CN101896656A - 生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法，该方法包括对Lyocell熔喷纤维网采用高压精细喷头进行水刺处理步骤，其特征在于：采用所述高压精细喷头对所述纤维网至少进行三道水刺处理步骤，每道所述水刺处理步骤采用的所述高压精细喷头的压力为75bar以下。此外，本发明涉及通过上述方法获得的产物制造的产品，以及产品的用途。

Description

生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法

技术领域

本发明涉及一种生产包含纤维素纤维的水刺产品(hydroentangled product)的方法，以及采用该方法制得的产品。

背景技术

通过所谓“熔喷”工艺从不同的合成聚合物来制造非织造纤维网是公知的技术。

此外，公知的是使用尤其自WO98/26122，WO99/47733，WO98/07911，US6197230，WO99/64649，WO05/106085，EP1358369，WO02/52070和US2005/56956纤维素的N-甲基-吗啉-N-氧化物(“NMMO”)溶液通过熔喷工艺来织造非织造纤维网。这样的产品通常还在DE10140772A1和WO2007/00319A1中提及。

上述参考文献中公开的熔喷工艺特征在于纤维素的NMMO溶液的挤出线由大致平行于长丝路径方向上的气流流动来提取。通过孔喷出的纤维素溶液形成液体线条或者初生长丝(latent filament)，并通过气流进行拉伸(或者显著地减小直径和增大长度，并且可以被分裂为几个次级长丝(sub-filament))。

然后，在例如转鼓上收集长丝，在此形成纤维网。

所述工艺在下面被称为“Lyocell熔喷工艺”。由Lyocell熔喷工艺制造的非织造熔喷纤维网在下面被称为“Lyocell熔喷纤维网”。出于本发明的目的，术语“Lyocell熔喷工艺”包括连续长丝的制备工序(该工序在文献中也被称作“纺粘工序”)、离散长度纤维的制备工序以及连续长丝和离散长度纤维混合物的制备工序。

与之相比，WO06/035458公开了一种制造所谓“纺粘非织造织物”的方法，即，挤出的长丝不通过气流拉伸，而是通过沉淀液(precipitation fluid)的流动来拉伸。

现今多种固结(bonding)非织造纤维网的手段为公众所知。根据非织造纤维网的性质不同可以选择不同的加固方法，比如：化学固结、热固结、针刺固结以及水刺固结。

PCT/AT2007/000192(尚未预公开)披露了一种Lyocell熔喷工艺与水刺联合的方法，藉此，可以生产适用于不同用途的性能优异的加固纤维网，其具有另外的多种协同效应的优点。

PCT/AT2007/000192披露的生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法包括以下步骤：

-将包含溶解在水性叔胺氧化物中的纤维素的溶液通过喷丝头挤出到空气隙中，由此形成长丝；

-将所述长丝在空气隙中与介质相接触，该介质至少部分凝结所述长丝；

-采用气流拉伸所述长丝；

-收集并沉淀所述长丝以形成纤维网；

-采用水刺方法加固纤维网。

通过上述方法，熔喷工艺形成的稳定轻质纤维网能够采用常用的方法进一步加工以形成固结的纤维网。

PCT/AT2007/000192中，Lyocell熔喷纤维网可以通过带有3个压力头的射流喷网(spunlace)生产线加固，第一压力头的工作压力大约为20bar，在上侧的第二压力头的工作压力大约为100bar，下侧的第三压力头的工作压力是大约100bar。该生产线的运行速度大约为40m/min。如果水刺步骤被应用于整个的未干燥Lyocell熔喷连续生产工艺上，射流喷网生产线的生产速度可以根据纤维网的供应速度进行调节。

发明内容

本发明的一个目的是进一步提高水刺Lyocell熔喷纤维网的性能。

通过本发明的生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法实现上述目的，其中Lyocell熔喷纤维网由高压精细喷头水处理，其特征在于：

-纤维网由所述高压精细喷头至少进行三道处理步骤；

-在每个所述处理步骤中，所述高压精细喷头的压力为75bar或更低。

令人意外的是，变更水刺工序的一些参数后，Lyocell熔喷纤维网的性能产生了显著的提高。尤其是，本发明的方法生产的纤维网在强度方面较之以前的产品有了提升。

之所以令人意外，尤其是因为本发明的方法，体现特征于高压喷头施加在纤维网上的压力是相当小的，即75bar或更低。然而，众所周知的是水刺产品的强度随着水压力的增大而增大(参见Kamath et al.“Spunlace(Hydroentanglement)”http://web.utk.edu/～mse/pages/Textiles/Spunlace.htm)。

本发明中，纤维网由高压精细喷头至少进行三道处理步骤。“处理步骤”的意思是，纤维网从喷头歧管(jet manifold)的上方或者下方通过，高压精细喷头由该喷头歧管喷向该纤维网。由此可以理解的是，若干道处理步骤可以通过将纤维网通过一个单独喷头歧管若干次进行，和/或将纤维网通过若干个喷头歧管来完成。

术语“喷水头”意指主要喷出水的喷头，但并不限于此，喷头喷出的水还可以包含少量的其他物质，比如改性剂。

优选的，纤维网进行至少四道处理步骤。纤维网也可以经受例如五道处理步骤。

根据本发明的优选实施例，每道处理步骤中高压喷头的工作压力为55bar或更低。更进一步优选地压力为50bar或30bar。采用30bar压力的5道处理步骤或者采用50bar压力的5道处理步骤中的各道步骤，都得到很好的结果。

对于面积重量10g/m²或更低的非常轻质的产品的生产，约20bar的工作压力经证实也是可取的。

在另一个实施方案中，纤维网的每一侧都至少经过一道处理步骤。公知的是，水刺工艺中，纤维网的两侧均经过了至少一道的水喷射的处理。例如，纤维网上侧可经过两道处理，而纤维网下侧可经过一道处理。然而，仅纤维网的一侧经过水喷射处理的技术方案也包含在本发明的框架内。

水刺工序的运行速度可以由本领域技术人员根据普通技术知识进行选择。大约20m/min的运行书的经证实是合适的。

Lyocell熔喷纤维网可以通过PCT/AT2007/000192、WO02/52070及US2005/56956公开的工艺制备得到。

根据本发明的另一优选实施方式，Lyocell熔喷纤维网可以由包括以下步骤的方法制得：

(a)将包含溶解在水性叔胺氧化物中的纤维素的溶液通过喷丝头挤出到空气隙中，由此形成长丝；

(b)将所述长丝在空气隙中与介质相接触，该介质至少能部分凝结所述长丝；

(c)采用气流在空气隙中拉伸所述长丝；

(d)收集并沉淀所述长丝以形成纤维网。

优选的，步骤(b)中所用介质是蒸汽雾，优选是水雾。

步骤(b)限定了在空气隙中采用部分凝结的介质处理长丝的全部工艺。采用蒸汽雾在空气隙中处理长丝的方法可以从文献中获知，例如WO99/64649。

通过步骤(b)，长丝在形成纤维网前至少部分沉淀。与仅在形成纤维网之后才凝结纤维网所形成的产品“类似纸的”性能相比，以显示此措赋予由此生产的纤维网更柔软且更类似纺织品的性能。

另外，认为通过成网前长丝至少部分沉淀，使得纤维网中的长丝不会如沉淀长丝前形成的纤维网中的长丝以相同的程度度粘结在一起(纤维素的NMMO纺丝液(dope)纺出的未沉淀长丝是相当粘稠的)。这有利于提高水刺工艺的效果。这是因为提高水刺工艺的工作效率，单独的长丝应该在纤维网中自由移动，即，长丝未融结和重叠。

在进一步优选实施方案中，在未干燥纤维网上进行水刺工序。“未干燥纤维网(never-dried web)”被理解为通过收集和沉淀长丝形成纤维网之后，还没有被干燥。

这种实施例能够带来多种协同效应。在以前的工艺中，首先产生纤维网，其(如果通过湿法途径产生)必须进行干燥并以干燥状态被提供到外部水刺装置中。

通过将熔喷工艺和水刺工序结合而不预先干燥产品，可以节省用于预先干燥纤维网的所需的能量和水(以前需要用来重新润湿产品)。

此外，如同已知的那样，在Lyocell工艺中残留的溶剂必须通过水性清洗液体来洗出。采用大部分为水的处理液体的水刺工序可以充当除了以前的清洗步骤之外的另外有效的清洗步骤，由此降低了需要清洗纤维网以外的清洗量。

在未干燥纤维网上进行水刺工序的优选实施方式在下面被称为“在线固结”。

根据本发明的方法可以进一步包括步骤：

(e)通过选自压花、穿孔或标记纤维网的处理来处理该纤维网。

压花、穿孔或着标记纤维网(例如通过施加着色图案等)的装置是本领域技术人员已知的那样。在已预先固结了的固结纤维网上进行步骤(e)也是可能的。

在另一种优选实施例中，步骤(e)和水刺工序同时进行。例如，可以通过改变在水刺工序中的水压，比如通过周期性的改变或者通过在贯穿纤维网的标记效果和不同密度的纤维网的不同部分的高压的改变，获得压花的印痕。

根据本发明的另一实施方式，包括步骤：

(f)将附加的材料混合到包含溶解在水性叔胺氧化物中的纤维素的溶液、其前体和/或所述纤维网中。

“前体”表示Lyocell工艺的任何起始的或中间的产物，例如诸如用于制造溶液的纤维素浆、NMMO溶剂、用作制造溶液之前的中间产物的该浆和NMMO溶剂的悬浮液等。

所述的附加的材料可以优选选自纤维素材料，比如纤维素纤维和浆，例如绒毛浆；非纤维素聚合物，特别是非纤维素聚合物纤维，双组分纤维；改性物质，例如染料，抗菌物质，离子交换剂，活性碳，纳米粒子，洗剂，阻燃剂，超级吸收剂，浸渍剂，染料，整理剂，交联剂，接枝剂，粘合剂；及其混合物。

“粘合剂”表示能够通过例如热固化来进一步固结纤维网的试剂。

本领域技术人员公知上述提及的材料可以以何种方式加入到Lyocell熔喷工艺的哪个步骤中。

特别地，步骤(f)可以在水刺工序之前进行。因此，改性材料在固结步骤之前被加入到纤维网或者其前体中去。与在纤维网固结之后加入所述材料的方法相比，纤维网固结后，所述材料更加紧密地结合在纤维网中。

所述附加的材料，还可以通过将其溶解或者分散在所用的水刺流体中，而被混合到纤维网中。这意味着，例如与通过进行水刺的固结相同，改性材料被加入到水刺流体中并混入纤维网中。

根据本发明的方法的另外的实施方案包括步骤：

(g)将所述纤维网附着到另外的材料层(特别的，纤维-、膜-或者网状-层)的一面或者两面上。

通过这种实施方案可以生产复合材料，该复合材料由例如根据本发明的制得的一层纤维网和纤维网的一面或者两面上的一个或者多个另外的层组成。可以形成“夹层”结构，其中纤维素纤维网被嵌入到任选不同的两个层之间，该层例如膜或者网状材料层。

所述的层基本上可以由选自以下的材料组成：纤维素材料，例如纤维素纤维和浆；非纤维素聚合物；及其混合物。

复合材料或者“夹层”产品的实例包括具有下面的材料的层的复合材料：合成聚合物，纤维素绒毛浆，纤维素或者合成聚合物纤维的非织造纤维网，双组分纤维，纤维素浆(例如气流成网浆粕(airlaid pulp))的纤维网，高韧性纤维的纤维网或者织物，疏水材料，高性能纤维(例如防弹材料)，耐高温材料或者阻燃材料，赋予最终产品改变的机械性能的层(例如聚丙烯或者聚酯层)，可生物降解材料(例如聚乳酸的膜，纤维或者纤维网)，和/或高膨体材料(例如聚丙烯晴)。

此外，可以生产这样的复合材料，其中一个例如合成聚合物材料层被嵌入到两个或者多个根据本发明所制造的纤维素纤维网的层之间。例如，可以制造强度高但是使人生理上感觉不舒适的夹层结构产品，例如疏水层嵌入到两个纤维素纤维网层之间。另一个实例是夹层产品，其包含带有一个或者两个纤维素熔喷纤维网层的浆粕气流成网的层。

包含复合材料的其他实例，比如尿布或者运动产品，根据产品的需求不同，为与皮肤接触的亲水性层或者疏水性层。

在本发明的一个实施方案里，步骤(g)，即接合一个或多个层到纤维素纤维网上是在水刺工序之前进行的。

特别的，可以生产熔喷Lyocell纤维网，将该纤维网与例如聚合物材料的层复合，并然后通过水刺工序加固该复合材料。

也可以组合几个Lyocell熔喷纤维网层。

为了生产不同的“夹层”结构，可以设置几个挤出头用于挤出纤维素NMMO溶液，由此制得几种纤维素熔喷纤维网的层，并适当设置另外层的源，例如膜、纤维或者网状层，使得以预期的次序与不同的层接触，最终获得具有所需的不同层复合的“夹层”产品。

其中，附加层的附加源，也可以是用于生产聚合物纤维材料的熔喷或者纺粘产品的挤出头。

例如，聚丙烯非织造纤维网的源可以以这样的方式与Lyocell熔喷纤维网的源组合：非织造聚丙烯纤维网被供给到未干燥Lyocell熔喷纤维网之上。之后，结合的纤维网进行水刺。

全部这些可以“在线”完成，即，在Lyocell熔喷工艺的框架内完成，并优选通过根据本发明的水刺工序来增强“在线”获得的复合材料。

如果非织造材料被用作另外的层，那么，这些纤维网可以是预固结的或者尚未固结的。如果这些纤维网尚未固结，可以采用水刺工序进行固结。

另外，非织造废料也可以与熔喷Lyocell纤维网结合，例如作为附加层，或者通过利用包含状非织造废料条带的织物，该条带被织造于该织物中，例如WO04/53216所提出。

利用双组分纤维也能够制造具有确定的纵向(MD)与横向(CD)的取向比的产品，所述双组分纤维被混入到纤维素纤维网中和/或分别作为接合于其上的一个或者多个层的部分，例如WO03/56088所公开的那样。

经过水刺工序之后，已经固结的纤维网还可以经过清洗、烘干及收集成卷装产品(collected to rolled goods)。

另一方面，本发明涉及包含根据本发明可获得的纤维素纤维的水刺熔喷纤维网。根据本发明可制得的水刺纤维网尤其在强度上超过了以往的产品。

典型的，根据本发明的水刺熔喷纤维网具有的重量为10～250克/平方米，优选可以是30～150克/平方米，进一步优选可以是50～120克/平方米。

然而，另外一个方案中，根据本发明的水刺纤维网的特征在于其面积重量在10克/平方米以下。迄今没有文献公开面积重量在10克/平方米以下并具有用于多种应用中(例如，至少自支撑(self-supporting))的足够强度的水刺Lyocell熔喷纤维网。

根据本发明的纤维网可以以穿孔的、压花的和/或标记的状态而存在。

在本发明的一种实施方案中，该纤维网基本上由纤维素组成。

在一个替代的实施方案中，根据本发明的纤维网包含选自下面的附加的材料：纤维素材料，例如纤维素纤维和浆；非纤维素聚合物，特别是非纤维素聚合物纤维，双组分纤维；改性物质，抗菌产品，离子交换剂产品，纳米粒子，洗剂，阻燃剂产品，吸收改进添加剂例如超吸收树脂，碳树脂例如活性碳，石墨，导电碳；X射线对比树脂(X-ray contrast resin)，发光颜料，染料，用于提高化学和机械稳定性的树脂，整理剂，交联剂，接枝剂，结合剂；及其混合物。

本发明的另外一方面涉及含有根据本发明工艺的纤维网的制品，其中所述的纤维网已经接合到附加材料层(特别是纤维-、膜-或者网状-层)的一面或者两面上。

如上所述，所述的层可以基本上由选自下面的材料组成：纤维素材料，例如纤维素纤维和浆；非纤维素聚合物，特别是非纤维素聚合物纤维，双组分纤维；及其混合物。

根据本发明的纤维网和制品可以用作选自下面的产品：擦布，过滤器，吸收性卫生产品，医学产品，土工布(geotextile)，衣服，建筑产品，汽车产品，家具，工业产品，休闲和旅游产品，教学和办公产品；或者作为这样产品的一部分。

特别的，根据本发明的纤维网和/或制品可以用于选自下面的产品中：擦布，例如婴儿湿巾，厨房擦布，湿巾，化妆擦巾，卫生巾，清洁抹布，玻璃擦布，透镜清洁巾，抛光擦布，例如用于汽车和家具的抛光擦布，灰尘擦布，工业擦布，私生活擦布，卫生间擦布，地板擦布，玻璃(glas)擦布，医学擦布，例如清洁和外科手术前的擦布，掸子和拖把；过滤器，例如空气过滤器，例如HVAC，HEPA和ULPA过滤器，废气过滤器，液体过滤器，咖啡过滤器，茶叶袋，咖啡袋，食物过滤器，净水过滤器，血液过滤器，香烟过滤器，座舱过滤器，燃料过滤器，油过滤器，滤筒，真空过滤器，真空清洁袋，灰尘过滤器，水压过滤器，厨房过滤器，鼓风机过滤器，啤酒过滤器，牛奶过滤器，液体冷却剂过滤器，果汁过滤器，面罩和活性炭过滤器；一次性吸收性产品例如获得物层，覆盖层料，分布层，吸收剂覆盖物，卫生棉，童裤衬垫，尿布，失禁产品，毛巾，棉球，月经带，背片，腿护腕，可冲洗(flushable)产品，衬垫，护垫，一次性内衣裤，训练短裤，卸妆垫和面巾；医学产品，例如一次性帽子，长袍，面罩和鞋套，伤口护理物，消毒包装，覆盖层料，衣饰材料，一次性衣服，透析产品，通鼻条，齿板粘胶，窗帘，围巾和包裹，海绵填料和擦布，被单和枕套，经皮药物释放材料，寿衣，卫生护垫，手术包，热装罐，造口术袋内衬，定影带和培养器垫；结构和/或增强产品例如土工布产品，保护草坪，净水产品，灌溉控制产品，沥青涂面层，土壤稳定产品，排水产品，例如排水道内衬，沉降和腐蚀控制产品，池塘内衬，注入基产品，固土产品，坑洞衬，种子覆层，杂草控制纤维网，温室棚，树根袋和生物可分解植物罐；建筑物产品，例如屋顶和瓷砖垫，地基防水层(underslating)，热和噪音绝缘物，家用毯子，糊墙纸板饰面，管套，混凝土浇铸层，地基和地面稳定产品，垂直排水装置，木瓦，屋顶油毡，噪音消除材料，增强材料，密封材料，机械阻尼材料，防火材料，沥青涂层支承材料，增强混凝土和增强聚合物；汽车产品，例如座舱滤净器，防护罩衬垫，盘管架，挡热板，后舱室饰板，模制的烟筒帽垫，防护地板覆盖物，油过滤器，汽车顶蓬，后盘管架，装饰性纤维网，安全气袋，消音器垫，绝缘材料，汽车罩，填充底料，汽车垫，磁带，衬背和穗饰地毯，座位罩，车门饰材，针式毯，汽车地毯衬背，和增强聚合物；家具产品，例如家具构件，绝缘子臂和衬背，厚垫子，防尘罩，内衬，加强缝合料，边饰材料，床构件，棉被衬背，弹簧套，床垫部件，床垫罩，窗帘，挂毯，地毯衬背，灯罩，床垫构件，弹簧绝缘器，密封物，厚枕垫，厚床垫和用于填充物应用的高厚纤维网，例如一次性棉被；工业产品，例如电子产品，柔性磁盘内衬，电缆绝缘，研磨剂，绝缘带，传送带，噪音吸收层，空调产品，蓄电池隔板，酸性体系，防滑垫，除污剂，食品包裹，胶带，肠衣，奶酪盒，人造革，油回收栅和短袜，造纸毡，壶去鳞器袋，和防火栅栏；旅游或者休闲产品，例如睡袋，帐篷，行李，手提袋，购物袋，航空枕头，CD保护产品，枕头套，夹层结构包装和冲浪板；和教学或办公产品，例如书皮，邮寄信封，地图，标牌和短绳，毛巾，旗子和钞票；或者作为这样的产品的一部分。

具体实施方式

依据下面的实施例，进一步描述本发明的优选实施方式的细节：

实施例：

根据PCT/AT2007/000192公开的方法，特别地，包括在长丝形成之前部分凝结(即，前述的步骤(b))，准备好不同重量的未干燥熔喷Lyocell纤维网。这些的纤维网在不同的工艺条件下进行水刺。所得的纤维网与未经水刺的产品(参考强度＝100％)度力测试的平均结果如下：

实施例1：50克/平方米纤维素纤维网，加工速度为20米/分

可以明确地看出，根据本发明的方法的产品(实施例1，2，3各自地)呈现出较现有技术产品显著更好的的强度。

实施例2：5克/平方米微纤维纤维素纤维网，加工速度为20米/分

试验4(根据本发明)制得的纤维网具有可以应用于许多应用的足够的强度。与其相反根据PCT/AT2007/000192公开的水刺方法，不可能制得具有足够强度的产品。

Claims (9)

1.生产包含纤维素纤维的水刺产品的方法，其中Lycell熔喷纤维网由高压精细喷头喷出的水进行处理，其特征在于：

-所述纤维网由所述高压精细喷头至少进行三道处理步骤；

-每道所述处理步骤中，所述高压喷头的压力为75bar或更低。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述纤维网至少进行四道处理步骤。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于每道所述处理步骤中，所述高压喷头的压力为55bar或更低。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述纤维网的每一面至少进行一道处理步骤。

5.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述纤维网通过包含下面步骤的工艺制得：

(a)将包含溶解在水性叔胺氧化物中的纤维素的溶液通过喷丝头挤出到空气隙中，由此形成长丝；

(b)将所述长丝在空气隙中与介质相接触，该介质至少部分地凝结所述长丝；

(c)采用气流在空气隙中拉伸所述长丝；

(d)收集并沉淀所述长丝以形成纤维网。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的介质是蒸汽雾，优选是水雾。

7.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于所述的纤维网是未干燥纤维网。

8.由前述任一项权利要求所述的方法制得的水刺Lyocell熔喷纤维网。

9.如权利要求8所述的纤维网，其特征在于该纤维网具有10克/平方米以下的面积重量。