CN103597135A - 制备水力缠结的非织造材料的方法 - Google Patents

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Abstract

通过水力缠结含有纺丝成网长丝、天然纤维及合成短纤维的纤维混合物制备非织造材料的方法，其中湿法成网天然纤维和至少10％纤维重量的人造短纤维的第一纤维网(12)并在第一水力缠结站(13)水力缠结，在所述水力缠结的第一纤维网(12)上铺设纺丝成网长丝(16)，在所述纺丝成网长丝(16)上方湿法成网包含天然纤维的第二纤维网(19)。在第二水力缠结站(20)将所述第二纤维网(19)与纺丝成网长丝(16)水力缠结到一起，翻转所述结合网并在第三水力缠结站(25)将天然纤维和人造短纤维的第一纤维网(12)与纺丝成网长丝(16)水力缠结到一起。

Description

制备水力缠结的非织造材料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制备水力缠结的非织造材料的方法，所述非织造材料包含天然纤维、人造短纤维和纺丝成网长丝(spunlaid filaments)的混合物。
背景技术
吸收非织造材料通常用于擦拭工业、服务业、办公室和家庭场所的各种溢出和泄漏。对于制成用于擦拭的无纺布材料的性能有很高的要求。理想的擦拭物应当结实、吸收性强、耐磨损、掉毛少。还应该柔软且有纺织物触感。水力缠结的非织造材料因其吸收性和类似纺织物的性质而经常被用作擦拭物。
水力缠结法或水刺法是1970年代引入的技术，参见例如加拿大专利CA841938。该方法包括用干法成网或者湿法成网形成纤维网，然后依靠高压下非常细的喷射水流使纤维缠结。将几排喷射水流对准由可移动织物支撑的纤维网。然后将缠结的纤维网干燥。在该材料中使用的纤维可以为合成或再生短纤维，例如聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造纤维(rayon)等，浆纤维或浆纤维与短纤维的混合物。水刺材料能够以高质量及合理的成本制造，并且吸收容量高。它们例如可用作家庭或工业用的擦拭材料，用作医疗中的以及供卫生用途等的一次性材料。
由例如EP-B-0333211和EP-B-0333228已知水力缠结纤维混合物，其中纤维组分之一由熔喷纤维形式的连续长丝组成。基材即受到水力缠结的纤维状材料，由至少两层联结的预制纤维层组成，其中至少一层由熔喷纤维构成；或者由“共成形材料”组成，其中将基本上均质的熔喷纤维和其他纤维的混合物在形成的织物上气流成网。
由EP-A-0308320已知，将连续长丝的预粘合网与含浆纤维和短纤维的单独预粘合的湿法成网纤维材料合并在一起，并使各自成形的纤维网经水力缠结在一起以形成叠层。这样的材料中，因为水力缠结前纤维相互粘连且仅有非常有限的可移动性，从而不同纤维网中的纤维相互间将不能形成一个整体。该材料将表现显著的两面性。
WO99/22059公开了通过水力缠结连续长丝、天然纤维和/或合成短纤维的混合物制备非织造材料的方法。天然纤维和/或合成短纤维的纤维网泡沫成型并水力缠结并与连续长丝，例如熔喷纤维形成整体。
WO2005/042819公开了制备非织造材料的方法，其通过在成形织物上形成连续长丝网并在所述连续长丝上施加含有3毫米和7毫米之间长度的合成短纤维以及天然纤维的湿法形成的纤维分散体。随后水力缠结纤维网以形成非织造材料。
明显看到水力缠结材料的一个问题——它们会经常表现显著两面性，也就是说，可以清楚分辨出在缠结步骤中朝向织物一侧与朝向喷射水流一侧之间的差异。在某些情况下，这一点已被用作有益的图案，但在大多数情况下，它被视为缺点。当结合两个独立层，并喂入缠结过程，该处理步骤通常不能彻底混合这些层，而是这些层仍然存在，尽管相互粘合在一起。在复合物中使用浆料会出现富浆料侧和缺浆料侧，这将导致两侧性能的差异。当使用纺丝成网长丝时这是显著的，因为在生产时它们往往会形成平面二维层，这将混合不佳。
人们还知道制备两侧具有相同的纤维组合物的材料，其中在第一步中生产的水力缠结的非织造材料包含浆纤维和合成短纤维的混合物，所述混合物在纺丝成网长丝的上方湿法成网。在第二步中，将所述水力缠结的非织造材料返回到过程中，将浆纤维和合成短纤维的第二混合物在水力缠结非织造物上湿法成网。随后将连结的纤维层水力缠结。这是个成本高、耗时又耗能的工艺，不能完全解决问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制备水力缠结的非织造材料的在线方法，所述非织造材料包含天然纤维、人造短纤维、纺丝成网长丝的混合物，其中所述非织造材料降低了两面性，即两侧都应该有相似的外观和性能。这通过包括以下步骤的方法实现：湿法成网天然纤维和至少10重量％的人造短纤维的第一纤维网，在第一水力缠结站水力缠结所述第一纤维网，在所述水力缠结的第一纤维网上铺设纺丝成网长丝，在所述纺丝成网长丝上方将包含天然纤维的第二纤维网湿法成网，并在第二水力缠结站将所述第二纤维网与纺丝成网长丝水力缠结在一起，从而形成包含所述第一纤维网和第二纤维网以及所述纺丝成网长丝的结合网，翻转所述结合网并在第三水力缠结站将天然纤维和人造短纤维的第一纤维网与纺丝成网长丝水力缠结到一起。
第一水力缠结站中使用的流体压力可以在10到50巴之间。
第二水力缠结站和第三水力缠结站中使用的流体压力可以在70和200巴之间。
天然纤维和人造短纤维的第一纤维网可以含有10％至40％纤维重量的人造短纤维，和60％至90％纤维重量的天然纤维。
天然纤维和人造短纤维的第二纤维网可以含有10％至40％纤维重量的人造短纤维，和60％至90％纤维重量的天然纤维。
天然纤维可以是木浆纤维。
人造短纤维可具有3到25mm之间的长度。
纺丝成网长丝之间可能没有热粘接点。
天然纤维和人造短纤维的第一纤维网可通过湿法成网所述纤维的水分散体而湿法成型。
天然纤维和任选存在的人造短纤维的第二纤维网可通过湿法成网所述纤维的泡沫分散体而泡沫成型。
水力缠结湿法成网的第一纤维网可以在所述水力缠结湿法成网的第一纤维网上铺设纺丝成网长丝前脱水至30到50重量％之间的干含量。
定义
纺丝成网长丝
长丝是一些与它们直径相比长度很长，理论上是无穷长的纤维。它们可以通过下述方法生产：将热塑性聚合物熔化并挤出穿过细喷嘴，此后优选地通过在聚合物流处并沿着所述聚合物流吹送的气流作用使聚合物冷却，并固化成单纱(strand)，所述单纱可以通过牵引、拉伸或卷曲处理。可以将用于附加功能的化学物质加到表面上。长丝还可以通过形成纤维的反应剂溶液进入反应介质的化学反应，比如通过将黄原酸纤维素溶液制成的粘胶纤维纺丝进入硫酸进行生产。
纺丝成网长丝通过将熔融的热塑性聚合物挤出穿过细喷嘴成很细的聚合物流来生产。长丝通过空气拉伸以得到合适的直径。纤维直径通常在10μm以上，通常在10-100μm之间。例如在美国专利4813864或5545371中描述了纺粘的生产。
任何具有足够的一致性能以在熔融状态下用这种方法拔丝的热塑性聚合物，原则上都可以用来生产纺丝成网长丝。可用的聚合物的实例是聚烯烃类，如聚乙烯和聚丙烯、聚酰胺类、聚酯类和聚交酯类。当然也可以使用这些聚合物的共聚物，以及具有热塑性性能的天然聚合物。
天然纤维
有许多类型的天然纤维可以用于水力缠结的非织造材料中，尤其是具有吸水能力和有助于产生一致薄层的那些纤维。在可以使用的天然纤维中，主要有纤维素纤维类如种子毛纤维，比如棉花、木棉和马利筋属纤维(milkweed)；叶纤维类，比如剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维和新西兰麻；或者韧皮纤维类，比如亚麻、大麻、黄麻、洋麻和浆。木浆纤维尤其十分适合使用，并且软木纤维和硬木纤维二者都合适。还可以使用再生纤维。
浆纤维长度可以不同，对于软木纤维为约3mm，对于硬木纤维为约1.2mm，对于再生纤维，其长度为这些长度的混合或者更短。
短纤维
所用的人造短纤维可以用与上述纺丝成网长丝相同的聚合物生产。其他可用的人造短纤维是用再生纤维素如粘胶纤维(viscose)和溶解性纤维(lyocell)制成。短纤维由长丝切短。它们可以经过纺丝整理和卷曲处理，但对于优选地用来生产本发明所述材料的方法类型来说，这不是必要的。通常进行纤维束的切割，以便产生单一切割长度，其由切割轮中各刀片之间的距离确定。根据所计划的使用，使用不同的纤维长度。湿法成网水力缠结的非织造物可用3到25mm之间的长度。
附图说明
下面参考附图中所示的实施方案说明本发明。
图1示意性地示出制备根据本发明的水力缠结的非织造材料的方法。
图2是由扫描型电子显微镜(SEM)拍摄的穿过根据该方法制备的非织造材料的横截面的照片。
具体实施方式
图1中示出根据本发明的制备水力缠结的非织造材料的方法的一个实施例。包含天然纤维和人造短纤维的混合物的料浆通过流浆箱11在成形织物10上湿法成网。除水之外，料浆可含有传统的造纸添加剂，如湿和/或干强度剂、助留剂和分散剂。湿法成网或湿法成型的一个特殊的变种是泡沫成型，其中天然纤维和短纤维分散在含有水和表面活性剂的泡沫液体中。液体或泡沫通过布置在成形织物下方的吸箱(未示出)穿过成形织物10，从而包含天然纤维和人造短纤维的第一纤维网12在成形织物10上形成。在例如WO96/02702Al中描述了泡沫成型。泡沫成型的优点是，相较于传统无泡沫湿法成型，其需要泵送较少的液体并吸入穿过成形织物。
用于形成所述第一纤维网的天然纤维和人造短纤维的比例是60至90重量％的天然纤维和10至40重量％的人造短纤维。天然纤维和人造短纤维可以是前文提到的种类。
第一纤维网12在第一水力缠结站13中水力缠结，而其仍然由成形织物10支撑。第一水力缠结站13可以包括带有一排喷嘴14的横杆，在压力下非常细的水流从喷嘴直接喷向第一纤维网以使纤维缠结。吸箱(未示出)设置在成形织物10下正对喷嘴14。第一水力缠结站的喷嘴中使用的缠结压力可以较低，在10到50巴之间，以仅仅让第一纤维网12轻微粘接。第一纤维网12的粘接可仅仅让网12自支撑就足够了，例如以便其可以从第一成形织物10转移到第二成形织物15。第一成形织物10应该有相对较高的支数(count)(低开口区域)以保持湿法成网的网中的纤维，而第二成形织物15可具有相对较低的支数(较高的开口区域)，下文中将对其进行描述。
第一纤维网12在MD(机器方向)的拉伸强度应至少为50牛/米，以便自支撑，但优选不超过100牛/米。此外，如有必要，湿法成网的第一纤维网12的脱水可在转移到第二成形织物16后借助于吸箱(图中未示出)实施，以达到适合的第一纤维网的干含量。因为在随后的水刺步骤(如下所述)中空气被吸入网中，适宜的湿法成网第一纤维网的干含量为30至50重量％。
优选在第一水力缠结站只用一排喷嘴14。第一纤维网12的基重可以是10至100克/米2。
将纺粘型纺丝成网长丝16铺在水力缠结第一纤维网12之上。纺丝成网长丝16由挤出的熔融热塑性粒料制成，并从喷嘴17直接铺放在第一纤维网12上。空气通过设置在成形织物15下的吸箱(未示出)在纺丝成网站吸入穿过网。为了让空气吸入通过第二成形织物15，这应该有较低的支数(较高的开口区域)。使纺丝成网长丝成网，其可以稍微粘结或可选地无粘结，其中纺丝成网长丝彼此可以比较自由地移动。基于纺丝成网长丝粘性的粘结程度由喷嘴17与成形织物15之间的距离控制。如果距离较大，纺丝成网长丝在它们铺在第一纤维网12上之前就冷却下来，以致它们的粘性大幅降低。可用一些其他的方式实现长丝的冷却，例如，当它们已经被牵伸出或拉伸至优选的程度时，使用多个用来冷却长丝的空气源。
由于纺丝成网长丝16铺放在湿润的湿法成网的纤维网12上，长丝将粘着并保持它们铺放在湿网12上的状态，从而保持成型，否则有可能难以保存在成型网上。为了进一步改善纺丝成网长丝的成型，它们可以电荷相斥，或由两个或更多个水刺站按序铺放。
纺丝成网长丝16铺放在第一纤维网12时的速度远高于成形织物15的速度，所以当它们收集在第一纤维网12上的成形织物上时，纺丝成网长丝会形成不规则的圈和弯曲，以形成非常随机化的前体网。形成的长纤维前体网的基重可以在10至50克/米2之间。
将包含天然纤维和任选存在的人造短纤维的浆料从流浆箱18在纺丝成网长丝16上湿法成网，以形成天然纤维和任选存在的人造短纤维的第二纤维网19。第二纤维网19的基重可以与第一纤维网12的范围相同。第二纤维网还可以包含人造短纤维，天然纤维和人造短纤维的比例以及纤维的类型可以与第一纤维网12的相同。泡沫成型可用于形成天然纤维和任选存在的人造短纤维的第二纤维网19。通过设置在成形织物下的吸箱(未示出)，液体或泡沫吸入穿过成形织物15。
根据一个实施方案，天然纤维和人造短纤维的第一纤维网12通过湿法成网所述纤维的水分散体形成，天然纤维和人造短纤维的第二纤维网19通过湿法成网所述纤维的发泡分散体而泡沫成型。
天然纤维和人造短纤维的第二纤维网19与连续长丝16的网在第二水力缠结站20中在水力缠结织物21的支撑下水力缠结在一起。在图1所示的实施方案中，第二水力缠结站20包括三排水力缠结喷嘴22。可以使用任何适当排数的喷嘴22。第二水力缠结站20的喷嘴22中使用的缠结压力高于第一水力缠结站13的缠结压力，并优选在70至200巴之间的范围内。利用吸箱(未示出)将水力缠结水穿过织物21排出。第二纤维网19中的短纤维和浆纤维(或其他天然纤维)与连续长丝16的强烈混合在第二水力缠结站20完成。连续长丝16之间没有无热粘接点粘结或仅轻微粘结，连续的长丝可以与它们自己和短纤维及浆纤维扭绕并缠结，其使得不同类型的纤维和长丝之间良好融合。人造短纤维和天然纤维的第一纤维网12或多或少没有受到来自于第一水力缠结站20的水流的影响。但是，来自于水流的压力将第一纤维网12压向接近水力缠结织物21以符合织物21的结构。
由此形成的网23，其从一面水力缠结，被转移到另一水力缠结织物24，其中其在转移处翻转，从而使第一纤维网12在顶侧上，第二纤维网19面对水力缠结织物24。设置包括三排水力缠结喷嘴26的第三水力缠结站25以将天然纤维和人造短纤维的第一纤维网12与连续长丝16的网水力缠结在一起。可以使用任何适当排数的喷嘴26。第三水力缠结站25的喷嘴26中使用的缠结压力可与第一水力缠结站13的相同，即优选在70至200巴之间的范围内。利用吸箱(未示出)将水力缠结水穿过织物24排出。第一纤维网12中的短纤维和浆纤维(或其他天然纤维)与连续长丝16的强烈混合在第三水力缠结站25完成，以制成在两侧都水力缠结的纤维网27。来自于水流的压力进一步将第二纤维网19压向接近水力缠结织物24以符合织物24的结构。如果水力缠结织物21和24的花纹相同或至少相似，网27的背面将具有相似的结构。
带有两排或更多排喷嘴的水力缠结站的水流压力可调节以适于特定的压力分布，而不同排的喷嘴有不同的压力。
三个成形和水力缠结的织物10、15和21在一个可选实施方案中可以由单个成形和水力缠结织物取代。在另一个可选实施方案中，使用两个成形和水力缠结织物来取代图1中显示的三个织物10、15和21。
然后干燥水力缠结网27，其可以在常规网干燥设备上完成，优选用于组织干燥的类型，如空气穿透干燥或扬克式(Yankee)干燥设备。干燥后，通常将材料在转换之前卷绕以形成母卷。然后以已知的方式将材料转换为合适的规格和包装。
材料的结构可以通过进一步加工例如微起皱、热轧光、压花等改变。干燥之前或之后可向网27中进一步加入不同的添加剂，如湿强度剂、粘合剂化学物质、胶乳、解胶剂(debonder)等。
根据上述方法生产的水力缠结的非织造材料在材料的两侧具有非常相似的外观和性能。因此，与传统的水力缠结的非织造材料相比，它降低了两面性。两个外纤维网12和19与纺丝成网长丝16的内层良好结合。这在图2中图示，图2是穿过根据本发明的方法制备的水力缠结的非织造材料横截面的放大150倍的显微照片。
所述方法的另一个重要优点是在线方法，其中非织造材料的所有层在线形成。这比两步方法更经济，在两步方法中，一层或多层预形成。

Claims (12)

1.通过水力缠结含有纺丝成网长丝、天然纤维及合成短纤维的纤维混合物制备非织造材料的方法，
其特征在于，湿法成网天然纤维和至少10％纤维重量的人造短纤维的第一纤维网(12)，在第一水力缠结站(13)水力缠结所述第一纤维网，在所述水力缠结的第一纤维网(12)上铺设纺丝成网长丝(16)，在所述纺丝成网长丝(16)上方湿法成网包含天然纤维的第二纤维网(19)，并在第二水力缠结站(20)将所述第二纤维网(19)与纺丝成网长丝(16)水力缠结到一起，从而形成包含所述第一纤维网和第二纤维网(12，19)以及所述纺丝成网长丝(16)的结合网(23)，翻转所述结合网(23)并在第三水力缠结站(25)将天然纤维和人造短纤维的第一纤维网(12)与纺丝成网长丝(16)水力缠结到一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一水力缠结站(13)中使用的流体压力在10至50巴之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二水力缠结站和第三水力缠结站(20，25)中的流体压力在70和200巴之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，天然纤维和人造短纤维的所述第一纤维网(12)含有10％至40％纤维重量的短纤维，和60％至90％纤维重量的天然纤维。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二纤维网包含10％至40％纤维重量的短纤维，和60％至90％纤维重量的天然纤维。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述天然纤维是木浆纤维。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述人造短纤维具有3至25mm之间的长度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述纺丝成网长丝(16)之间没有热粘接点。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，包含天然纤维和任选存在的人造短纤维的第二纤维网(19)通过湿法成网所述纤维的泡沫分散体而泡沫成型。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，天然纤维和人造短纤维的第一纤维网(12)通过湿法成网所述纤维的水分散体而湿法成型。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将纺丝成网长丝(16)铺设在所述水力缠结湿法成网的第一纤维网(12)上之前，将水力缠结湿法成网的第一纤维网(12)脱水至30重量％到50重量％之间的干含量。
12.非织造材料，其根据权利要求1-11中任一项所述的方法制备。
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