CN101076620A - 纤维素短纤维及其作为填充材料的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多叶片纤维素短纤维作为填充材料的用途。另外本发明涉及纤维素短纤维，其特征在于：纤维的横截面具有三或多片叶片；纤维的纤度为1.0－30dtex，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6－10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3－10dtex；纤维的湿模量满足下式：湿模量(cN/tex)≥0.5*√T，其中T为以dtex计的纤维纤度；在调理状态下纤维的断裂强度满足下式：断裂强度(cN/tex)≥1.3*√T+2*T，其中T为以dtex计的纤维纤度。

Description

纤维素短纤维及其作为填充材料的用途
本发明涉及用于纺织物品如羽绒被、垫子、枕头、床垫、室内装潢用套毛、衣服等的填充材料领域，并且涉及为此特别有用的材料。
已知用于纺织物品的填充材料必须满足特殊要求。特别地，需要大体积同时具有低密度，以及有关绝热、吸潮和传湿的合适性能。
WO 99/16705推荐了一种由聚酯纤维和Lyocell纤维的非织造混合物组成的填充材料。Lyocell纤维是从纤维素在含水叔胺氧化物，特别是N-甲基-N-吗啉-N-氧化物(NMMO)中的溶液纺出的纤维素纤维。
EP 1 067 227 A1公开了一种作为填充材料的聚酯纤维和粘胶纤维的混合纤维套毛。
已知的填充材料即使由一种单一纤维类型或纤维混合物或纤维与其它材料如羽绒的混合物组成，其仍然不能完全满足其性能要求。
本发明的目的是提供一种极好地满足这种材料应该满足的要求的填充材料。
根据一个方面，该目的通过采用根据独立权利要求1的纤维素短纤维实现。
在另一方面，该目的通过使用多叶片纤维素短纤维，且特别是通过使用根据本发明的纤维素短纤维作为填充材料实现。
本发明另一方面涉及一种包含多叶片纤维素短纤维，特别是根据本发明的纤维素短纤维的填充材料。
本发明的优选实施方案在从属权利要求中公开。
本发明基于以下发现：多叶片纤维素短纤维极好地适于作为用于各种纺织用途，特别是用于羽绒被、垫子、枕头、床垫、室内装潢用套毛、衣服等的填充纤维。
“多叶片”纤维素短纤维应理解为其横截面显示三或多片叶片的纤维。这种纤维可以通过将经由喷丝头的纤维素纺纱溶液纺纱而生产，喷丝头的开口显示三或多片叶片，该叶片分别具有优选2∶1或更大的叶片长宽比。如此生产的纤维显示贯穿众多纤维基本相同的横截面。
生产多叶片纤维素短纤维的方法描述于例如EP-A 0 301 874中。然而，该文件仅公开了这种纤维用于吸收剂产品，例如棉塞的用途。
用于通过将经由具有多叶片开口的喷丝头的纺纱溶液纺纱而制造纤维素短纤维的另一种方法公开于WO 04/85720中。
JP-A 61-113812以及Treiber E.，Chemiefasern 5(1967)，344-348(“Verzug，Verstreckung und Querschnittsmodifizierung beimViskosespinnen”)公开了通过将经由具有多叶片开口的喷丝头的纺纱溶液纺纱而制造纤维素(环形)长丝的方法。(环形)长丝的性能显著不同于短纤维的性能，特别是在卷边性能方面。
可以证明多叶片纤维素短纤维具有使其特别用作填充材料的性能谱。特别地，这类纤维显示高挠曲刚度、高体积、高回弹能力和高吸水能力。
优选用于本发明的多叶片纤维素短纤维的纤度为1.0-30分特(dtex)，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6-10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3-10dtex。
在每种情况下纤度的合适范围取决于填充材料所预期的用途。当用作衣服的填充材料时，1-5dtex，优选约3-4dtex的更低分特范围是有利的。用于纺织品应用的典型纤度为约3.3dtex。
在用于羽绒被、垫子等的填充材料领域，大于5.0-10dtex范围的纤度是优选的。在此，典型的纤度为约6.7dtex。
特别有用的填充纤维是纤维素短纤维，其特征在于：
-纤维的横截面具有三或多片叶片
-纤维的纤度为1.0-30dtex，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6-10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3-10dtex
-纤维的湿模量满足下式：
湿模量(cN/tex)≥0.5*√T，其中T为以dtex计的纤维纤度
-在调理状态下纤维的断裂强度满足下式：
断裂强度(cN/tex)≥1.3*√T+2*T，其中T为以dtex计的纤维纤度。
具有该组合特征的纤维在现有技术中尚未公开。
该多叶片纤维素短纤维是所谓的“莫代尔”纤维。术语“莫代尔纤维”是一种统称，根据BISFA(Bureau for the InternationalStandardization of Man-Made-Fibers)的定义，应理解为一种具有高湿韧度和高湿模量(即在湿润条件下将纤维拉长5％所需的力)的纤维素纤维。
根据本发明的多叶片纤维素短纤维具有极好地满足填充纤维所应满足的要求的性能谱。特别要提及的是比普通莫代尔纤维更高的挠曲刚度。例如，纤度为6.5dtex的普通莫代尔纤维显示0.35mN mm2/tex2的挠曲刚度，而具有相同纤度的本发明的多叶片莫代尔纤维显示0.44mN mm2/tex2的挠曲刚度。
挠曲刚度由本申请人研发的方法测定。测定值以力的梯度与线性测量范围内的路径的关系表示，基于纤度。
为了进行测量，将调理过的纤维夹入夹杆并用切割装置将其切为5mm精确长度。通过电传动装置以恒定速度向上移动夹杆。由此，将纤维压在与力传感器适配的小传感器板上。纤维越硬，测量的力越高。
由于缺乏校准的可能性，不能给出有效力用于计算挠曲刚度。但是，可以在指定测量范围内对纤维进行相对比较。因此，在测量力的线性测量范围内测量相对路径的梯度并与纤维的纤度关联。
在根据本发明的纤维素短纤维中，纤维横截面的面积F与纤维横截面的周长U之间的数值关系优选为1.7∶1-3.5∶1。在该实施方案中，纤维横截面的叶片相对更厚和更短。纤维横截面的面积与纤维横截面的周长之间的数值关系可以由纤维横截面的显微照片通过软件计算测定。
在另一个优选实施方案中，纤维横截面的面积比内接在所述横截面内的最大等边三角形的面积大2.30倍或更大，优选大2.50倍或更大，特别优选大2.70倍和更大。这类似于纤维叶片形状的更清楚发展。纤维横截面的面积与可以内接的最大等边三角形的面积之比通过WO04/85720中详述的方法测定。该比值在下面称为“δ因子”。
可以证明本发明的多叶片莫代尔短纤维显示非常高的吸水能力。
优选，本发明的纤维显示大于6.0g/g，优选6.5g/g或更大，特别优选6.8g/g和更大的Syngina吸收能力。
Syngina吸收能力根据WO 04/85720中公开的试验方法计算。
如果根据EDANA试验方法ERT 350.0-02测定吸收能力，则获得4.5g/g和更大的值。
对于纤维素短纤维作为填充纤维的用途，另外如果纤维在其表面上显示一种增加滑动的物质，特别是硅氧烷是有利的。这种物质可以以本身已知的方式在后处理和整理步骤的浴中生产纤维期间施加。基于纤维的重量，增加滑动的物质，特别是硅氧烷的量为0.3wt％-3.0wt％是有利的。
根据本发明的多叶片莫代尔纤维不仅适于作为填充纤维，而且也可以以1.0-5.0dtex的普通纤度范围用于其它纺织品应用，例如用于纱等。这些纱的特征为气塞增加、区域覆盖率改进、传湿性更好且绝热性提高。
另外根据本发明的纤维素短纤维突出地用作地毯或铺地毯的地板的材料。在这种情况中，纤维的纤度范围优选为约6.0dtex或更多。
生产不具有叶片横截面的莫代尔纤维的方法从例如AT 287.905 B已知。当进行这种方法时，如果使用带有多叶片，优选三叶片开口的喷丝头，则可以生产根据本发明的多叶片莫代尔纤维。优选使用带有叶片长宽比低于3∶1的开口的喷丝头。
通过使用多叶片纤维素短纤维，特别是根据本发明的多叶片莫代尔纤维可以获得的填充材料可以以套毛、纤维球、棉胎的形式或以本领域技术人员已知的其它形式存在。
在优选的实施方案中，根据本发明的填充材料基本由多叶片纤维素短纤维组成。
但是，对于许多应用，一方面使用几种组分，即多叶片纤维素短纤维和另一方面使用另外的材料如另外的纤维和/或另外的填充组分作为填充材料是合适的。
可以用作另外组分的纤维可以优选选自合成纤维，特别是聚酯纤维、聚丙烯酸类纤维、聚酰胺纤维、聚乳酸酯纤维；天然纤维，特别是棉花、木棉、韧皮纤维、剑麻、丝绸；人造纤维素纤维，特别是粘胶纤维、莫代尔纤维、Lyocell纤维；和/或动物毛，特别是绵羊毛、马毛、兔毛、骆驼毛和山羊毛。
作为另外的非纤维形式的组分，可以选择选自羽绒和羽毛的材料。
聚酯纤维和/或羽绒特别优选作为用于本发明填充材料的另外组分。
如果使用几种组分，则基于全部填充材料，优选多叶片短纤维的存在量为20wt％-90wt％。
如果使用几种组分作为填充材料，则本领域技术人员已知各种组合：
首先，组分可以与另一种混合存在成为所谓的“均质混合物”。
其次，已知组合由各种套毛状层组成。在至少一层这些套毛状层中使用多叶片纤维素短纤维(作为纯物质或再次与另一种组分混合)。
在根据本发明的填充材料中，多叶片纤维素短纤维也可以改性形式使用，例如通过引入阻燃剂(例如Messrs.Clariant的Exolit5060)、用阻燃剂后处理或另外以阻燃方式改性而固有地阻燃。在这方面，有利的是形成所谓的纤维素/粘土纳米复合材料，其中所述纳米复合材料的粘土组分包括选自未改性粘土和改性粘土，如疏水或亲水改性粘土的材料。粘土组分可优选包括蒙脱土或改性或未改性锂蒙脱石粘土。
多叶片纤维素短纤维可另外由选自脱乙酰壳多糖和脱乙酰壳多糖(chitosonium)聚合物的化合物改性。特别地，有利的是通过用脱乙酰壳多糖涂覆纤维而改性纤维。使用脱乙酰壳多糖聚合物改性Lyocell纤维在WO 2004/007818中已知。
用脱乙酰壳多糖或脱乙酰壳多糖聚合物改性的多叶片纤维素短纤维显示脱乙酰壳多糖的已知性能，即抗微生物活性、对伤口康复的正面影响、气味抑止性能和抗变应性能，使得这些纤维特别用作填充材料。
下面通过工作实施例和附图更详细地描述本发明。
因此，图1和2显示根据本发明的多叶片莫代尔纤维的纤维横截面，该纤维分别根据实施例1和3制备。
图3显示根据实施例4制备的多叶片莫代尔纤维的纤维横截面。
实施例
实施例1
在35℃搅拌下采用包含240g/l氢氧化钠的浆化碱液将R18含量为93％的粘胶纸浆碱化。通过泵连续进行纸浆的加入和浆料的排出。将浆料脱套到包含33％纤维素和17％氢氧化钠的碱化纤维素的套毛中。
将碱化纤维素的套毛切碎。在30℃使碱化纤维素熟化，使得在形成硫化物之前纤维素的铜粘度为16mPa.s。通过加入基于纤维素38％的CS2，在形成硫化物工厂于28℃进行硫化物形成2小时，同时循环该物质。用稀氢氧化钠溶液溶解黄原酸盐得到含有6.1％纤维素、6.5％NaOH和36％CS2的粘胶，基于纤维素。
过滤粘胶三次并脱气。纺纱前1小时，将基于纤维素3.0％的得到罩结构的改性剂(乙氧基化胺)加入到粘胶中。熟化粘胶到纺纱γ值为57。纺纱期间粘度为80落球(ball-fall)秒。在工业纺纱设备上通过带有625个三叶片孔的喷丝头将粘胶纺纱到具有下列组成的纺纱浴中，每个孔具有3个72×33μm叶片(长宽比：2.18)：
70g/l硫酸
90g/l硫酸钠
55g/l硫酸锌
纺纱浴的温度为40℃。引导浅黄色凝固和部分再生的长单丝越过第一导丝辊(G1)进入温度为95℃的第二浴，并在此在G1和第二导丝辊(G2)之间拉伸75％。最终排出速度为20m/min。
将纺纱丝束切成长60mm的短纤维，然后使其在稀硫酸中完全再生，其后用热水洗涤直到它们不含酸，用稀钠碱液脱硫，再次洗涤，用稀次氯酸钠溶液漂白，再次洗涤，用硅氧烷乳液整理，脱套并干燥。
纤度为6.8dtex的纤维具有下列性能：
纤维韧度(调理状态)：                29cN/tex
纤维韧度(湿润状态)：                17cN/tex
伸长率(调理的)：                    16％
伸长率(湿润的)：                    18％
湿模量：                            3.75cN/tex/5％
Syngina值(根据WO 04/85720试验方法)：7.0g/g
水保留能力：                        62％
纤维横截面面积与纤维横截面周长之比：2.1∶1
δ因子：                            2.6
图1显示根据实施例1纺纱的纤维的纤维横截面。
实施例2
在50℃搅拌下采用包含220g/l氢氧化钠的浆化碱液将R18含量为97.5％的桉树纸浆碱化。以与实施例1所述相同的方式进行进一步浆化和形成硫化物处理。用稀氢氧化钠溶液溶解黄原酸盐得到含有6.3％纤维素、6.2％NaOH和36％CS2的粘胶，基于纤维素。
以与实施例1所述相同的方式对粘胶进行进一步处理。在工业纺纱设备上通过带有625个三叶片孔的喷丝头将粘胶纺纱到具有下列组成的纺纱浴中，每个孔具有3个72×33μm叶片(长宽比：2.18)：
72g/l硫酸
90g/l硫酸钠
53g/l硫酸锌
纺纱浴的温度为42℃。以与实施例1所述相同的方式对纺制的长丝进行进一步处理。
纤度为7.6dtex的纤维具有下列性能：
纤维韧度(调理状态)：                30cN/tex
纤维韧度(湿润状态)：                19cN/tex
伸长率(调理的)：                    17％
伸长率(湿润的)：                    20％
湿模量：                            3.5cN/tex/5％
Syngina值(根据WO 04/85720试验方法)：6.8g/g
水保留能力：                        61％
纤维横截面面积与纤维横截面周长之比：1.9∶1
δ因子：                            2.55
实施例3
在45℃搅拌下采用包含220g/l氢氧化钠的浆化碱液将R18含量为94％的硬木纸浆碱化。以与实施例1所述相同的方式进行进一步浆化和形成硫化物处理。用稀氢氧化钠溶液溶解黄原酸盐得到含有5.9％纤维素、6.1％NaOH和36％CS2的粘胶，基于纤维素。
以与实施例1所述相同的方式对粘胶进行进一步处理。在工业纺纱设备上通过带有625个三叶片孔的喷丝头将粘胶纺纱到具有下列组成的纺纱浴中，每个孔具有3个70×30μm叶片(长宽比：2.33)：
68g/l硫酸
95g/l硫酸钠
55g/l硫酸锌
纺纱浴的温度为37℃。以与实施例1所述相同的方式对纺制的长丝进行进一步处理。
纤度为6.1dtex的纤维具有下列性能：
纤维韧度(调理状态)：                30cN/tex
纤维韧度(湿润状态)：                19cN/tex
伸长率(调理的)：                    18％
伸长率(湿润的)：                    20％
湿模量：                            4.1cN/tex/5％
Syngina值(根据WO 04/85720试验方法)：6.85g/g
水保留能力：                        62％
纤维横截面面积与纤维横截面周长之比：2.5∶1
δ因子：                            2.8
图2显示根据实施例3纺纱的纤维的纤维横截面。
实施例4
在50℃搅拌下采用包含220g/l氢氧化钠的浆化碱液将R18含量为97.5％的桉树纸浆碱化。以与实施例1所述相同的方式进行进一步浆化和形成硫化物处理。用稀氢氧化钠溶液溶解黄原酸盐得到含有6.1％纤维素、6.2％NaOH和36％CS2的粘胶，基于纤维素。
以与实施例1所述相同的方式对粘胶进行进一步处理。在工业纺纱设备上通过带有625个三叶片孔的喷丝头将粘胶纺纱到具有下列组成的纺纱浴中，每个孔具有3个70×30μm叶片(长宽比：2.33)：
72g/l硫酸
95g/l硫酸钠
53g/l硫酸锌
纺纱浴的温度为42℃。以与实施例1所述相同的方式对纺制的长丝进行进一步处理。
纤度为3.3dtex的纤维具有下列性能：
纤维韧度(调理状态)：                27cN/tex
纤维韧度(湿润状态)：                18cN/tex
伸长率(调理的)：                    10％
伸长率(湿润的)：                    12％
湿模量：                            6.5cN/tex/5％
Syngina值(根据WO 04/85720试验方法)：6.3g/g
水保留能力：                        74％
纤维横截面面积与纤维横截面周长之比：2.6∶1
δ因子：                            2.6
图3显示根据实施例4纺纱的纤维的纤维横截面。
实施例5
使用根据实施例1制备的三叶片莫代尔短纤维，制备用作羽绒被填充材料的套毛。
因此，制备以下套毛：
a)100％根据实施例1制备的纤维的套毛；
b)70％根据实施例1制备的纤维和30％聚酯纤维的套毛；
c)50％根据实施例1制备的纤维和50％聚酯纤维的套毛。
在所有情况下套毛均具有优异的均匀度。

Claims (24)

1.纤维素短纤维，其特征在于：
-纤维的横截面具有三或多片叶片
-纤维的纤度为1.0-30dtex，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6-10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3-10dtex
-纤维的湿模量满足下式：
湿模量(cN/tex)≥0.5*T，其中T为以dtex计的纤维纤度
-在调理状态下纤维的断裂强度满足下式：
断裂强度(cN/tex)≥1.3*T+2*T，其中T为以dtex计的纤维纤度。
2.根据权利要求1的纤维素短纤维，其特征在于纤维横截面的面积F与纤维横截面的周长U之间的数值关系优选为1.7∶1-3.5∶1。
3.根据权利要求1或2的纤维素短纤维，其特征在于纤维横截面的面积比内接在该横截面内的最大等边三角形的面积大2.30倍或更大，优选大2.50倍或更大，特别优选大2.70倍和更大。
4.根据权利要求1、2或3之一的纤维素短纤维，其特征在于纤维的Syngina吸收能力大于6.0g/g，优选6.5g/g或更大，特别优选6.8g/g和更大。
5.根据前述权利要求之一的纤维素短纤维，其特征在于纤维在其表面上显示一种增加滑动的物质，特别是硅氧烷。
6.根据前述权利要求之一的纤维素短纤维，其特征在于纤维由选自脱乙酰壳多糖和脱乙酰壳多糖聚合物的化合物改性。
7.根据前述权利要求之一的纤维素短纤维，其特征在于纤维由阻燃剂，优选改性或未改性粘土改性。
8.多叶片纤维素短纤维作为填充纤维的用途。
9.根据权利要求8作为用于羽绒被、垫子、枕头、床垫、室内装潢用套毛、衣服等的填充纤维的用途。
10.根据权利要求8或9的用途，其特征在于多叶片纤维素短纤维的纤度为1.0-30dtex，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6-10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3-10dtex。
11.根据权利要求8-10任意一项的用途，其特征在于纤维素短纤维由选自脱乙酰壳多糖和脱乙酰壳多糖聚合物的化合物改性。
12.根据权利要求8-11任意一项的用途，其特征在于纤维素短纤维由阻燃剂，优选改性或未改性粘土改性。
13.根据权利要求8-12任意一项的用途，其特征在于使用根据权利要求1-7任意一项的纤维素短纤维。
14.用于羽绒被、垫子、枕头、床垫、室内装潢用套毛、衣服等的包含多叶片纤维素短纤维的填充材料。
15.根据权利要求14的填充材料，其特征在于多叶片纤维素短纤维的纤度为1.0-30dtex，优选大于3.0dtex，特别是大于5.0dtex，优选为5.6-10dtex，特别优选大于6.0dtex，特别为6.3-10dtex。
16.根据权利要求14或15的填充材料，其特征在于多叶片纤维素短纤维由选自脱乙酰壳多糖和脱乙酰壳多糖聚合物的化合物改性。
17.根据权利要求14-16任意一项的填充材料，其特征在于多叶片纤维素短纤维由阻燃剂，优选改性或未改性粘土改性。
18.根据权利要求14-17任意一项的填充材料，其特征在于使用根据权利要求1-7任意一项的纤维素短纤维。
19.根据权利要求14-18任意一项的填充材料，特别为套毛形式的，其特征在于其基本由多叶片纤维素短纤维组成。
20.根据权利要求14-18任意一项的填充材料，其特征在于其另外包括另外的纤维和/或另外的填充组分。
21.根据权利要求20的填充材料，其特征在于另外的纤维和/或组分选自合成纤维，特别是聚酯纤维、聚丙烯酸类纤维、聚酰胺纤维、聚乳酸酯纤维；天然纤维，特别是棉花、木棉、韧皮纤维、剑麻、丝绸；人造纤维素纤维，特别是粘胶纤维、莫代尔纤维、Lyocell纤维；和/或动物毛，特别是绵羊毛、马毛、兔毛、骆驼毛和山羊毛。
22.根据权利要求20或21的填充材料，其特征在于另外的填充组分选自羽绒和羽毛。
23.根据权利要求14-22任意一项的纤维球形式的填充材料。
24.根据权利要求14-22任意一项的填充材料，其特征在于其由各种套毛状层组成，其中至少一层所述层包含多叶片纤维素短纤维。
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