專利名稱：再生纖維素纖維的制作方法
再生纖維素纖維本發(fā)明涉及一種再生纖維素纖維，其通過粘膠法而得到。
本發(fā)明特別地涉及一種具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)的再生纖維素纖維。對于衛(wèi)生應(yīng)用如棉塞或吸收體通常希望的是具有特別高的液體存儲性能的纖維，以使得可以有盡可能高的衛(wèi)生產(chǎn)品吸收能力。傳統(tǒng)的超吸收材料的缺點是，其通常在與水接觸時形成凝膠和從而降低了吸收體的完整性和導(dǎo)致通過吸收體而阻止了液體進一步輸送。所以吸收體的完整性在這些應(yīng)用中也是重要的，因為這樣阻止了吸收材料的逸出，從而防止了例如這種材料對創(chuàng)口的污染。對于傷口敷料同樣期望的是，吸收性材料不與傷口粘合，以便可實現(xiàn)傷口敷料的無痛脫落。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中對纖維材料的另一個要求是在無紡布制備的傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)中無缺陷的可加工性。含有一定份額的羧甲基纖維素(CMC)的粘膠纖維是已知的。其為一種混合纖維，通過將羧甲基纖維素紡入粘膠紡織料而得到。這樣的纖維也是商業(yè)上制成的(US4，199，367 A, US 4，289，824A)。通過將碳酸鈉紡入粘膠紡織料而制備具有空心結(jié)構(gòu)的粘膠纖維(空心纖維)從1920年起就是已知的。這種纖維以前是由不同的制造商商品化制備的。具有高保水能力的“超膨脹”型的空心纖維是為衛(wèi)生應(yīng)用而特制的(GB I, 333，047 A，GB I, 393，778A)。關(guān)于粘膠空心纖維的發(fā)展和歷史的概括性綜述可從下列的文獻中找到C. R. ffoodings,A. J. Bartholomew ；^The manufacture properties and uses of inflatedviscose rayon fibres，，；TAPPI Nonwovens Symposium :1985 :第 155-165 頁。粘膠-CMC-混合纖維在制備中具有的缺點是，由于它們在濕態(tài)的高吸收性和纖維彼此間的強附著(在纖維表面上的凝膠效應(yīng))，在傳統(tǒng)的粘膠法中纖維從約15% CMC的集成度(以纖維素計)起趨于沉入后續(xù)處理浴槽中，并且不像傳統(tǒng)的粘膠纖維一樣浮起。這顯著地使得以通常的商用方法制備這種纖維變得困難。這種纖維的期望效果是其在濕態(tài)下的凝膠狀表面稠度。但是，由于這些纖維像傳統(tǒng)的粘膠纖維一樣具有強突起條紋化的表面結(jié)構(gòu)，這種效應(yīng)在手感上又得以減弱。這種纖維的保水能力的最大提高是有限的，因為在紡入> 50% CMC時會出現(xiàn)了大的加工處理問題。在粘膠空心纖維的情況下保水能力的提高也是有限的。由于纖維的更強烈膨脹，從一定程度起不再達到更高的保水能力，而是形成具有平橫截面的帶狀纖維，其具有較小的保水能力，并且由于這些纖維有非常大的和平滑的表面及與其相關(guān)的非常高的纖維-纖維連接性能，其在人造短纖維工藝中的后處理是格外成問題的。此外已知羧甲基化的纖維，也就是通過粘膠纖維的后續(xù)羧甲基化而制備的纖維(商業(yè)上可作為 Convatec公司的“Aquacell”纖維而得到；US 6, 548, 730 BI ；AU 757461 B ；WO 00/01425 Al ；EP I 091 770 Al)。這些纖維雖然可以具有非常高的吸水量，然而在與水接觸時會形成凝膠，完全失去纖維結(jié)構(gòu)，這對于所有可能的應(yīng)用而言都不是所期望的。
US 3，318，990描述了一種用于制備粘膠扁平纖維的方法，在該法中一方面將碳酸鈉，另一方面將在水中溶脹的高分子物質(zhì)例如CMC混入粘膠中。所生成的纖維是完全扁平的。陷縮的橫截面結(jié)構(gòu)在潮濕狀態(tài)下也牢固不變。該種纖維根據(jù)US 3，318，990適合用于造紙。本發(fā)明的目的是，提供一種具有盡可能高的保水能力，在壓力下有盡可能高的吸收和另外還具有表面凝膠作用的粘膠纖維。該纖維可采用常用的粘膠纖維制備方法生產(chǎn)，并可根據(jù)常用的無紡布制備方法進一步加工(例如梳理；通過織針而強化，水噴射強化，熱強化，壓光)。該目的采用根據(jù)權(quán)利要求I的再生纖維素纖維而實現(xiàn)。為了制備根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維而采用根據(jù)權(quán)利要求11的方法。優(yōu)選的實施方案在從屬權(quán)利要求中給出。
附圖簡介圖I示出的是經(jīng)干燥的根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維的縱視圖。圖2示出的是經(jīng)干燥的根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維的經(jīng)放大的縱視圖。圖3示出的是經(jīng)干燥的根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維的橫截面。圖4示出的是根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維在與水接觸后的管狀橫截面。本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明提供了具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)的再生纖維素纖維，其特征在于下列的性能組合-該纖維在干燥狀態(tài)下具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)-該纖維在潮濕狀態(tài)下具有帶空腔的橫截面結(jié)構(gòu)-該纖維在縱向方向具有由分隔壁形成的節(jié)段-該纖維中摻有吸收性聚合物。優(yōu)選的吸收性聚合物是羧甲基纖維素(CMC)。其他合適的吸收性聚合物可選自與粘膠方法相容的聚合物，如粘膠氨基甲酸鹽、羧乙基纖維素、藻酸鹽或丙烯酸的均聚物和共聚物(如在US 4399255中所描述的)。因此，采用本發(fā)明在優(yōu)選的實施方案中首次提供了粘膠空心纖維和含有CMC的粘膠混合纖維的組合物，其中粘膠空心纖維在再潤濕時再次具有帶空腔的管狀結(jié)構(gòu)。對于具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)的再生纖維素纖維，本專業(yè)的專業(yè)人員將其理解為是這樣的粘膠纖維，即，其橫截面強烈膨脹，以致于橫截面結(jié)構(gòu)向其自身中陷縮。這種纖維的制備(通過摻混碳酸鈉)在GB I, 333，047 A和GB I, 393，778 A中有描述。根據(jù)本發(fā)明的纖維在干燥狀態(tài)下優(yōu)選具有不規(guī)則的多葉片形橫截面或不規(guī)則的突起條紋化橫截面。這種纖維也稱作為“si”(“超級膨脹”)纖維。然而與在US 3，318，990A中所描述的纖維不同的是，在潤濕纖維時橫截面重新打開，形成了空腔，重新成為管狀。此外，根據(jù)本發(fā)明的纖維特別是由于存在因分隔壁導(dǎo)致的在縱向方向上的節(jié)段而不同于在US 3,318,990 A中所描述的纖維。在此，分隔壁間的距離優(yōu)選為在纖維長度上的平均纖維寬度的O. 3至3倍，優(yōu)選為O. 5至2倍。估計分隔壁的存在導(dǎo)致了在纖維潤濕時重又構(gòu)成了具有空腔的管狀結(jié)構(gòu)。估計這種管狀結(jié)構(gòu)會使根據(jù)本發(fā)明的纖維與US 3，318，990的在再次潤濕時為扁、平的纖維不同，具有優(yōu)越的吸收能力。本專業(yè)的專業(yè)人員理解向纖維中加入吸收性聚合物(特別是CMC)這一措施是指向(纖維再生后)不衍生的纖維素基體中加入吸收性聚合物,例如CMC。這不同于將CMC加入到已為成品的纖維中，其特別是可通過向紡織粘膠中紡入CMC而進行。根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維具有非常高的保水能力；然而纖維特征在潮濕狀態(tài)下也得到保持。此外還顯示，根據(jù)本發(fā)明的纖維不同于傳統(tǒng)的粘膠-CMC-混合纖維，以傳統(tǒng)的粘膠方法可良好地制備和特別地是可良好地進行加工處理。在根據(jù)本發(fā)明的纖維中吸收性聚合物(特別是CMC)的份額優(yōu)選為5重量％至50重量％，特別是15重量％至40重量％ ,最優(yōu)選為20重量％至30重量以未衍生的纖維素計。
根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維優(yōu)選以人造短纖維形式存在，并可以以所有的常用纖度范圍制備。優(yōu)選的纖維纖度可以為O. 5至8dtex,優(yōu)選為I. 3至6dtex。根據(jù)本發(fā)明的纖維的纖維長度可為2mm至80mm，并尤其與應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)。對于濕法紡織工藝纖維長度特別合適地為2至20mm，對于梳理工藝纖維長度為20至80mm。根據(jù)本發(fā)明的纖維的斷裂抗拉強度通常大于lOcN/tex ;斷裂伸長率大于15%。根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維優(yōu)選具有至少300%的保水能力，根據(jù)DIN 53814測量。例如，含有35重量％ CMC的根據(jù)本發(fā)明的纖維所測得的保水能力最高為400%WRV。由根據(jù)本發(fā)明的纖維所制備的具有2. 72g的質(zhì)量、44mm的長度和13mm的直徑的園柱形棉塞優(yōu)選具有至少5. 2g/g的Syngina值,根據(jù)用于無紡布和相關(guān)工業(yè)的EDANA/INDA標準試驗方法ERT 350. O或WSP 350. I測得。因此，該纖維具有比目前商業(yè)上最有意義的吸收性粘膠纖維(以商標名“Galaxy”市售的具有規(guī)則的三葉片形橫截面的粘膠纖維(EP O 301 874 Al)更高的Syngina值。用于制備根據(jù)本發(fā)明的再生纖維素纖維的方法包括下列步驟-提供粘膠紡織料-將與粘膠相容的碳酸鹽混入到粘膠紡織料中-將吸收性聚合物混入到粘膠紡織料中-在紡織槽中紡織粘膠紡織料，形成纖維，其中-在紡織前粘膠纖維的霍頓羅氏熟成度小于15°，優(yōu)選為10°至14°-在紡織槽中H2SO4的含量為8%至10%-在紡織槽中ZnSO4的含量為O.3%至O. 5%-在紡織槽中Na2SO4的含量為25%至30%。因此，為產(chǎn)生空心橫截面，根據(jù)本發(fā)明的方法結(jié)合了碳酸鹽、特別是碳酸鈉的已知紡入步驟與吸收性聚合物的紡入步驟。與在US 3，318，990中所描述的方法相比較，在根據(jù)本發(fā)明的方法中紡織具有較低熟成度(以霍頓羅氏度計)的粘膠，且紡織槽含有較小份額的H2SO4和21^04。估計這一不同的工藝過程導(dǎo)致了上述的在根據(jù)本發(fā)明的纖維和在US 3，318，990中所描述的纖維間的差別，特別是橫截面結(jié)構(gòu)以及其他性能方面的差別。
吸收性聚合物優(yōu)選是CMC。下列的實施方式是關(guān)于這種優(yōu)選的實施方案，然而加以必要的變化也適用于其他與粘膠方法相容的吸收性聚合物。合適的碳酸鹽是與粘膠方法的工藝條件相容的各種碳酸鹽，特別是堿金屬碳酸鹽。特別合適的是碳酸鈉。其他的合適的碳酸鹽是碳酸鉀、碳酸鈣以及通常在酸影響下釋放出二氧化碳的所有碳酸鹽纖維橫截面形狀的影響(膨脹和陷縮)使得例如通過選擇紡織槽中的相應(yīng)條件、選擇溫度以及當然還有碳酸鹽的加入量可以產(chǎn)生陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)，這對于本專業(yè)的專業(yè)人員特別由上面引述的專利公開文獻所公知。以粘膠紡織料中的纖維素計，優(yōu)選地以11重量％ -23重量％ (以(C03)2_計算)的量混入碳酸鹽。在碳酸鈉的具體情況下優(yōu)選的量為20重量％至40重量％，以纖維素計。更優(yōu)選的是混入吸收性聚合物，特別是羧甲基纖維素，以在粘膠紡織料中的纖維素計，其混入量為5重量％至50重量％,特別優(yōu)選15重量％至40重量％,最優(yōu)選20重量％至30重量％。碳酸鹽和/或羧甲基纖維素優(yōu)選可以以溶液的形式混入。特別地羧甲基纖維素可以以堿性溶液的形式混入，該溶液含有2重量％至9重量％，優(yōu)選3重量％至5重量％的似0!1和5%重量至15重量％，優(yōu)選8重量％至12重量％羧甲基纖維素。碳酸鹽和羧甲基纖維素也可以一起混入，特別是以共同溶液的形式混入。為了制備根據(jù)本發(fā)明的纖維素纖維可以使用傳統(tǒng)的粘膠紡織料。根據(jù)本發(fā)明的方法的典型實施方案包括下列措施向根據(jù)傳統(tǒng)方法制備的粘膠紡織料(纖維素含量=9-10%，NaOH含量5-6%;粘度為30-50落球秒，霍頓羅氏熟成度為10-15° )中加入25-35重量％ Na2CO3(根據(jù)纖維纖度而變化)，以在粘膠紡織料中的纖維素計，以20%的Na2CO3溶液的形式加入。再向該紡織料中加入5重量％ -45重量％，優(yōu)選20重量％ -30重量％的羧甲基纖維素，以在粘膠紡織料中的纖維素計，以堿性溶液的形式(2-9重量％ NaOH ;優(yōu)選為3_5重量％ )加入。該溶液濃度為5重量％至15重量％，優(yōu)選8-12重量％。羧甲基纖維素是具有O. 6-1. 2，優(yōu)選O. 68-0. 85的取代度DS和30-800mPas、優(yōu)選50-100mPas的粘度(2%的溶液；25°C )的市售產(chǎn)品。優(yōu)選將添加劑溶液(碳酸鹽和CMC)注射入已可紡織的粘膠紡織料中，特別是直接在紡織前進行注射。隨后均勻化粘膠，優(yōu)選通過動態(tài)混合器進行均勻化。粘膠以對紡織纖維常見的參數(shù)紡出和進行后處理。
實施例為生產(chǎn)下列所描述的再生纖維素纖維使用一種常規(guī)的粘膠紡織料。試驗A :無添加劑的粘膠紡織料的紡織試驗B :含30% Na2CO3 (以纖維素計)的粘膠紡織料的紡織試驗C(根據(jù)本發(fā)明):含 30% Na2CO3 和 20% CMC(DS = 0.81 ;粘度 2%= 53mPas，Blanose 7M1F型,制造者Aqualon France (Hercules)公司)，各自以在粘膠紡織料中存在的纖維素計。紡織料以相同的紡織參數(shù)紡成具有4. 4dtex的纖度的纖維。
試驗D :無添加劑的粘膠紡織料的紡織試驗E :含20% CMC(規(guī)格如試驗C)的粘膠紡織料的紡織，以纖維素計試驗F :含30% CMC(規(guī)格如試驗C)的粘膠紡織料的紡織，以纖維素計紡織料以相同的紡織參數(shù)紡成具有3dtex的纖度的纖維。
_0] 所制備的纖維的形態(tài):在顯微鏡觀測下，纖維B和C為SI型(超膨脹的，分段的)空心纖維。纖維A、D、E和F為具有對于粘膠纖維常見的凸起的圓形橫截面的纖維。經(jīng)干燥的根據(jù)本發(fā)明的纖維C的縱向視圖和橫截面在

圖1，2和2中示出。在圖I和2中明顯可看出在縱向方向上對于根據(jù)本發(fā)明的纖維典型的節(jié)段。該節(jié)段由分隔壁導(dǎo)致，這在圖2中以更進一步的放大圖示出，其事實上導(dǎo)致了剛性的和薄膜狀的分組。在圖3中可見對于“SI”纖維典型的陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)，其中形成了多葉片形或不規(guī)則的凸起條紋結(jié)構(gòu)的橫截面。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的纖維在潤濕干燥的纖維后的管形橫截面。紡織件能:所有纖維可采用常用的參數(shù)紡織。雖然纖維E和F在纖維后處理浴槽中傾向于沉降，但在根據(jù)本發(fā)明的纖維C中未觀察到這種效應(yīng)。保水能力對于所有的纖維，根據(jù)DIN 53814測定以％為單位的保水能力。纖維A :80%纖維B :220%纖維C :335%纖維D :93%纖維E :149%纖維F :193%如結(jié)果所示，以絕對項計的保水能力通過織入20% CMC(以纖維素計)提高約50 %，通過織入30 % CMC提高100 %。(纖維的比較D- > E- > F)。通過織入30% Na2CO3(以纖維素計)，保水能力可提高140%。(纖維的比較A- >B)。通過織入20% CMC和30% Na2CO3 (以纖維素計)，(根據(jù)本發(fā)明)與此相反保水能力可提高255%。這說明，兩種添加劑的作用不是加和式增強，而是協(xié)同式增強。只添加CMC或只添加Na2CO3的作用是
、
A- > B = +140%D- > E = +56%從而對于纖維C的期望值為80+140+56 = 276%因為所測量的保水能力對于纖維C為I. 2倍即335%，因此兩種添加劑組分以令人驚奇的方式起協(xié)同作用。凝膠作用:形成的表面凝膠作用(粘滑的皂樣手感)對于根據(jù)本發(fā)明的纖維C比對于比較試樣E略強(在相同的CMC含量時)。該凝膠作用只在濕態(tài)時產(chǎn)生。纖維倌:根據(jù)本發(fā)明的纖維C在4. 4dtex的纖度時在22. 9%的拉伸時達到13. lcN/tex的纖維強度，這對于無紡布加工中的應(yīng)用是可以接受的。在壓力下的吸收:由纖維A、B和C壓成各自為2. 72g的棉 塞并根據(jù)WSP 351. 0實施Syngina測量。作為附加的參比，由100%商用的三葉片形粘膠纖維(“Galaxy ”)制備了以同樣方式制備的棉塞。結(jié)果纖維A:4.56g/g纖維B:4.75g/g纖維C:5.73g/g100% Galaxy 5. 05g/g結(jié)果說明，采用根據(jù)本發(fā)明的纖維甚至相對于商業(yè)上的三葉片形纖維也可達到顯著提高了的Syngina吸收。所以根據(jù)本發(fā)明的再生纖維素纖維優(yōu)異地適用于吸收性產(chǎn)品，衛(wèi)生物品，特別是棉塞，失禁產(chǎn)品，衛(wèi)生帶和女褲襯墊，用于食品的包裝物，特別是用于肉制品的包裝物，紙張，特別是過濾紙，服裝(例如用于潮濕管理的服裝織物，其與其他的纖維混合或作為多層結(jié)構(gòu))和創(chuàng)口貼。
權(quán)利要求
1.再生纖維素纖維，其特征在于具有下列性能的組合， -該纖維在干燥狀態(tài)下具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)， -該纖維在潮濕狀態(tài)下具有帶空腔的橫截面結(jié)構(gòu)， -該纖維在縱向方向具有由分隔壁導(dǎo)致的節(jié)段， -該纖維中摻有吸收性聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的纖維素纖維，其特征在于，纖維的橫截面在干燥狀態(tài)下為多葉片形結(jié)構(gòu)和/或非規(guī)則凸起條紋結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的纖維素纖維，其特征在于，分隔壁間的距離為在纖維長度上的平均纖維寬度的O. 3-3倍，優(yōu)選O. 5-2倍。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，纖維中的吸收性聚合物的份額為5重量％至50重量％,優(yōu)選為15重量％至40重量％,特別優(yōu)選為20重量％至30重量％,以非衍生的纖維素計。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，吸收性聚合物是羧甲基纖維素。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，該纖維以人造短纖維形式存在。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，纖維纖度為O.5dtex至8dtex，優(yōu)選為I. 3至6dtex。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，纖維長度為2mm-80mm。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于具有至少300%的保水能力。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的纖維素纖維，其特征在于，由纖維制備的質(zhì)量為2.72g、長度為44mm和直徑為13mm的圓柱形棉塞的Synigina值為至少5. 2g/g。
11.用于制備根據(jù)上述權(quán)利要求之一的再生纖維素纖維的方法，其包括下列步驟 -提供粘膠紡織料， -將與粘膠相容的碳酸鹽混入到粘膠紡織料中， -將吸收性聚合物混入到粘膠紡織料中， -在紡織槽中紡織粘性紡織料，形成纖維， 其中， -在紡織前粘膠紡織料的霍頓羅氏熟成度小于15°，優(yōu)選為10°至14°， -在紡織槽中H2SO4的含量為8%至10%， -在紡織槽中ZnSO4的含量為O. 3%至O. 5%， -在紡織槽中Na2SO4的含量為25%至30%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，以在粘膠紡織料中的纖維素計，碳酸鹽的混入量為11重量％ -23重量％ (以(C03)2_計算)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其特征在于，以在粘膠紡織料中的纖維素計，吸收性聚合物的混入量為5重量％至50重量優(yōu)選為15重量％至40重量特別優(yōu)選性為20重量％至30重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13之一的方法，其特征在于，碳酸鹽和/或吸收性聚合物以溶液的形式混入。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14之一的方法，其特征在于，吸收性的聚合物是羧甲基纖維素。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，羧甲基纖維素以堿性溶液的形式混入，該溶液含有2重量％至9重量％，優(yōu)選3重量％至5重量％的NaOH和5重量％至15重量％，優(yōu)選8重量％至12重量％的羧甲基纖維素。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于，碳酸鹽和羧甲基纖維素一起混入，特別是以共同溶液的形式混入。
18.根據(jù)權(quán)利要求I至10的再生纖維素纖維在吸收性產(chǎn)品，衛(wèi)生物品 ，特別是棉塞，失禁用品，衛(wèi)生帶和女褲襯墊，食品包裝物，特別是肉制品包裝物，紙張，特別是過濾紙，服裝和傷口敷料中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種再生纖維素纖維，其具有下列性能的組合該纖維在干燥狀態(tài)下具有陷縮的空心橫截面結(jié)構(gòu)，該纖維在潮濕狀態(tài)下具有帶空腔的橫截面結(jié)構(gòu)，該纖維在縱向方向具有由分隔壁導(dǎo)致的節(jié)段，該纖維中加有吸收性聚合物，特別是羧甲基纖維素。該纖維可通過一種方法得到，在該方法中將碳酸鹽和吸收性聚合物，特別是羧甲基纖維素混入粘性紡織料中。
文檔編號D01D5/247GK102639767SQ201080034193
公開日2012年8月15日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者C·伍丁斯, H·哈姆斯, I·伯恩特, W·羅根施泰因 申請人:凱爾海姆纖維制品有限責任公司