專利名稱：生產包含纖維素纖維的水刺產品的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產包含纖維素纖維的水刺產品(hydroentangled product)的 方法，以及采用該方法制得的產品。
背景技術：
通過所謂“熔噴”工藝從不同的合成聚合物來制造非織造纖維網是公知的技術。此外，公知的是使用尤其自W098/26122，W099/47733, W098/07911, US6197230, W099/64649,W005/106085,EP1358369,ff002/52070 和 US2005/56956 纖維素的 N-甲基-嗎 啉-N-氧化物(“ΝΜΜ0”)溶液通過熔噴工藝來織造非織造纖維網。這樣的產品通常還在 DE10140772A1 和 W02007/00319A1 中提及。上述參考文獻中公開的熔噴工藝特征在于纖維素的NMMO溶液的擠出線由大致平 行于長絲路徑方向上的氣流流動來提取。通過孔噴出的纖維素溶液形成液體線條或者初生 長絲(latent filament)，并通過氣流進行拉伸(或者顯著地減小直徑和增大長度，并且可 以被分裂為幾個次級長絲(sub-filament))。然后，在例如轉鼓上收集長絲，在此形成纖維網。所述工藝在下面被稱為“Lyocell熔噴工藝”。由Lyocell熔噴工藝制造的非織造 熔噴纖維網在下面被稱為“Lyocell熔噴纖維網”。出于本發明的目的，術語“Lyocell熔噴 工藝”包括連續長絲的制備工序(該工序在文獻中也被稱作“紡粘工序”)、離散長度纖維的 制備工序以及連續長絲和離散長度纖維混合物的制備工序。與之相比，W006/035458公開了一種制造所謂“紡粘非織造織物”的方法，S卩，擠出 的長絲不通過氣流拉伸，而是通過沉淀液(precipitation fluid)的流動來拉伸。現今多種固結(bonding)非織造纖維網的手段為公眾所知。根據非織造纖維網的 性質不同可以選擇不同的加固方法，比如化學固結、熱固結、針刺固結以及水刺固結。PCT/AT2007/000192(尚未預公開)披露了一種Lyocell熔噴工藝與水刺聯合的方 法，藉此，可以生產適用于不同用途的性能優異的加固纖維網，其具有另外的多種協同效應 的優點。PCT/AT2007/000192披露的生產包含纖維素纖維的水刺產品的方法包括以下步 驟-將包含溶解在水性叔胺氧化物中的纖維素的溶液通過噴絲頭擠出到空氣隙中， 由此形成長絲；_將所述長絲在空氣隙中與介質相接觸，該介質至少部分凝結所述長絲；-采用氣流拉伸所述長絲；-收集并沉淀所述長絲以形成纖維網；_采用水刺方法加固纖維網。通過上述方法，熔噴工藝形成的穩定輕質纖維網能夠采用常用的方法進一步加工 以形成固結的纖維網。
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PCT/AT2007/000192中，Lyocell熔噴纖維網可以通過帶有3個壓力頭的射流噴 網(spimlace)生產線加固，第一壓力頭的工作壓力大約為20bar，在上側的第二壓力頭的 工作壓力大約為lOObar，下側的第三壓力頭的工作壓力是大約lOObar。該生產線的運行速 度大約為40m/min。如果水刺步驟被應用于整個的未干燥Lyocell熔噴連續生產工藝上，射 流噴網生產線的生產速度可以根據纖維網的供應速度進行調節。
發明內容
本發明的一個目的是進一步提高水刺Lyocell熔噴纖維網的性能。通過本發明的生產包含纖維素纖維的水刺產品的方法實現上述目的，其中 Lyocell熔噴纖維網由高壓精細噴頭水處理，其特征在于-纖維網由所述高壓精細噴頭至少進行三道處理步驟；-在每個所述處理步驟中，所述高壓精細噴頭的壓力為75bar或更低。令人意外的是，變更水刺工序的一些參數后，Lyocell熔噴纖維網的性能產生了顯 著的提高。尤其是，本發明的方法生產的纖維網在強度方面較之以前的產品有了提升。之所以令人意外，尤其是因為本發明的方法，體現特征于高壓噴頭施加在纖維網 上的壓力是相當小的，即75bar或更低。然而，眾所周知的是水刺產品的強度隨著水壓力 的增大而增大(參見 Kamath et al. "Spunlace (Hydroentanglement) http //web, utk. edu/ mse/paRes/Textiles/Spunlace. htm)。本發明中，纖維網由高壓精細噴頭至少進行三道處理步驟。“處理步驟”的意思是， 纖維網從噴頭歧管(jet manifold)的上方或者下方通過，高壓精細噴頭由該噴頭歧管噴向 該纖維網。由此可以理解的是，若干道處理步驟可以通過將纖維網通過一個單獨噴頭歧管 若干次進行，和/或將纖維網通過若干個噴頭歧管來完成。術語“噴水頭”意指主要噴出水的噴頭，但并不限于此，噴頭噴出的水還可以包含 少量的其他物質，比如改性劑。優選的，纖維網進行至少四道處理步驟。纖維網也可以經受例如五道處理步驟。根據本發明的優選實施例，每道處理步驟中高壓噴頭的工作壓力為55bar或更 低。更進一步優選地壓力為50bar或30bar。采用30bar壓力的5道處理步驟或者采用 50bar壓力的5道處理步驟中的各道步驟，都得到很好的結果。對于面積重量10g/m2或更低的非常輕質的產品的生產，約20bar的工作壓力經證 實也是可取的。在另一個實施方案中，纖維網的每一側都至少經過一道處理步驟。公知的是，水刺 工藝中，纖維網的兩側均經過了至少一道的水噴射的處理。例如，纖維網上側可經過兩道處 理，而纖維網下側可經過一道處理。然而，僅纖維網的一側經過水噴射處理的技術方案也包 含在本發明的框架內。水刺工序的運行速度可以由本領域技術人員根據普通技術知識進行選擇。大約 20m/min的運行書的經證實是合適的。Lyocell 熔噴纖維網可以通過 PCT/AT2007/000192、W002/52070 及 US2005/56956 公開的工藝制備得到。根據本發明的另一優選實施方式，Lyocell熔噴纖維網可以由包括以下步驟的方法制得(a)將包含溶解在水性叔胺氧化物中的纖維素的溶液通過噴絲頭擠出到空氣隙 中，由此形成長絲；(b)將所述長絲在空氣隙中與介質相接觸，該介質至少能部分凝結所述長絲；(C)采用氣流在空氣隙中拉伸所述長絲；(d)收集并沉淀所述長絲以形成纖維網。優選的，步驟(b)中所用介質是蒸汽霧，優選是水霧。步驟(b)限定了在空氣隙中采用部分凝結的介質處理長絲的全部工藝。采用蒸汽 霧在空氣隙中處理長絲的方法可以從文獻中獲知，例如W099/64649。通過步驟(b)，長絲在形成纖維網前至少部分沉淀。與僅在形成纖維網之后才凝結 纖維網所形成的產品“類似紙的”性能相比，以顯示此措賦予由此生產的纖維網更柔軟且更 類似紡織品的性能。另外，認為通過成網前長絲至少部分沉淀，使得纖維網中的長絲不會如沉淀長絲 前形成的纖維網中的長絲以相同的程度度粘結在一起(纖維素的NMMO紡絲液(dope)紡出 的未沉淀長絲是相當粘稠的)。這有利于提高水刺工藝的效果。這是因為提高水刺工藝的 工作效率，單獨的長絲應該在纖維網中自由移動，g卩，長絲未融結和重疊。在進一步優選實施方案中，在未干燥纖維網上進行水刺工序。“未干燥纖維網 (never-dried web) ”被理解為通過收集和沉淀長絲形成纖維網之后，還沒有被干燥。這種實施例能夠帶來多種協同效應。在以前的工藝中，首先產生纖維網，其(如果 通過濕法途徑產生)必須進行干燥并以干燥狀態被提供到外部水刺裝置中。通過將熔噴工藝和水刺工序結合而不預先干燥產品，可以節省用于預先干燥纖維 網的所需的能量和水(以前需要用來重新潤濕產品)。此外，如同已知的那樣，在Lyocell工藝中殘留的溶劑必須通過水性清洗液體來 洗出。采用大部分為水的處理液體的水刺工序可以充當除了以前的清洗步驟之外的另外有 效的清洗步驟，由此降低了需要清洗纖維網以外的清洗量。在未干燥纖維網上進行水刺工序的優選實施方式在下面被稱為“在線固結”。根據本發明的方法可以進一步包括步驟(e)通過選自壓花、穿孔或標記纖維網的處理來處理該纖維網。壓花、穿孔或著標記纖維網(例如通過施加著色圖案等)的裝置是本領域技術人 員已知的那樣。在已預先固結了的固結纖維網上進行步驟(e)也是可能的。在另一種優選實施例中，步驟(e)和水刺工序同時進行。例如，可以通過改變在水 刺工序中的水壓，比如通過周期性的改變或者通過在貫穿纖維網的標記效果和不同密度的 纖維網的不同部分的高壓的改變，獲得壓花的印痕。根據本發明的另一實施方式，包括步驟(f)將附加的材料混合到包含溶解在水性叔胺氧化物中的纖維素的溶液、其前體 和/或所述纖維網中。“前體”表示Lyocell工藝的任何起始的或中間的產物，例如諸如用于制造溶液的 纖維素漿、NMMO溶劑、用作制造溶液之前的中間產物的該漿和NMMO溶劑的懸浮液等。所述的附加的材料可以優選選自纖維素材料，比如纖維素纖維和漿，例如絨毛漿；
5非纖維素聚合物，特別是非纖維素聚合物纖維，雙組分纖維；改性物質，例如染料，抗菌物 質，離子交換劑，活性碳，納米粒子，洗劑，阻燃劑，超級吸收劑，浸漬劑，染料，整理劑，交聯 劑，接枝劑，粘合劑；及其混合物。“粘合劑”表示能夠通過例如熱固化來進一步固結纖維網的試劑。本領域技術人員公知上述提及的材料可以以何種方式加入到Lyocell熔噴工藝 的哪個步驟中。特別地，步驟(f)可以在水刺工序之前進行。因此，改性材料在固結步驟之前被加 入到纖維網或者其前體中去。與在纖維網固結之后加入所述材料的方法相比，纖維網固結 后，所述材料更加緊密地結合在纖維網中。所述附加的材料，還可以通過將其溶解或者分散在所用的水刺流體中，而被混合 到纖維網中。這意味著，例如與通過進行水刺的固結相同，改性材料被加入到水刺流體中并 混入纖維網中。根據本發明的方法的另外的實施方案包括步驟(g)將所述纖維網附著到另外的材料層(特別的，纖維_、膜-或者網狀-層)的
一面或者兩面上。通過這種實施方案可以生產復合材料，該復合材料由例如根據本發明的制得的一 層纖維網和纖維網的一面或者兩面上的一個或者多個另外的層組成。可以形成“夾層”結 構，其中纖維素纖維網被嵌入到任選不同的兩個層之間，該層例如膜或者網狀材料層。所述的層基本上可以由選自以下的材料組成纖維素材料，例如纖維素纖維和漿； 非纖維素聚合物；及其混合物。復合材料或者“夾層”產品的實例包括具有下面的材料的層的復合材料合成聚 合物，纖維素絨毛漿，纖維素或者合成聚合物纖維的非織造纖維網，雙組分纖維，纖維素漿 (例如氣流成網漿粕(airlaid pulp))的纖維網，高韌性纖維的纖維網或者織物，疏水材 料，高性能纖維(例如防彈材料)，耐高溫材料或者阻燃材料，賦予最終產品改變的機械性 能的層(例如聚丙烯或者聚酯層)，可生物降解材料(例如聚乳酸的膜，纖維或者纖維網)， 和/或高膨體材料(例如聚丙烯晴)。此外，可以生產這樣的復合材料，其中一個例如合成聚合物材料層被嵌入到兩個 或者多個根據本發明所制造的纖維素纖維網的層之間。例如，可以制造強度高但是使人生 理上感覺不舒適的夾層結構產品，例如疏水層嵌入到兩個纖維素纖維網層之間。另一個實 例是夾層產品，其包含帶有一個或者兩個纖維素熔噴纖維網層的漿粕氣流成網的層。包含復合材料的其他實例，比如尿布或者運動產品，根據產品的需求不同，為與皮 膚接觸的親水性層或者疏水性層。在本發明的一個實施方案里，步驟(g)，即接合一個或多個層到纖維素纖維網上是 在水刺工序之前進行的。特別的，可以生產熔噴Lyocell纖維網，將該纖維網與例如聚合物材料的層復合， 并然后通過水刺工序加固該復合材料。也可以組合幾個Lyocell熔噴纖維網層。為了生產不同的“夾層”結構，可以設置幾個擠出頭用于擠出纖維素NMMO溶液，由 此制得幾種纖維素熔噴纖維網的層，并適當設置另外層的源，例如膜、纖維或者網狀層，使得以預期的次序與不同的層接觸，最終獲得具有所需的不同層復合的“夾層”產品。其中，附加層的附加源，也可以是用于生產聚合物纖維材料的熔噴或者紡粘產品 的擠出頭。例如，聚丙烯非織造纖維網的源可以以這樣的方式與Lyocell熔噴纖維網的源組 合非織造聚丙烯纖維網被供給到未干燥Lyocell熔噴纖維網之上。之后，結合的纖維網進 行水刺。全部這些可以“在線”完成，S卩，在Lyocell熔噴工藝的框架內完成，并優選通過根 據本發明的水刺工序來增強“在線”獲得的復合材料。如果非織造材料被用作另外的層，那么，這些纖維網可以是預固結的或者尚未固 結的。如果這些纖維網尚未固結，可以采用水刺工序進行固結。另外，非織造廢料也可以與熔噴Lyocell纖維網結合，例如作為附加層，或者通過 利用包含狀非織造廢料條帶的織物，該條帶被織造于該織物中，例如W004/53216所提出。利用雙組分纖維也能夠制造具有確定的縱向(MD)與橫向(CD)的取向比的產品， 所述雙組分纖維被混入到纖維素纖維網中和/或分別作為接合于其上的一個或者多個層 的部分，例如W003/56088所公開的那樣。經過水刺工序之后，已經固結的纖維網還可以經過清洗、烘干及收集成卷裝產品 (collected to rolled goods)。另一方面，本發明涉及包含根據本發明可獲得的纖維素纖維的水刺熔噴纖維網。 根據本發明可制得的水刺纖維網尤其在強度上超過了以往的產品。典型的，根據本發明的水刺熔噴纖維網具有的重量為10 250克/平方米，優選 可以是30 150克/平方米，進一步優選可以是50 120克/平方米。然而，另外一個方案中，根據本發明的水刺纖維網的特征在于其面積重量在10克 /平方米以下。迄今沒有文獻公開面積重量在10克/平方米以下并具有用于多種應用中 (例如，至少自支撐(self-supporting))的足夠強度的水刺Lyocell熔噴纖維網。根據本發明的纖維網可以以穿孔的、壓花的和/或標記的狀態而存在。在本發明的一種實施方案中，該纖維網基本上由纖維素組成。在一個替代的實施方案中，根據本發明的纖維網包含選自下面的附加的材料纖 維素材料，例如纖維素纖維和漿；非纖維素聚合物，特別是非纖維素聚合物纖維，雙組分 纖維；改性物質，抗菌產品，離子交換劑產品，納米粒子，洗劑，阻燃劑產品，吸收改進添加 劑例如超吸收樹脂，碳樹脂例如活性碳，石墨，導電碳；X射線對比樹脂(X-ray contrast resin)，發光顏料，染料，用于提高化學和機械穩定性的樹脂，整理劑，交聯劑，接枝劑，結合 劑；及其混合物。本發明的另外一方面涉及含有根據本發明工藝的纖維網的制品，其中所述的纖維 網已經接合到附加材料層(特別是纖維_、膜-或者網狀-層)的一面或者兩面上。如上所述，所述的層可以基本上由選自下面的材料組成纖維素材料，例如纖維素 纖維和漿；非纖維素聚合物，特別是非纖維素聚合物纖維，雙組分纖維；及其混合物。根據本發明的纖維網和制品可以用作選自下面的產品擦布，過濾器，吸收性衛生 產品，醫學產品，土工布(geotextiIe)，衣服，建筑產品，汽車產品，家具，工業產品，休閑和 旅游產品，教學和辦公產品；或者作為這樣產品的一部分。
特別的，根據本發明的纖維網和/或制品可以用于選自下面的產品中擦布，例 如嬰兒濕巾，廚房擦布，濕巾，化妝擦巾，衛生巾，清潔抹布，玻璃擦布，透鏡清潔巾，拋光擦 布，例如用于汽車和家具的拋光擦布，灰塵擦布，工業擦布，私生活擦布，衛生間擦布，地板 擦布，玻璃(glas)擦布，醫學擦布，例如清潔和外科手術前的擦布，撣子和拖把；過濾器， 例如空氣過濾器，例如HVAC，HEPA和ULPA過濾器，廢氣過濾器，液體過濾器，咖啡過濾器， 茶葉袋，咖啡袋，食物過濾器，凈水過濾器，血液過濾器，香煙過濾器，座艙過濾器，燃料過 濾器，油過濾器，濾筒，真空過濾器，真空清潔袋，灰塵過濾器，水壓過濾器，廚房過濾器，鼓 風機過濾器，啤酒過濾器，牛奶過濾器，液體冷卻劑過濾器，果汁過濾器，面罩和活性炭過 濾器；一次性吸收性產品例如獲得物層，覆蓋層料，分布層，吸收劑覆蓋物，衛生棉，童褲襯 墊，尿布，失禁產品，毛巾，棉球，月經帶，背片，腿護腕，可沖洗(flushable)產品，襯墊，護 墊，一次性內衣褲，訓練短褲，卸妝墊和面巾；醫學產品，例如一次性帽子，長袍，面罩和鞋 套，傷口護理物，消毒包裝，覆蓋層料，衣飾材料，一次性衣服，透析產品，通鼻條，齒板粘膠， 窗簾，圍巾和包裹，海綿填料和擦布，被單和枕套，經皮藥物釋放材料，壽衣，衛生護墊，手 術包，熱裝罐，造口術袋內襯，定影帶和培養器墊；結構和/或增強產品例如土工布產品， 保護草坪，凈水產品，灌溉控制產品，浙青涂面層，土壤穩定產品，排水產品，例如排水道內 襯，沉降和腐蝕控制產品，池塘內襯，注入基產品，固土產品，坑洞襯，種子覆層，雜草控制 纖維網，溫室棚，樹根袋和生物可分解植物罐；建筑物產品，例如屋頂和瓷磚墊，地基防水 層(imderslating)，熱和噪音絕緣物，家用毯子，糊墻紙板飾面，管套，混凝土澆鑄層，地基 和地面穩定產品，垂直排水裝置，木瓦，屋頂油氈，噪音消除材料，增強材料，密封材料，機械 阻尼材料，防火材料，浙青涂層支承材料，增強混凝土和增強聚合物；汽車產品，例如座艙 濾凈器，防護罩襯墊，盤管架，擋熱板，后艙室飾板，模制的煙筒帽墊，防護地板覆蓋物，油過 濾器，汽車頂蓬，后盤管架，裝飾性纖維網，安全氣袋，消音器墊，絕緣材料，汽車罩，填充底 料，汽車墊，磁帶，襯背和穗飾地毯，座位罩，車門飾材，針式毯，汽車地毯襯背，和增強聚合 物；家具產品，例如家具構件，絕緣子臂和襯背，厚墊子，防塵罩，內襯，加強縫合料，邊飾材 料，床構件，棉被襯背，彈簧套，床墊部件，床墊罩，窗簾，掛毯，地毯襯背，燈罩，床墊構件，彈 簧絕緣器，密封物，厚枕墊，厚床墊和用于填充物應用的高厚纖維網，例如一次性棉被；工業 產品，例如電子產品，柔性磁盤內襯，電纜絕緣，研磨劑，絕緣帶，傳送帶，噪音吸收層，空調 產品，蓄電池隔板，酸性體系，防滑墊，除污劑，食品包裹，膠帶，腸衣，奶酪盒，人造革，油回 收柵和短襪，造紙氈，壺去鱗器袋，和防火柵欄；旅游或者休閑產品，例如睡袋，帳篷，行李， 手提袋，購物袋，航空枕頭，CD保護產品，枕頭套，夾層結構包裝和沖浪板；和教學或辦公產 品，例如書皮，郵寄信封，地圖，標牌和短繩，毛巾，旗子和鈔票；或者作為這樣的產品的一部 分。
具體實施例方式依據下面的實施例，進一步描述本發明的優選實施方式的細節實施例根據PCT/AT2007/000192公開的方法，特別地，包括在長絲形成之前部分凝結 (即，前述的步驟(b))，準備好不同重量的未干燥熔噴Lyocell纖維網。這些的纖維網在不 同的工藝條件下進行水刺。所得的纖維網與未經水刺的產品(參考強度=100% )度力測試的平均結果如下實施例1 :50克/平方米纖維素纖維網，加工速度為20米/分 可以明確地看出，根據本發明的方法的產品(實施例1，2，3各自地)呈現出較現 有技術產品顯著更好的的強度。實施例2 :5克/平方米微纖維纖維素纖維網，加工速度為20米/分 試驗4(根據本發明)制得的纖維網具有可以應用于許多應用的足夠的強度。與 其相反根據PCT/AT2007/000192公開的水刺方法，不可能制得具有足夠強度的產品。
權利要求
生產包含纖維素纖維的水刺產品的方法，其中Lycell熔噴纖維網由高壓精細噴頭噴出的水進行處理，其特征在于 所述纖維網由所述高壓精細噴頭至少進行三道處理步驟； 每道所述處理步驟中，所述高壓噴頭的壓力為75bar或更低。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述纖維網至少進行四道處理步驟。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于每道所述處理步驟中，所述高壓噴頭的壓 力為55bar或更低。
4.如前述任一項權利要求所述的方法，其特征在于所述纖維網的每一面至少進行一道 處理步驟。
5.如前述任一項權利要求所述的方法，其特征在于所述纖維網通過包含下面步驟的工 藝制得(a)將包含溶解在水性叔胺氧化物中的纖維素的溶液通過噴絲頭擠出到空氣隙中，由 此形成長絲；(b)將所述長絲在空氣隙中與介質相接觸，該介質至少部分地凝結所述長絲；(c)采用氣流在空氣隙中拉伸所述長絲；(d)收集并沉淀所述長絲以形成纖維網。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述的介質是蒸汽霧，優選是水霧。
7.如前述任一項權利要求所述的方法，其特征在于所述的纖維網是未干燥纖維網。
8.由前述任一項權利要求所述的方法制得的水刺Lyocell熔噴纖維網。
9.如權利要求8所述的纖維網，其特征在于該纖維網具有10克/平方米以下的面積重量。
全文摘要
本發明涉及生產包含纖維素纖維的水刺產品的方法，該方法包括對Lyocell熔噴纖維網采用高壓精細噴頭進行水刺處理步驟，其特征在于采用所述高壓精細噴頭對所述纖維網至少進行三道水刺處理步驟，每道所述水刺處理步驟采用的所述高壓精細噴頭的壓力為75bar以下。此外，本發明涉及通過上述方法獲得的產物制造的產品，以及產品的用途。
文檔編號D04H1/56GK101896656SQ200880115063
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月30日 優先權日2007年11月7日
發明者H·哈姆斯, M·海赫斯特, P·懷特 申請人:連津格股份公司