專利名稱：里奧賽爾纖維及其制法的制作方法
本申請要求擁有1996年8月23日提出申請的臨時申請系列號60/023,909和60/024,462兩者的優(yōu)先權(quán)。
本專利涉及具有新奇性質(zhì)的里奧賽爾(Lyocell)纖維及其制法。本申請還涉及用這些纖維生成的紗線和含有這些纖維的織物和無紡織物。具體地說，此方法包括先將纖維素溶解在氧化胺中形成紡絲原液。然后，將紡絲原液經(jīng)小孔擠入拉伸纖維素溶液潛絲的空氣流中，或?qū)⒓徑z原液經(jīng)小孔離心排出制成潛纖維。然后，將潛纖維在液體非溶劑中再生形成纖維。無論那種方法都可以生產(chǎn)自粘合無紡織物。
用粘膠法和銅銨法再生的纖維素的強(qiáng)力纖維已經(jīng)有100多年歷史。后一方法在1890年取得專利，兩年后粘膠法也獲得專利。在粘膠法中，先將纖維素浸入堿化濃度苛性鈉中生成堿纖維素，然后同二硫化碳反應(yīng)生成纖維素黃原酸酯，隨之，將纖維素黃原酸酯溶于稀苛性鈉溶液。經(jīng)過濾和脫氣后，將黃原酸酯溶液從液面下的噴絲嘴擠入硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅和葡萄糖的再生浴中形成連續(xù)長絲。得到的所謂粘膠人造絲目前廣泛用于紡織工業(yè)，過去曾廣泛用于橡膠制品的增強(qiáng)，如輪胎和傳送帶。
纖維素也可溶于氨的氧化銅溶液中，這一性質(zhì)構(gòu)成制造銅氨人造絲的基礎(chǔ)。將纖維素溶液經(jīng)過液面下的噴絲嘴進(jìn)入5％苛性鈉溶液或稀硫酸中形成纖維。經(jīng)脫銅和洗滌后，得到的纖維具有高的濕強(qiáng)度。銅氨人造絲可制成很低旦的纖維，全部用于紡織工業(yè)。
最近開發(fā)了其它的纖維素溶劑，一種這樣的溶劑是基于四氧化氮在二甲基甲酰胺。盡管進(jìn)行了許多的研究，但是還沒有用這種方法制造再生纖維素纖維的工業(yè)方法。
相當(dāng)時間以來已經(jīng)知道叔胺-N-氧化物可以用作纖維素的溶劑。Graenacher在美國專利2,179,181中公開了一組適用作溶劑的氧化胺的物質(zhì)。但是該發(fā)明人僅能制成低濃度的纖維素溶液，并且溶劑回收成為主要問題。Johnson在美國專利3,447,939中討論使用無水N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)和其它的胺N-氧化物作為纖維素和其它許多天然和合成聚合物的溶劑。但是這些溶液仍然是固體含量很低。在其后的美國專利3,508,941中，Johnson提出在溶液中混合各種天然和合成聚合物同纖維素形成緊密混合物。為降低紡絲原液粘度，加入纖維素的非溶劑如二甲基亞砜。將此聚合物溶液直接在冷甲醇中紡絲，但是得到的絲強(qiáng)度相當(dāng)?shù)汀?br> 然而，1979年開始，公布了一系列專利用各種的胺氧化物作溶劑制備再生的纖維素纖維。具體地說，約含12％水的N-甲基嗎啉-N-氧化物是特別有效的溶劑。在加熱的條件下，一般為90-130℃，將纖維素溶解于此溶劑中，并經(jīng)有大量細(xì)孔的噴絲嘴擠入空氣中。纖維素紡絲原液絲連續(xù)經(jīng)在空氣中機(jī)械拉伸約3-10倍，使分子取向。然后使纖維進(jìn)入非溶劑，一般為水中，使纖維素再生。還提出了其它的再生溶劑，如低級脂肪醇。此方法的實例在McCorsley和McCorsley等人的美國專利4,142,913、4,144,080、4,211,574、4,426,221和4,416,698等有過詳細(xì)討論。Jurkovic等人在美國專利5,252,284和Michels等人在美國專利5,417,909中專門討論了溶于NMMO中的纖維素紡絲的擠出噴嘴的幾何學(xué)。Brandner等人的美國專利4,246,228是許多專利的代表，這些專利公開了使用各種化合物作為穩(wěn)定劑以防止纖維素和/或溶劑在熱的NMMO溶液中降解。Franks等人在美國專利4,145,532和4,196,282討論了將纖維素溶于胺氧化物溶劑以及達(dá)到較高纖維素濃度的困難。
由NMMO溶液紡絲的纖維素紡織纖維被稱作里奧賽爾纖維。里奧賽爾纖維是由有機(jī)溶液沉淀出的纖維素組成的纖維的一般的名稱，其中，未發(fā)生羥基取代和不生成化學(xué)中間體。一種由Courtaulds，Ltd.生產(chǎn)的里奧賽爾產(chǎn)品是市場上出售的Tencel纖維。這些纖維是0.9-2.7旦重量和更重。旦是9000米纖維的重量的克數(shù)。由于很細(xì)，由其制成的紗線制備的織物具有極好的手感。
現(xiàn)在制成的里奧賽爾纖維的一個限制是其幾何功能。它們是連續(xù)形成的，一般具有非常均勻的，通常為圓形或橢圓形截面，紡絲時缺乏卷曲，具有相當(dāng)光滑的帶光澤的表面。這使其作為短纖維不太理想，因為難于在梳理過程達(dá)到均勻的分開，得到不均勻的混合和不均勻的紗線。為部分校正直線纖維的問題，在切短之前，人造短纖維總是要在輔助過程中進(jìn)行卷曲。在Sellars等人的美國專利5,591,388或5,601,765中可看到卷曲的實例，其中，拉出的纖維在填塞箱經(jīng)壓縮并用干氣流加熱。還應(yīng)指出，具有連續(xù)均勻截面和有光澤的表面得到常具有“塑料”外觀的紗線。由熱塑性聚合物制造的紗線常需要在紡絲前加入褪光劑，如二氧化鈦。Wilkers等人在美國專利5,458,835中討論了具有十字形截面和其它形狀截面的粘膠人造絲纖維。Michels等人在美國專利5,417,909中公開了使用異型噴絲嘴生產(chǎn)具有非圓形截面的里奧賽爾纖維，但該發(fā)明人不知道這種方法的任何商業(yè)用途。
Kaneko等人在美國專利3,833,438中討論了用銅氨人造絲方法制造自粘合的纖維素?zé)o紡織物。但據(jù)本發(fā)明人所知，自粘合的里奧賽爾無紡織物尚未出現(xiàn)。
通過許多擠出法已生產(chǎn)了合成聚合物的低旦纖維。其中三種方法與本發(fā)明有關(guān)。一種稱為“熔噴”法。將熔融聚合物經(jīng)過一系列小直徑孔擠出到通常與擠出纖維平行流動的空氣流中。隨著冷卻拉伸纖維。拉伸有兩種目的一定程度的分子的縱向取向，以及降低纖維的最終直徑。另一種相似的方法叫“紡粘”法，纖維被擠進(jìn)管中經(jīng)過管端真空產(chǎn)生的經(jīng)過管中的空氣流拉伸。總之，紡粘法纖維是連續(xù)的，而熔噴法的纖維一般呈分離的短長度。另一方法叫“離心紡絲”法，區(qū)別在于，熔融聚合物經(jīng)快速旋轉(zhuǎn)滾筒側(cè)壁的小孔排出，隨著滾筒轉(zhuǎn)動由空氣阻力稍稍拉伸。但是一般沒有象熔噴那樣的強(qiáng)空氣流存在。這三種方法都可以用來制造無紡織物。因為已經(jīng)多年來商業(yè)生產(chǎn)，這些方法已有廣泛的專利和技術(shù)文獻(xiàn)。熔噴的代表性專利是Weber等人的美國專利3,959,421和Milligan等人的美國專利5,075,068。Weber等人的專利使用在氣流中噴水以迅速冷卻纖維。在PCT Publication WO91/18682中討論了稍稍有關(guān)的方法，這方法涉及用改進(jìn)的熔噴法涂紙。所建議的涂布材料是含水液體，如“淀粉、羧甲基纖維、聚乙烯醇、膠乳、細(xì)菌纖維素懸浮液的水溶液或任何的含水材料、溶液或乳液”。但是，此方法是將擠出的材料霧化而不是形成潛纖維。Zikeli等人在美國專利5,589,125和5,607,639中提出在纖維離開噴絲嘴時用空氣流橫跨擠出的里奧賽爾紡絲原液。此空氣流只用于冷卻而不拉伸纖維。
在Rook等人的美國專利5,242,633和5,326,241中例舉了離心紡絲法，Okada等人在美國專利4,440,700中討論了用于熱塑性材料的離心紡絲法。當(dāng)材料排出時，在噴絲嘴周圍纖維呈環(huán)形被撲集住并由流動的冷液幕向下移動。適用于此法的聚合物包括聚乙烯醇和聚丙烯腈。在這兩種材料的情況下，材料經(jīng)“濕”紡，即在溶液中紡絲，用凝固浴代替了冷卻液幕。
除了上述的Kaneko等人的專利外，類似于熔噴、紡粘和離心紡絲的方法從未用于纖維素材料，因為纖維素本身基本上是不熔的。
極細(xì)纖維，叫作“微旦纖維”，一般是指1.0旦或更低的纖維。由各種合成聚合物如聚丙烯、尼龍或聚酯制成的熔噴纖維的直徑低至0.4微米(約0.001旦)。但是這些纖維的強(qiáng)度和“韌度”一般較低，當(dāng)用于服用織物時，吸水性差是不利因素。只在不久前才由粘膠法制成0.5旦的微旦纖維素纖維。
本發(fā)明制成新的里奧賽爾纖維，克服了由合成聚合物生產(chǎn)的纖維、人造絲和目前得到的里奧賽爾纖維的許多限制?？梢陨傻偷┖偷┓植嫉睦w維。同時，每支纖維具有粗雜表面，沿其長度有各種形狀的截面和直徑以及明顯的天然卷曲。所有這些都是大多數(shù)天然纖維所有的而目前商業(yè)生產(chǎn)的里奧賽爾纖維所沒有的性能。
本發(fā)明涉及再生纖維素纖維和織物的生產(chǎn)方法以及所生產(chǎn)的纖維和織物。這里所用的“纖維素”和“再生纖維素”等詞范圍相當(dāng)寬，包括纖維素同其它天然和合成聚合物的混合物，這些混合物可以相互溶于紡絲溶劑中，其中纖維素占重量的大部分。具體說，本發(fā)明涉及由纖維素在胺N-氧化物的溶液通過相似于熔噴或離心紡絲方法得到的低旦纖維。在使用“熔噴”、“紡粘”或“離心紡絲”等法時，應(yīng)理解是指相似于用于生產(chǎn)熱塑性纖維的方法，盡管纖維素是在溶液中和紡絲溫度只是中等高?！斑B續(xù)拉伸”一詞是指現(xiàn)在的商業(yè)制作里奧賽爾纖維的方法，使用機(jī)械法拉伸，先經(jīng)過空氣間隙以使纖維伸長和分子取向，然后經(jīng)過再生浴。
本方法包括將纖維素原料溶于含某些水的胺氧化物，具體說，優(yōu)選為N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)中?？梢酝ㄟ^已知的技術(shù)，如在上述的McCorsley或Franks等人的專利中討論的方法制備此紡絲原液或纖維素在NMMO中的溶液。在本發(fā)明的方法中，然后將紡絲原液在稍高的溫度下用約90-130℃的泵或擠出機(jī)轉(zhuǎn)移到紡絲設(shè)備中。最終，紡絲原液經(jīng)過許多小孔進(jìn)入空氣。在熔噴情況下，擠出的纖維素紡絲原液股線由與絲的途徑平行方向流動的擾動氣流收集。隨著纖維素溶液經(jīng)小孔擠出，在離開小孔后的連續(xù)流線中，液體線或潛絲被拉伸(或直徑明顯降低和長度增加)。擾動引導(dǎo)了自然卷曲以及纖維之間和沿單獨纖維長度最終纖維直徑有一些變化。這與連續(xù)拉伸的纖維明顯不同，后者的直徑是均勻的，缺少卷曲或必須在后紡絲過程引入卷曲。這些卷曲是不規(guī)則的，峰-峰波幅大于約一纖維直徑和周期大于約5個纖維直徑。
紡粘可以看作熔噴的一種，纖維收集和拉伸在空氣流中而沒有機(jī)械拉伸。在本發(fā)明中，熔噴和紡粘應(yīng)看作功能相同。
當(dāng)用離心紡絲生產(chǎn)纖維時，紡絲原液股線經(jīng)小孔排入空氣中，由紡絲頭賦予的惰性拉伸。然后將絲進(jìn)入再生溶液或?qū)⒃偕芤簢娪诮z上。再生溶液是非溶劑，如水、低級脂肪醇或這些化合物的混合物。用作溶劑的NMMO可以從再生浴中回收再使用。
當(dāng)用熔噴和紡粘制備時，潛纖維股周圍的空氣的擾動和振動被認(rèn)為是其獨特幾何形狀的原因。
低至0.1旦或更低旦的絲可以很容易地制成。旦可以通過許多因素控制，包括但不限于孔的直徑、氣流速度、噴絲頭速度和紡絲原液粘度。紡絲原液粘度又決定于纖維素聚合度和濃度。纖維的長度同樣地可以由擠出孔周圍的空氣流的設(shè)計和速度控制。根據(jù)紡絲條件可以得到連續(xù)纖維或相當(dāng)短的短纖維?？梢院苋菀椎馗倪M(jìn)設(shè)備以形成單獨纖維或使之成為纖維素?zé)o紡織物織物。在后者的情況下，在纖維素再生前，可以形成織物并成為自粘合的。然后，由此，從再生介質(zhì)連續(xù)回收纖維，經(jīng)進(jìn)一步洗滌、如果需要則漂白、干燥、和處理。
在缺乏褪光劑下，纖維的光澤明顯低于連續(xù)拉伸的里奧賽爾纖維，所以沒有“塑料外觀”。這被認(rèn)為是由于在高倍顯微鏡下顯示的獨特的“粗雜”表面。
通過適當(dāng)?shù)乜刂萍徑z條件，可以得到具有不同的截面形狀和相當(dāng)窄的纖維直徑分布的纖維。直徑和截面構(gòu)型的某些不同一般沿單獨纖維的長度和纖維之間出現(xiàn)。對再生纖維素來說這些纖維是獨特的，在形態(tài)上類似于天然纖維。
由熔噴或離心紡絲得到的纖維具有天然卷曲，非常有別于由填塞箱所賦予的卷曲。由填塞箱所賦予的卷曲相當(dāng)規(guī)則，具有相當(dāng)?shù)偷牟ǚ?，一般低于一個纖維直徑，以及短的峰-峰周期，一般等于2-3個纖維直徑。本發(fā)明的纖維的卷曲具有不規(guī)則的大于一個纖維直徑的幅度，不規(guī)則度很高的超過約5個纖維直徑的周期。纖維具有卷曲的或波形的外觀。
本發(fā)明的纖維的性能可以與傳統(tǒng)的紡織方法的梳理和紡絲相匹配。盡管具有許多天然纖維的屬性，但是可以得到天然纖維沒有的微旦纖維?？梢灾苯又瞥勺哉澈峡椢锘蚓o密卷繞的多層紗。
本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點是能形成纖維素同本來認(rèn)為不能相容的聚合物材料的混合物。胺氧化物是極有效的溶劑，可以溶解除纖維素外的許多其它的聚合物，因此能形成纖維素同材料如木質(zhì)素、尼龍、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、淀粉、聚乙烯醇、聚酯、酪素、纖維素醋酸酯、鏈淀粉、膠淀粉、陽離子淀粉等的混合物。每種材料同纖維素的均勻混合物可以制成具有新的和獨特性質(zhì)的纖維。
本發(fā)明的目的是提供由在胺氧化物-水介質(zhì)的溶液中通過類似于熔噴、紡粘或離心紡絲方法生成低旦再生纖維素纖維或纖維素混合物纖維的方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供具有生成紗線的有利的幾何形狀和表面特性的低旦纖維素纖維。
本發(fā)明還有的一個目的提供具有天然卷曲和低光澤的纖維。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有許多性能類似或超過天然纖維的再生纖維素纖維。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個所有的化學(xué)品可以方便地回收和再利用的方法生產(chǎn)上述類型纖維。
本發(fā)明的另一個目的是提供自粘合的里奧賽爾無紡織物織物。
在閱讀下面的詳細(xì)敘述和參考附圖后，這些和許多其它目的對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員就會容易理解。


圖1是用于本發(fā)明實際的步驟的流程圖。
圖2是本發(fā)明所用的典型離心紡絲設(shè)備的部分透視圖。
圖3是本發(fā)明適用的熔噴設(shè)備的部分透視圖。
圖4是可用于上述熔噴設(shè)備的典型擠出頭的截面圖。
圖5和6各是市售的里奧賽爾纖維在100倍和10,000倍放大的掃描電子顯微照片。
圖7和8各是由離心紡絲生產(chǎn)的里奧賽爾纖維在200倍和10,000倍放大下的掃描電子顯微照片。
圖9和10是顯示沿單獨離心紡絲纖維截面的2,000倍放大的掃描電子顯微照片。
圖11和12各是熔噴制的里奧賽爾纖維的100倍和10,000倍放大的掃描電子顯微照片。
圖13是用熔噴法生產(chǎn)自粘合里奧賽爾纖維無紡織物流程圖。
圖14是用離心紡絲法生產(chǎn)自粘合的里奧賽爾纖維無紡織物流程圖。
本發(fā)明所用的纖維素原料的類型是不嚴(yán)格的。可以使用漂白或未漂白的木漿，這些木漿可以通過各種方法制備，其中硫酸鹽法、預(yù)水解的硫酸鹽法或亞硫酸鹽法是其代表。許多其它的纖維素原料如提純的棉籽絨同樣適用。在溶于胺氧化物之前，纖維素如果呈板狀，一般要撕成細(xì)絨毛以便于溶解。
可以用已知的方法制備纖維素溶液，如McCorsley在美國專利4,246,221中討論的方法。這里，纖維素在非溶劑的約40％NMMO和60％水的混合物中是濕的。纖維素與濕NMMO的重量比約為1.5∶1。在約120℃和減壓下在雙臂西格馬漿式攪拌機(jī)中將混合物混合約1.3小時直到足量水被蒸出，留下為NMMO約12-14％的水，從而形成纖維素溶液，得到的紡絲原液約含30％的纖維素?；蛑?，開始可以用含適量水的NMMO以排除真空蒸餾的需要。這是在實驗室制備紡絲紡絲原液的方便方法，這時市售的40-60％濃度的NMMO可以同僅有約3％水的實驗室試劑NMMO混合，得到含7-15％水的纖維素溶液。纖維素中存在的水份可以調(diào)節(jié)溶劑中所需存在的水份?？梢詤⒖糃hanzy，H.和A.Peguy，在聚合物科學(xué)雜志，聚合物物理版Journal of Polymer Science，Polymer Physics Ed.).181137-1144(1980)的文章和Navard，P.和J.M.Haudin在英國聚合物雜志(British Polymer Journal)，174頁，1980年2月的文章以制備纖維素在NMMO-水溶劑中的紡絲原液。
參考圖1可以看到本發(fā)明方法的流程圖。如所指出的，纖維素在含水的NMMO的紡絲原液的制備是常規(guī)的。非常規(guī)的是這些紡絲原液的紡絲方法。纖維素溶液經(jīng)擠壓小孔進(jìn)入擾動空氣流，而不是直接進(jìn)入象粘膠法和銅氨法那樣的再生浴。只是在稍后才是潛絲的再生。但是，本發(fā)明的方法也不同于傳統(tǒng)的制備里奧賽爾纖維的方法，因為紡絲原液不是作為未斷的股線連續(xù)地向下拉經(jīng)過空氣間隙進(jìn)入再生浴。
圖2是離心紡絲發(fā)的說明。將熱的纖維素紡絲原液1進(jìn)入熱的帶封閉基座和在側(cè)壁有許多小孔4的通常為中空圓桶或鼓2中。隨著圓桶轉(zhuǎn)動，紡絲原液經(jīng)小孔以細(xì)股線8排出。當(dāng)這些股線遇到來自周圍空氣的阻力，它們以大倍數(shù)被向下拉伸。拉伸量取決于容易控制的因素，如圓桶的轉(zhuǎn)速、孔徑和紡絲原液粘度。紡絲原液股線或者由重力下落或者由空氣流迫使向下進(jìn)入裝在水槽12中的非溶劑10中，在此，紡絲原液凝固成長度約1-25厘米的單獨取向的纖維。或者，紡絲原液股絲8通過由再生溶液源18提供的來自噴嘴環(huán)16的噴水部分或全部再生。另外，如后面所述，紡絲原液在再生前或再生中可以制成無紡織物。水是優(yōu)選的凝固非溶劑，當(dāng)然乙醇或水-乙醇混合物也是有效的。由此，將纖維收集和洗滌以除去任何殘余的NMMO，如需要則漂白和干燥。隨后的實施例2將說明實驗室離心紡絲的專門細(xì)節(jié)。
圖3和4說明典型的熔噴法的細(xì)節(jié)。從圖3可看出，紡絲原液源(未示出)進(jìn)入擠出機(jī)32，擠出機(jī)迫使纖維素溶液到具有許多孔36的噴絲頭34。經(jīng)管線38供給空氣或其它氣體，圍繞和輸送擠出的溶液股線40。浴或槽42含有再生溶液44，在其中，股線由溶劑的溶液中再生，得到纖維素纖維?；蛘?，用水噴淋潛纖維，使其再生或部分地再生。拉伸量取決于容易控制的因素，如孔徑、紡絲原液粘度、纖維素在紡絲原液中的濃度、以及空氣速度和噴嘴的構(gòu)型。
圖4表示典型的擠出孔?？装?0鉆有許多孔36。通過一系列的有頭螺栓18固定在擠出頭22機(jī)體上。內(nèi)部成員24構(gòu)成纖維素溶液的擠出口26。擠出口26由空氣通道28包圍，空氣通道28圍繞擠出的溶液絲40，使其下拉和協(xié)助其輸向再生介質(zhì)中。隨后的實施例3將詳述實驗室規(guī)模的由熔噴制備纖維。
圖5-6所示的是由傳統(tǒng)的連續(xù)拉伸法制備的里奧賽爾纖維掃描電子顯微照片。值得注意的是，這些纖維的直徑非常均勻，而且基本上是直線的。從圖6中以放大一萬倍的照片看是相當(dāng)光滑的。
圖7-10是由本發(fā)明的離心紡絲法制造的纖維。在圖7中看到的纖維具有不同的直徑和稍稍彎曲使其具有天然的卷曲。這種天然的卷曲與在填塞箱得到的規(guī)則的波形構(gòu)型完全不同。無論是波幅和周期都是不規(guī)則的，高度和長度至少有幾個纖維的直徑。大多數(shù)纖維是稍微平坦的，有些有大量的扭曲。纖維直徑為約1.5-20微米(＜0.1-3.1旦)。大多數(shù)纖維接近平均直徑12微米(約1旦)。
圖8為圖7纖維的10,000倍的放大照片。纖維的表面的外觀均勻粗雜，完全不同于市售的纖維。從而光澤低和紡絲性能得到改進(jìn)。
圖9和10是在單獨離心紡絲纖維上約5毫米間隔取的纖維截面的掃描顯微照片。明顯顯示了沿纖維截面和直徑的變化。這種變化是離心紡絲和熔噴纖維的特點。
圖11和12是熔噴纖維低和高倍放大的掃描顯微照片。纖維直徑盡管仍有變化，但低于離心紡絲纖維。然而，這些樣品的卷曲則大得多。圖12的10,000倍放大的顯微照片顯示粗雜表面很象離心紡絲纖維。
這兩種方法得到的纖維的整個形態(tài)學(xué)對形成細(xì)的緊密紗線是有利的，因為許多特征相似于天然纖維。這被認(rèn)為是本發(fā)明的里奧賽爾纖維的特點。
圖13說明用改進(jìn)的熔噴法制備自粘合的里奧賽爾無紡織物的方法。將纖維素紡絲原液50送到擠出機(jī)52，由此進(jìn)入擠出頭54。當(dāng)從擠出頭下降時，空氣供應(yīng)56在擠出孔拉伸紡絲原液股線58。過程參數(shù)的選擇應(yīng)使得得到的纖維是連續(xù)的而不是雜亂的短長度。這些纖維落在由滾筒62和64支持和驅(qū)動的連續(xù)移動的有孔帶60上，在此形成潛無紡織物織物66。上面的滾筒(未示出)用來壓緊纖維確保在交叉點粘合。盡管仍支持在帶60上，當(dāng)織物66沿其路經(jīng)進(jìn)行時，由噴霧器70向下噴再生溶液68。從帶端將再生產(chǎn)物72除去，由此可進(jìn)一步加工，如進(jìn)一步洗滌、漂白和干燥。
圖14用離心紡絲制備自粘合無紡織物的另一種方法。將纖維素粘液80送進(jìn)在側(cè)壁具有許多小孔的快速轉(zhuǎn)動的鼓82中。經(jīng)孔84將潛纖維排出，受空氣阻力和轉(zhuǎn)動的鼓賦予的惰性拉伸或拉長。它們撞擊在接受器表面88的的內(nèi)部側(cè)壁，接受器同軸地位于鼓的周圍。接受器可任選具有逐漸收縮圓錐形下部90。再生溶液的幕或噴霧由接受器88的壁周圍的環(huán)94向下流，將撞擊到接收器側(cè)壁的纖維素織物部分凝固。環(huán)94的位置可以如圖所示，或如果潛纖維自粘合成無紡織物需要更多的時間，也可移到更低的位置。將部分凝固的無紡織物96從接受器的下部90連續(xù)機(jī)械拉伸進(jìn)入容器100的凝固浴98。隨著織物沿其路經(jīng)移動，由圓桶形構(gòu)型變成平面的兩層無紡織物結(jié)構(gòu)。取物滾筒106從浴中除去完全凝固的兩層織物108。當(dāng)在滾筒102、104下移動時，織物保持在浴內(nèi)。任何或所有的滾筒100、102或104可以驅(qū)動。然后，織物108連續(xù)進(jìn)入洗滌和/或漂白操作(未示出)，此后進(jìn)行干燥供儲存?？梢越?jīng)撕開或打開成單層無紡織物或需要時保持兩層材料。
實施例1纖維素紡絲原液的制備用于此和隨后的實施例的纖維素漿是標(biāo)準(zhǔn)的漂白南方軟木硫酸鹽漿，Grade NB 416，是由北卡萊羅納州的New Bern的Weyerhaeser Company制造的。其α纖維素含量約88-89％，聚合度約1200。使用前，用纖維分離機(jī)將木漿板破碎成基本上單獨的纖維和小纖維塊。在250毫升的三頸玻璃燒瓶中加入5.3克的分離的纖維素、66.2克97％NMMO、24.5克50％的NMMO和0.05克棓酸丙酯。將燒瓶浸于120℃的油浴中，插入攪拌器連續(xù)攪拌約0.5小時。得到直接適用于紡絲的易流動的紡絲原液。
實施例2由離心紡絲法制備纖維所用的紡絲裝置是改進(jìn)的“棉花糖”型，相似于Fuisz等人在美國專利5,447,423中所示的設(shè)備。預(yù)熱到120℃的轉(zhuǎn)子直徑為89毫米，以2800轉(zhuǎn)/分鐘的速度轉(zhuǎn)動?？梢酝ㄟ^封住孔使孔數(shù)為1-84。直徑700微米的8個孔用于下面的實驗。將也是120℃的紡絲原液傾入紡絲轉(zhuǎn)子的中央。涌出的細(xì)紡絲原液股線通過重力落在環(huán)繞轉(zhuǎn)子的水槽中含有的室溫水中。在此再生。盡管偶然有些纖維相互粘合，但大多數(shù)仍保持單獨的，長度為幾厘米。
除了剛討論的方法外，由漂白和未漂白的硫酸鹽漿、亞硫酸鹽漿、微晶纖維素和纖維素同含達(dá)30％玉米淀粉或聚丙烯酸的混合物也可成功地制造相似的微旦纖維。
可以通過幾種方法控制直徑(或旦)。紡絲原液的粘度越高，常生成重的纖維。而紡絲原液粘度又受包括纖維素固體含量或纖維素聚合度的控制。較小的紡絲孔徑或較高的鼓轉(zhuǎn)速得到小直徑的纖維。具有直徑約5-20微米(0.2-3.1旦)的纖維可以重復(fù)制造。直徑20-50微米(3.1-19.5旦)的較重纖維也能容易地制成。纖維的長度可為約0.5-25厘米，相當(dāng)程度上取決于系統(tǒng)的幾何形狀和操作參數(shù)。
實施例3通過熔噴法制備纖維將在實施例1制備的紡絲原液保持在120℃并送到原來為制造熔噴合成聚合物的設(shè)備中?？椎目傞L度約50毫米，直徑635微米，逐漸降到排放端的400微米。在經(jīng)過約20厘米的擾動空氣浪后，纖維落入水浴中再生。再生的纖維長度不同。形成一些短纖維，但是大部分長度為幾厘米幾十厘米。擠出參數(shù)的不同使可以生成連續(xù)纖維。令人吃驚的是，多根纖維沿纖維長度的截面是不均勻的。這一特點預(yù)期在用本發(fā)明的微旦材料進(jìn)行緊密紗線的紡絲是特別有利的，因為纖維的整個形態(tài)更象天然纖維。
在上述方法的變化中，可以在進(jìn)入再生浴前使纖維撞擊到移動的不銹鋼篩帶上，可以得到粘合良好的無紡織物。
可以理解，里奧賽爾無紡織物不需要自粘合。它們只可以是部分自粘合或完全不自粘合。在這些情況下，它們可以通過任何已知的方法粘合，包括但不限于水纏繞法，使用粘合劑如淀粉或各種聚合物乳液或這些的方法配合。
實施例4使用微晶纖維素配料制備熔噴里奧賽爾纖維為增加紡絲原液中的固體含量使用微晶配料而不用木漿重復(fù)進(jìn)行實施例1的方法。所用的產(chǎn)品是Avicel型PH-101微晶纖維素，是特拉華州Newark的FMC Corp.的產(chǎn)品。用15克和28.5克微晶纖維素(干重)同66.2克97％NMMO、24.5克50％NMMO和0.05克棓酸丙酯制備紡絲原液。方法如實施例1中所討論的。得到的紡絲原液各自含有約14％和24％的纖維素。將這些紡絲原液進(jìn)行如實施例3的熔噴。得到的纖維在形態(tài)上基本上相同于實施例2和3的纖維。
可以理解，纖維的旦取決于許多可控制的因素。其中有溶液的固體含量、在擠出頭的溶液壓力和溫度、孔的直徑、空氣壓力、以及熟悉熔噴和離心紡絲技術(shù)的人員所知的其它變量。通過熔噴或離心紡絲法可以始終如一地生產(chǎn)具有平均0.5旦或更低的里奧賽爾纖維。0.5旦的纖維相當(dāng)于平均直徑(根據(jù)相同的圓截面面積的估計)約7-8微米。
本發(fā)明的纖維由X-射線分析測定了結(jié)晶度和結(jié)晶類型。也同示于下面表中的其它纖維素纖維進(jìn)行了比較。微旦纖維的數(shù)據(jù)取自實施例2的離心紡絲材料。
表1不同纖維素纖維的結(jié)晶性質(zhì)纖維 本發(fā)明的 普通里奧賽爾 Tencel棉花微旦纖維素 纖維結(jié)晶度指數(shù)67％ 65％70％ 85％微晶 纖維素II 纖維素II 纖維素II 纖維素I在測定單獨纖維的抗張強(qiáng)度中遇到一些困難，所以在下面表中的強(qiáng)度數(shù)字是估計的。另外，本發(fā)明的微旦纖維同許多其它纖維進(jìn)行了比較。
表2纖維物理性質(zhì)的測定纖維 棉 So.Pine 人造絲(1)絲 離心紡絲Tencel里奧賽爾典型長度微米 4 0.5 40 ＞1045-25 可變典型直徑微米 20 4016 105 12抗斷強(qiáng)度克/旦 2.5-3.0 - 0.7-3.2 2.8-5.2 2.1 4.5-5.0(1)粘膠法具有平均直徑約5微米的離心紡絲里奧賽爾纖維相當(dāng)于約0.25旦的纖維。
本發(fā)明纖維的粗雜表面造成所希望的低光澤而不需要任何的內(nèi)部的褪光劑。盡管光澤是難測的性質(zhì)，但下面的試驗將是由實施例2方法制造的纖維和市售的里奧賽爾纖維之間的典型差別。由各自的纖維制成小的濕法的手抄紙，并進(jìn)行了光反射測定。實施例2材料的反射率是5.4％，而市售纖維的反射率是16.9％。
本發(fā)明已討論了實現(xiàn)本發(fā)明的最好的模式。對其它熟悉此領(lǐng)域的人員將可以是理解未曾舉出的許多變化應(yīng)包括在本發(fā)明的廣闊范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.里奧賽爾纖維的制備方法，此法包括將纖維素溶解在胺氧化物溶劑中形成纖維素紡絲原液，將紡絲原液進(jìn)行離心紡絲形成和拉長潛纖維股線，以及使纖維股線再生得到里奧賽爾纖維。
2.權(quán)利要求1的方法，其中溶劑是N-甲基嗎啉-N-氧化物的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及特征為在高倍放大下有粗雜表面并在沿纖維和纖維之間有不同的截面和直徑的里奧賽爾纖維。這種纖維由離心紡絲、熔噴或其紡粘變種方法制造。纖維可以制成平均重量低至1旦或更低的微旦纖維。這種纖維具有固有的低光澤,可以制成緊密紗線用于制備很軟手感的織物?；蛘?可用此纖維制成自粘合的無紡織物。
文檔編號D04H3/03GK1356413SQ01132548
公開日2002年7月3日 申請日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月23日
發(fā)明者M·羅, V·A·洛斯里, A·N·尼奧吉, R·A·杰威爾 申請人:韋爾豪澤公司