维支撑单元132还可以将纤维素纤维非织造织物102运输到卷绕器136,在该卷绕器136上可以收集纤维素纤维非织造织物102作为基本上连续的片材。然后,纤维素纤维非织造织物102可以作为卷状物运输到制造产品的实体,所述产品例如基于纤维素纤维非织造织物102的擦拭巾或纺织品。

  如图1所示,所描述的过程可以由控制单元140(例如处理器、处理器的一部分或多个处理器)控制。控制单元140被配置成用于控制图1中所示的各种单元的操作,特别是计量单元113、混合单元119、纤维形成单元124、凝固单元128、进一步处理单元134、溶解单元120、洗涤单元118等中的一个或多个。因此,控制单元140(例如通过执行计算机可执行程序代码,和/或通过执行由用户定义的控制命令)可以精确且灵活地定义制造纤维素纤维非织造织物102的工艺参数。在该上下文中的设计参数是沿着孔口126的空气流,凝固流体106的性能,纤维支撑单元132的驱动速度,莱赛尔纺丝溶液104的组成、温度和/或压力等。可以调节的、用于调节纤维素纤维非织造织物102的性能的其他设计参数是孔口126的数量和/或相互距离和/或几何排列、莱赛尔纺丝溶液104的化学组成和浓度等。因此,如下所述,可以适当地调节纤维素纤维非织造织物102的性能。这种可调节的性能(参见下面的详细描述)可以涉及一个或多个以下性能:纤维108的直径和/或直径分布、纤维108之间的融合的量和/或区域、纤维108的纯度水平、多层织物102的性能、织物102的光学性能、织物102的流体保留和/或流体释放性能、织物102的机械稳定性、织物102表面的光滑度、纤维108的横截面形状等。

  尽管未示出,但每个纺丝喷射器122可包括聚合物溶液入口,莱赛尔纺丝溶液104通过该入口供应到喷射器122。通过空气入口,可将气流146施加到莱赛尔纺丝溶液104上。从在喷射器122的内部的且由喷射器壳体界定的相互作用室开始,莱赛尔纺丝溶液104通过相应的孔口126向下移动或向下加速(通过气流146将莱赛尔纺丝溶液104向下拉),并在气流146的影响下横向变窄,使得当莱赛尔纺丝溶液104与气流146一起在凝固流体106的环境中向下移动时,形成连续逐渐变细的纤维素长丝或纤维素纤维108。

  因此,参考图1描述的制造方法中涉及的方法可以包括使莱赛尔纺丝溶液104(其也可以表示为纤维素溶液)成形以形成液体股线或潜在长丝,其被气流146拉拽并且直径显著减小,长度增加。在纤维支撑单元132上形成网之前或期间,还可以包括通过凝固流体106部分凝固潜在长丝或纤维108(或其预成型体)。长丝或纤维108形成网状织物102,洗涤,干燥,并可根据需要进一步加工(参见进一步处理单元134)。可以将长丝或纤维108例如收集在例如旋转鼓轮或带上,由此形成网。

  作为所述制造方法的结果,特别是所用溶剂的选择的结果,纤维108具有小于5ppm的铜含量并且具有小于2ppm的镍含量。这有利地提高了织物102的纯度。

  根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射网(即纤维素纤维非织造织物102)优选具有以下性能中的一种或多种:

  (i)网的干重为5-300g/m2,优选为10-80g/m2,

  (ii)根据标准WSP120.6(对应于DIN29073)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的厚度为0.05-10.0mm,优选0.1-2.5mm,

  (iii)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的MD的网的比韧度范围为0.1-3.0Nm2/g,优选为0.4-2.3Nm2/g,

  (iv)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的平均伸长率为0.5-100%,优选为4-50%。

  (v)纤维网的MD/CD韧性比为1-12,

  (vi)根据DIN 53814的网的保水性(特别是在本专利申请的优先权日期时有效的最新版本)为1-250%,优选为30-150%,

  (vii)根据DIN 53923的网的持水能力(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)为90-2000%,优选为400-1100%,

  (viii)根据基材分解的标准EN 15587-2和ICP-MS分析的标准EN17294-2,金属残留水平为铜含量小于5ppm,镍含量小于2ppm(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)。

  最优选地,莱赛尔溶液喷射网具有所有上述性能(i)-(viii)。

  如上所述,生产纤维素纤维非织造织物102的方法优选包括:

  (a)通过至少一个喷射器122的孔口126挤出包含溶解在NMMO中的纤维素的溶液(参见附图标记104),从而形成莱赛尔纺丝溶液104的长丝,

  (b)通过气流(参见附图标记146)拉伸所述莱赛尔纺丝溶液104的长丝,

  (c)使所述长丝与优选含有水的蒸汽雾(参见附图标记106)接触,从而至少部分地沉析所述纤维108。因此,在形成网或纤维素纤维非织造织物102之前,至少部分地沉析长丝或纤维108,

  (d)收集和沉析所述长丝或纤维108,以形成网或纤维素纤维非织造织物102,

  (e)在洗涤生产线(参见洗涤单元180)中去除溶剂,

  (f)通过水力缠结、针刺等任选地结合(参见进一步处理单元134),

  (g)干燥和卷绕收集。

  纤维素纤维非织造织物102的组成部分可以通过融合、混合、氢键合、物理结合(例如水力缠结或针刺)和/或化学结合来结合。

  为了进行进一步加工,纤维素纤维非织造织物102可以与一层或多层相同和/或其他材料组合,例如以下材料的层(未示出):合成聚合物、纤维素绒毛浆、纤维素或合成聚合物纤维的非织造网、双组分纤维、纤维素纸浆的网(例如气流成网或湿法成网纸浆)、高韧性纤维的网或织物、疏水材料、高性能纤维(例如耐温材料或阻燃材料)、赋予最终产品以改变的机械性能的层(例如聚丙烯或聚酯层)、可生物降解的材料(例如来自聚乳酸的薄膜、纤维或纤维网)和/或高松散材料。

  还可以组合纤维素纤维非织造织物102的几个可区分的层,参见例如图7。

  纤维素纤维非织造织物102可基本上仅由纤维素组成。或者,纤维素纤维非织造织物102可包含纤维素和一种或多种其他纤维材料的混合物。此外,纤维素纤维非织造织物102可包含双组分纤维材料。纤维素纤维非织造织物102中的纤维材料可以至少部分地包含改性物质。改性物质可选自,例如聚合物树脂、无机树脂、无机颜料、抗菌产品、纳米颗粒、洗剂、阻燃产品、改善吸收性的添加剂(例如超吸收性树脂)、离子-交换树脂、碳化合物(例如活性炭、石墨、导电碳)、X射线对比物质、发光颜料和染料。

  总之,直接由莱赛尔纺丝溶液104制造的纤维素非织造网或纤维素纤维非织造织物102使得能够获得通过短纤维路线不可能获得的增值的网性能。这包括可形成均匀轻质网,以制造微纤维产品以及可制造形成纤维网的连续长丝或纤维108。而且,与由短纤维制造的网相比,不再需要几种制造工序。此外,根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102是可生物降解的并且由可持续获得的原料(即木浆110等)制成。此外,它在纯度和吸收性方面具有优势。除此之外,它还具有可调节的机械强度、刚性和柔软度。此外,根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以低的每面积重量(例如10-30g/m2)制造。使用该技术可以制造直径不大于5μm、特别是不大于3μm的非常细的长丝。此外,根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以广泛的网美学并例如以平坦的薄膜状方式、纸状方式或柔软的柔性织物状方式形成。通过调整所述方法的工艺参数,还可以精确地调节纤维素纤维非织造织物102的刚性和机械硬度或柔韧性和柔软性。这可以通过例如调节融合位置的数量、层的数量、或通过后处理(例如针刺、水力缠结和/或轧光)来调节。特别地,可以制造具有低至10g/m2以下的相对低的基重的纤维素纤维非织造织物102,可以获得具有非常小的直径(例如低至3-5μm以下)的长丝或纤维108等。

  图2、图3和图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像,其中通过相应的工艺控制实现了单根纤维108间的融合。图2至图4中的椭圆形标记示出了这样的融合区域,其中多根纤维108彼此整体连接。在这样的融合点处,两根或多根纤维108可以互连以形成整体结构。

  图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像,其中已完成纤维108的溶胀,其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物102,图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物102。可以测量在图5和图6的两种状态下的孔径,并且可以彼此比较。当计算30次测量结果的平均值时,可以确定通过水性介质中纤维108的溶胀,孔径减小高达其初始直径的47%。

  图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像,其中通过相应的工艺设计,即多个喷丝头的串联排列,完成了纤维108的两个叠置层200、202的形成。两个单独的但连接的层200、202由图7中的水平线表示。例如,n层织物102(n≥2)可以通过沿机器方向串联排列n个喷丝头或喷射器122来制造。

  下面将更详细地描述本发明的具体示例性实施方案:

  图8示出了根据本发明实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像。图8显示了纤维网络包括纤维108,其特征在于直径/纤度和形状的不同变化。这涉及扭曲、纤维内粗细变化、纤维间粗细变化、以基本上平行的方式凝固的纤维108、以及不同尺寸和形状的空腔。

  还发现较细纤维和较粗纤维的混合物可以提供织物102的几种所需性能。例如,细纤维可以在相邻纤维之间产生高毛细作用,这改善了持液能力。较粗的纤维可有助于三维纤维织物结构的高机械刚度。如果已经在纤维网络内形成的所谓的微孔不会坍塌(特别是由于不同纤维之间的粘附力而坍塌),则这种增加的纤维刚度可能是必要的。在这种情况下,应该清楚的是,这种微孔的坍塌将降低持液能力。当然,由于其毛细作用力,任何空腔、腔室、空隙、间隙或孔都会对织物102的持液能力产生或多或少的强贡献。

  可以由至少两根单独的纤维产生缠绕,所述至少两根单独的纤维以螺旋方式彼此缠绕。此外,也可以将具有非圆形横截面并且被(自身)扭曲的单根纤维108视为代表这种扭曲。不受特定物理理论的束缚,目前认为,任何类型的扭曲都会增加织物内的总毛细作用力,从而提高持液能力。

  在莱赛尔纺丝过程中,例如可以通过改变相应的莱赛尔纤维通过其挤出的孔口的尺寸来调节纤维直径或纤度。同样,使尚未凝结的纤维向(传送带型)纤维支撑单元132(参见图1中的附图标记132)加速的气流(参见图1中的附图标记146)的变化可用于形成纤维108的纤维内粗细和/或纤维间粗细变化。

  例如,可以借助于气流的压力和/或速度变化来产生沿着纤维长度的变化,该气流将挤出的莱赛尔纺丝溶液朝着传送带型的纤维支撑单元(参见图1中的附图标记132)加速。

  图9示出了单根纤维素纤维108及其内部结构的实验捕获图像。用附图标记108b表示的曲线是纤维108的所谓壳。从该图可以看出,纤维的内部结构包括多个原纤维108a。由于原纤维108a的存在,纤维108的内部结构也可以被认为是代表(亚微米)通道,其可以对持液能力做出重大贡献。

  实验研究表明,令人惊讶的是,所述原纤维是一个尤为明显的特征,特别是在通过莱赛尔纺丝工艺生产的纤维中。具体而言,可以实现纤维108内的(亚微米)原纤维结构的高均匀性。进一步发现,在纤维凝固发生之前的位置处,用于纤维凝固过程的调节的气流促进了具有亚微米范围的通道的原纤维结构的形成,该原纤维结构特别适合于容纳液体。原纤维在该图中可以理解为代表亚微米管系统,其对相应纤维(的内部结构)的持液能力提供了强大的贡献。

  在这一点上,还发现在纤维的内部结构内的液体吸收与纤维的溶胀过程一起进行。与热塑性材料相比,精心制作的莱赛尔纤维在其内部具有相对均匀的原纤维毛细管系统,该系统沿纤维延伸。该毛细管系统在吸收液体时会溶胀。

  图10示出了根据本发明的示例性实施方案的如何计算具有偏离圆形横截面的横截面的纤维108的圆度,圆度可以计算为纤维108的横截面的内切圆280与外切圆282之间的比率。

  最小外切圆282被定义为包围图10所示的纤维108的横截面的整个非圆形轮廓的最小圆。最大内切圆280被定义为可以在如图10所示的纤维108的横截面的非圆形轮廓内内切的最大圆。在本文的上下文中,圆度可以定义为内切圆280的半径r除以外切表面282的半径R之间的比率(相反亦然)。圆度可以由所得百分比值表示。因此,在本示例中,R≈2r,并且纤维108的圆度约为50%。为了比较,圆柱形纤维108满足条件R=r并且具有1的圆度。

  纤维壳在绘图平面(即至少基本上垂直于纤维的纵向延伸)内的弯曲,也有助于形成可能会影响总的毛细力并容纳水基和/或油基液体的液体粒子的(小空腔)。结果,偏离圆形横截面也可以帮助织物表现出大的持液能力。

  在给定某一横截面的情况下,纤维的外表面随着圆度的减小而增加,和随着与圆形横截面的偏差的增加而增加。因此,应当清楚的是,圆度也是重要的参数,其影响毛细力,并且因此还影响织物102的持液能力。

  纤维的横截面形状可以例如通过孔口(在图1中用附图标记126表示)(通过该孔口挤出莱赛尔纺丝溶液的各个部分)的相应横截面形状进行调节。然而,各个孔口的其他结构尺寸也可能对所得纤维108的横截面形状产生影响。

  图11示出了根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的示意图,其中,一方面显示了在纤维108之间的不同类型的融合位置204,另一方面显示了在纤维108之间的非融合的交叉位置220。

  融合位置204包括融合点,其中至少两根不同的纤维彼此相交;以及融合线,沿着该融合线,纤维108在其长度的一部分上彼此并行地相互排列以形成沿整个融合线具有直径增加的高级纤维结构206。虽然纤维108在融合位置204处整体连接并且在此仅可以通过破坏纤维网络而分开,但是纤维108仅在交叉位置220处彼此摩擦接触,并且在此可以相对于彼此自由移动。尽管在图11中示出了分别在两个纤维108之间的融合和交叉,但是分别在至少三根纤维108之间也可以发生融合和/或交叉。

  不受特定理论的束缚,目前认为,在未融合的交叉位置或仅不良融合的交叉位置处的无融合或仅不良融合才表现出对于从一根纤维到另一根纤维行进的液体的障碍。在至少两根纤维之间强力融合的情况下(例如参见图11中的附图标记204),所涉及的纤维之间的液体转移要容易得多。即使在织物内的纤维的空间分布不利的情况下,所有纤维也可以容纳液体粒子,使得它们溶胀并有助于液体吸收能力和持液能力。

  图12示出了根据本发明的纤维素纤维非织造织物102的示意性截面图,其包括互连纤维108的两个堆叠的融合的网络层。包括第一纤维108的第一网络层用附图标记200表示。包括第二纤维108的第二网络层用附图标记202表示。由于不同的工艺参数(值),第一纤维108在至少一个物理和/或化学性质上可以与第二纤维108不同。

  根据在此描述的示例性实施方案,第一纤维108的(平均)直径大于第二纤维108的(平均)直径。这由图12的下部的两个细节显示。在图12的上部细节中示出了层200、202之间的界面的重要性质,其中可见层内融合点204,其在界面处将两个层200、202的纤维108整体地结合,以增加织物102在界面处的稳定性。此外,位于不同层200、202中的纤维108中的不同纤维在至少一个相应的内层融合位置204处整体连接(再次参见图12的下部的两个细节)。

  位于不同的纤维网络层200、202中并且形成为具有不同的平均直径的纤维108可具有不同的功能。这样的不同功能可以由不同的平均直径来支持,但是也可以通过相应的涂层等来进一步促进。这种不同的功能可以为例如在芯吸、各向异性行为、不同的吸油能力、不同的吸水和持水能力、不同的清洁额能力和/或不同的粗糙度方面的不同行为。

  图13示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100的一部分,该纤维素纤维非织造织物102由连续纤维素纤维108的两个堆叠层200、202组成。如上所述,图13中所示的装置100与图1中所示的装置100之间的区别在于,根据图13的装置100包括两个串联排列的喷射器122和分别配置的凝固单元128。在本文描述的实施方案中,每个喷射器122分配有两个凝固单元128分配给。在图13中,一个凝固单元128位于在喷射器122和纤维支撑单元132之间延伸的莱赛尔纺丝溶液104的路径的左侧,而另一个凝固单元128位于该路径的相应右侧。考虑到传送带型纤维支撑单元132的可移动纤维容纳表面,图13左侧的上游喷射器122产生层200。层202由下游喷射器122产生(参见图13的右侧),并被附接到先前形成的层200的上部主表面上,从而获得织物102的两个层200、202。

  根据图13,控制单元140(控制喷射器122和所有凝固单元128)被配置用于调节工艺参数,使得不同层200、202的纤维108在纤维直径方面与最小直径相差超过50%。通过控制单元140调节层200、202的纤维108的纤维直径可以包括调节与莱赛尔纺丝溶液104相互作用的凝固流体106的量。此外,图13的实施方案通过沿着可动纤维支撑单元132串联布置具有孔口126(可选地具有不同特性)的多个喷射器122来调节用于调节纤维直径的工艺参数。例如,这种不同的特性可以是不同的孔口126的直径、不同的气流146速度、不同的气流146量和/或不同的气流146压力。尽管未在图13中示出,但是可以在纤维支撑单元132上收集纤维108之后进一步处理纤维108,例如通过水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行的蒸汽处理、和轧光进一步处理纤维108。

  仍然参考图13中所示的实施方案,可以提供一个或多个额外的喷嘴杆(bar)或喷射器122,并且可以沿着纤维支撑单元132的传送方向连续布置。多个喷射器122可以布置成使得另外的纤维108的层202可以沉积在先前形成的层200的顶部上,优选地在层200和/或层202的纤维108的凝固或固化过程完全完成之前,这可以触发融合。当适当地调整工艺参数时,这可以在多层织物102的性能方面具有有利效果。

  不希望受特定理论的束缚,目前认为第二层202可以被认为是第一层200的增强,从而增加了所得非织造织物102的均匀性。机械稳定性的这种增加可以是通过纤维直径变化(特别是纤维间直径变化和/或单根纤维108的纤维内纵向直径变化)进一步改善。当施加更深的(尤其是点状的)压力(例如由空气或水提供)时,纤维108的横截面形状可进一步被有意扭曲,这可有利地导致机械稳定性的进一步提高。

  另一方面,可以触发根据图13的织物102的纤维108之间的预期融合,以进一步提高织物的机械稳定性。

  图14示出了包括三个网络层的纤维素纤维非织造织物102。第一(下层)纤维网络层由附图标记200表示。形成在第一纤维网络层200顶部的第二(中间)纤维网络层由附图标记202表示。形成在第二纤维网络层202的顶部的进一步的(上层)纤维网络层由附图标记202'表示。如上所述,织物102可以包括多于三个的堆叠的纤维网络层。

  从图14可以进一步看出,三个纤维网络层200、202、202'具有不同的厚度。第一纤维网层200具有第一厚度t1。第二纤维网络层202具有第二厚度t2。进一步的维网络层202'具有第三厚度t3。

  本文中描述的织物的特征在于高持水能力和低基重。特别地,尽管具有小于25克/平方米的低的基重,但仍可实现至少850质量%的大持水能力。

  特别是对于需要某些触觉特性的应用,可以将由所述织物制成的纤维网的合适的特定基本性能可以按特定的应用定制。这种特定的基本特性可以是例如特定的液体吸收、保持和/或释放管理,以及织物覆盖层的柔软触感特性。特别地,纤维厚度变化的上述设计参数允许产生柔软性、机械稳定性、液体吸收和保持能力、芯吸(速度)等的期望的组合。

  应当注意,术语“包括”不排除其他元件或步骤,并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。而且,可以组合与不同实施方案相关联描述的元件。还应当注意,权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

  附图标记列表:

  100 纤维素纤维非织造织物的制造装置

  102 纤维素纤维非织造织物/纤维网状织物

  104 莱赛尔纺丝溶液

  106 凝固流体

  108 纤维

  108a原纤维

  108b纤维外壳

  110 木浆

  112 水容器

  113 计量单元

  114 储罐

  116 溶剂容器

  118 洗涤单元

  119 混合单元

  120 溶解单元

  122 喷射器

  124 纤维形成单元

  126 孔口

  128 凝固单元

  132 (传送带式)纤维支撑单元

  134 进一步处理单元

  136 卷绕器

  140 控制单元

  146 气流

  200 融合层/第一网络层

  202 融合层/第二网络层

  202'融合层/另一个网络层

  204 层内融合位置/层内融合点/层内融合线

  206 高级纤维结构

  220 非融合交叉点

  280 内切圆

  282 外切圆

  r、R 内切圆和外切圆的半径

  t1、t2、t3层厚度

  在下文中,描述了用于产生融合系数的变化的实例并且如下表中所示。纤维素纤维织物中的不同融合系数可以通过改变凝固喷雾流量,同时使用恒定的纺丝溶液(即具有恒定稠度的纺丝溶液,特别是莱赛尔纺丝溶液)以及恒定的气体流量(例如空气流量)来实现。由此,可以观察到凝固喷雾流量和融合系数之间的关系,即融合行为的趋势(凝固喷雾流量越高,融合系数越低)。MD在此表示机器方向,CD表示横向。

  在下文中,描述了用于产生融合系数的变化的实例并且如下表中所示。纤维素纤维织物中的不同融合系数可以通过改变凝固喷雾流量,同时使用恒定的纺丝溶液(即具有恒定稠度的纺丝溶液,特别是莱赛尔纺丝溶液)以及恒定的气体流量(例如空气流量)来实现。由此,可以观察到凝固喷雾流量和融合系数之间的关系,即融合行为的趋势(凝固喷雾流量越高,融合系数越低)。MD在此表示机器方向,CD表示横向。

  

  柔软性(由已知的Specific Hand测量技术描述,在非织造标准WSP90.3的基础上用所谓的“Handle-O-Meter”测量,特别是在本专利申请优先权时有效的最新版本)可以遵循上述融合趋势。韧性(用Fmax描述)(例如根据EN29073-3(对应于ISO9073-3),特别是在本专利申请的优先权日有效的最新版本)也可以遵循所述的融合趋势。因此,可以根据融合程度(由融合系数明确说明)调节所得纤维素纤维非织造织物的柔软度和韧性。

《具有增强的持水能力和低基重的纤维素纤维非织造织物.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档

文档为doc格式(或pdf格式)