CN103958749B - 再生纤维素纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实心粘胶扁平纤维形式的再生纤维素纤维，其具有下面的性能：‑所述纤维由多于98%的纤维构成，‑所述纤维的宽度B与厚度D之比是10:1或更大，‑所述纤维表面是基本光滑的，‑所述纤维是基本透明的。本发明的纤维特别适于生产纸。

Description

再生纤维素纤维
本发明涉及实心粘胶扁平纤维形式的再生纤维素纤维。
扁平纤维和它们的制造是已知的。不同于通常基本为圆形的纤维的横截面，扁平纤维具有基本扁平的或者稍带长形的横截面。
一方面，纤维素扁平纤维可以通过将含有纤维素或纤维素衍生物的纺丝原液通过缝隙状纺丝喷嘴纺纱来制备。在粘胶纤维的情况中，扁平纤维可以可替代地以坍塌的空心纤维的形式来生产。在此，将气体例如氮气，或者发泡剂例如碳酸钠混入纺纱粘胶中。在纤维通过传统的喷嘴纺纱时形成空心纤维，但是在选择适当的工艺条件的情况下，其壁可如此薄，以致该纤维坍塌并因此以扁平纤维的形式存在。
C.R.Woodings，A.J.Bartholomew的论文；“The manufacture properties and uses of inflated viscose rayon fibres ”；TAPPI Nonwovens Symposium；1985；第155-165页。来源：http：//www. nonwoven.co.uk/ publications_cat 4.php，描述了不同类型的空心纤维和它们的用途。
WO2006/134132描述了将粘胶扁平纤维用于纤维复合材料中，以改进纤维复合材料在水中的可溶性。根据WO2006/134132，所用的扁平纤维优选具有钝锯齿形(雉堞状)表面，并且与坍塌的空心纤维不同，其借助纺纱穿过缝隙喷嘴纺纱来制备。
纤维素扁平纤维的制造例如由GB945306A，US3156605A，US3318990，GB1063217A已知的。这样的纤维，如部分在上面提及的文献中所述，尤其被推荐用于纸张生产中。
DE1254955以及 GB1064475致力于由具有扁平横截面的粘胶纤维生产的纸张。
这些文献在此描述为令人期望的是，所述纤维具有高透明度，以使得由该纤维生产的纸张也是透明的。
DE1254955描述了五种不同的方案用于制备扁平粘胶纤维。但是，仅一个实施例具体公开了透明纤维的制备。在这个实施例中，将在水中溶胀的高分子物质，即聚乙烯醇(PVA)搀混到粘胶纺丝原液中。同样也将碳酸钠加入到该纺丝原液中。所得到的纤维因此是坍塌的空心纤维，其包含了一定比例的PVA。
本发明的目标是提供一种粘胶扁平纤维，其具有高透明度并特别适于生产纸张。
本发明的目标通过具有下述性能的实心粘胶扁平纤维形式的再生纤维素纤维得以实现：
-所述纤维由多于98%的纤维素构成
-所述纤维的宽度B与厚度D之比是10:1或更大
-所述纤维表面是基本光滑的
-所述纤维是基本透明的。
此外，本发明涉及含有根据本发明的纤维素纤维的纤维束，生产本发明的纤维素纤维及纤维束的方法，以及本发明的纤维素纤维及纤维束用于制造无纺织物和纸张的用途。
在另一方面中，本发明涉及含有本发明的纤维素纤维的纸张。
简要附图说明
图1显示了本发明纤维的横截面。
图2显示了本发明纤维的纵视图。
图3显示了本发明纤维的表面的扫描电子显微镜照片。
图4显示了本发明纤维的横截面的扫描电子显微镜照片。
图5显示了一个对比例的纤维的横截面。
图6显示了另一对比例的纤维的横截面。
图7显示了另一对比例的纤维的横截面。
图8显示了一个对比例的纤维的纵视图。
图9显示了一个对比例的纤维的表面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
本发明涉及具有高透明度的实心粘胶扁平纤维。
为本发明起见，将“实心”理解为不具有空心或坍塌结构的纤维素纤维。根据本发明的实心纤维素纤维尤其不具有中空空间和不具有例如由于空心纤维坍塌而形成的分隔线。
令人惊讶地已发现，可以生产实心且不包含显著溶胀的高分子物质比例的具有高透明度的粘胶扁平纤维。
优选地，根据本发明的纤维基本上完全由纤维素构成。“基本上”在此应理解为表示除了常规的包含于粘胶方法的范围内的最终产品中的加工助剂例如油剂（Avivage）之外，不包含另外的成分，尤其不包含在水中溶胀的高分子物质。油剂涂层通常占0.1%且不超过0.3%。
根据本发明的扁平纤维的表面是基本光滑的。在此，“表面”应理解为表示限定纤维的宽面的两个面。
“基本光滑”尤其应理解为表示该纤维除了它的边缘区域之外，在纵向上基本没有具有大于纤维厚度10%，特别是大于5%的凹槽深度的凹槽。作为“凹槽”在此应理解为是指对于标准粘胶纤维来说典型的，与纤维的宽度相比在纵向上的小的凹陷，例如从图5和9中可看出。
由于对粘胶纤维典型的收缩过程，在纤维的边缘区域中较深的凹槽或者弓状结构（Auswölbung）的存在大都不可避免。
限定纤维宽面的纤维的这两面优选在超过纤维表面的至少90%的范围彼此平行。
优选地，本发明纤维的宽度B与厚度D之比是20:1或更大。
本发明纤维的纤度可为2-40dtex，特别是2-28dtex。
优选该纤维可以作为短切纤维存在，且具有切割长度是2-20mm，特别优选3-12mm。特别是对于无纺织物和纺织品中的应用而言，该纤维还可以作为短纤维以30mm-150mm，特别是40-110mm，特别优选40mm(棉型)和70mm(毛型)的切割长度存在。
在本发明的另一优选实施方案中，本发明的纤维可以是阴离子改性的。
已经发现，纤维的阴离子改性增加了由其生产的纸张的强度。
优选地，纤维的阴离子改性通过将羧甲基纤维素(CMC)并入纤维中来实现。尤其在WO2011/12423A中描述了将CMC并入粘胶纤维中。
本发明还涉及一种纤维束，其包含大量本发明的纤维素纤维。
作为“纤维束”应理解为是指大量纤维，例如粘胶短纤维(大量短纤维)，连续长丝的股或者纤维包。
在本发明的纤维束中优选的是，包含在其中的纤维素纤维的横截面基本是相同的。
根据本发明的纤维素纤维或根据本发明的纤维束的制造方法包括下面的步骤：
-提供粘胶纺丝原液，
-在纺丝浴中，通过纺丝喷嘴的至少一个缝隙状开口将所述粘胶纺丝原液纺丝，形成长丝，其中
-所述粘胶纺丝原液包含缓凝剂，特别是聚乙二醇，
-所述喷嘴缝隙的长宽比是10:1-30:1，优选15:1-25:1，
-所述纺丝浴具有110-140g/L，优选120-130g/L的H2SO4含量，
-将所述长丝以2.0-3.0的喷头拉伸（Düsenverzug）抽出，
-在离开纺丝浴后，以20%-35%，优选25-35%的比率伸张（verstrecken）所述长丝。
令人惊讶地已发现，通过这些方法措施的组合可生产具有出色透明度的实心粘胶扁平纤维。
通过加入缓凝剂(特别是PEG)，导致纺丝浴中的粘胶纺丝原液延迟凝固。以此方式，延长了液体从纤维中扩散出来的时间，并且使得光滑表面的形成成为可能。同样地，气泡可从纤维中扩散出来的时间因此得以延长。
优选地，所述粘胶以下述量包含缓凝剂，特别是PEG：1-6重量%，优选1-5重量%，特别优选3-5重量%，特别是3-4重量%，基于纤维素计。
但是，添加缓凝剂也造成纺成的纤维由于其表面张力具有更多的时间降低其表面积。在通常的情况中，这导致了该纤维越来越多地接近圆形。
根据本发明，以多种方式来消除这种作用：
-将长丝纺纱到具有相对高的酸浓度(H2SO4)的纺丝浴中。这促进该纤维从外部凝结，并由此造成几何形状的固定。可以以对于粘胶方法而言常用的浓度含有纺丝浴的其余组分例如Na2SO4和ZnSO4。
-将该纤维以提高的拉伸（Verzug）和相对高的伸张(其中所述伸张可以以一步或多步进行，但是优选至少大部分的伸张在所述工艺阶段的早期，例如在刚刚离开纺丝浴之后进行)纺丝。通过这些措施，使结构的松弛和因此偏离扁平形状变得困难。
其余的工艺参数可以保持在对于粘胶方法而言常用的范围内。如惯常般，本领域技术人员将纺丝浴组成理解为，硫酸钠含量为250-400g/l和硫酸锌含量为5-20g/l。典型的标准纺纱粘胶具有8-10重量%的纤维素含量和5-9重量%的NaOH含量。
本发明的工艺参数导致纤维优选在它的厚度方向上(y-方向上)收缩，由此形成非常薄的纤维，其具有非常高的宽度与厚度之比并因此具有纸张生产特别期望的大的表面积。
因此，本发明的纤维出色地适用于纸张，特别是透明的纸张。
已经发现，80g的由切割为6mm的100%的根据本发明的纤维制成的实验室纸(Rapid-Köthen，DIN EN ISO5269-2)，可以具有至少750m的断裂长度(DIN EN ISO1924-2)。
对于纸张生产的应用而言，根据本发明的纤维的长度优选为3-12mm。
但是，本发明的纤维也出色地适用于生产无纺织物，例如水喷射固定的无纺织物或者针刺无纺织物。
实施例：
实施例 1 ：
将粘胶通过具有长度为1000µm和宽度为60µm的缝隙状开口的纺丝喷嘴如下纺丝并进一步处理：
抽出：52m/min，这相当于喷头拉伸2.8
伸张(在离开纺丝浴后)：30%
粘胶：标准纺纱粘胶，含有4重量%聚乙二醇(PEG)，基于纤维素计。
纺丝浴组成：130g/l H2SO4；其余组分在常规范围内。
后处理：悬浮，清洗，后处理，切断为6mm(短切，湿)
如此获得的纤维的横截面显示在图1中。
该纤维横截面是非常扁平和薄的。限定该纤维宽面的两面实际上跨该纤维的整个宽度彼此平行延伸。仅在纤维的边缘处存在小的外突。
该纤维的宽度B为230µm，它的厚度D是6µm。由此得出比率B:D是38:1以及纤度是22dtex。
图2显示了该纤维的纵视图。可以清楚看到该纤维几乎是完全透明的。
由100%的本发明的纤维、未使用添加剂制造的80gsm的Rapid-Köthen纸已经表现出1000m的断裂长度，这允许良好地使用该纸张。在粘胶纤维中，这样的强度迄今为止仅用空心纤维方法达到过，该方法需要高很多的生产耗费。
实施例 2 ：
将粘胶通过具有长度为700µm和宽度为35µm的缝隙状开口的纺丝喷嘴如下纺丝并进一步处理：
抽出：52m/min，这相当于喷头拉伸2.8
伸张(在离开纺丝浴后)：30%
粘胶：标准纺纱粘胶，含有4重量%聚乙二醇(PEG)，基于纤维素计。
纺丝浴组成：130g/l H2SO4；其余组分在常规范围内。
后处理：悬浮，清洗，后处理，切断为6mm(短切，湿)
图3显示了所获得的纤维的纤维横截面的扫描电子显微镜照片。
该纤维横截面是非常扁平和薄的。限定该纤维宽面的两面实际上跨该纤维的整个宽度彼此平行延伸。仅在纤维的边缘处存在小的外突。
该纤维的宽度B为150µm，它的厚度D是4µm。由此得出比率B:D是38:1以及纤度是9dtex。
图4显示了该纤维的光滑表面的扫描电子显微镜照片。
从图3和4中可见，该纤维仅在其边缘在每种情况中有一个清楚可见的凹槽或弓形结构。
由100%的本发明的纤维、未使用添加剂制造的80gsm的Rapid-Köthen纸已经表现出2600m的断裂长度，这允许非常好地使用该纸张。
实施例 3 ：
在类似于实施例1的条件下纺丝粘胶纤维，但是，该纺纱粘胶不含PEG。
所获得的纤维显示出(参见图5)对于常规方式生产的实心粘胶扁平纤维来说典型的锯齿形的横截面，即纵向上的许多凹槽，该横截面阻止了纤维的透明度。另外，也没有形成纤维-纤维结合，这同样不利于纸张的生产。
实施例 4 ：
在类似于实施例1的条件下纺丝粘胶纤维，但是，纺丝喷嘴的缝隙状开口的长度是140µm和宽度是25µm，即，长宽比小于10:1。因此，纤度为2.1dtex。
该纤维的横截面(参见图6)表明，除了这些纤维较小的宽度B与厚度D的比例之外，该纤维的横截面是非常不均匀地突起的。在有些部分中，该纤维偏离扁平形状，并显示出弓形横截面。也由于该表面不是完全光滑和平行的，因此造成该纤维主要是不透明的。此外，该不完全扁平的横截面使得该纤维不适合由其形成足够结实的纸张的目的。
实施例 5 ：
在类似于实施例1的条件下纺丝粘胶纤维，但是，该粘胶纺丝原液不包含PEG并且纺纱设置(拉伸，、伸张、纺丝浴组成)对应于标准粘胶方法的那些。
该纤维(图7)又显示出明显的锯齿形横截面。
该纤维的纵视图(参见图8)显示了该纤维不是透明的。在该表面的扫描电子显微镜照片中(参见图9)，该纤维表面上的凹槽清楚可见。

Claims (17)

1.实心粘胶扁平纤维形式的再生纤维素纤维，其具有下述性能：
-所述纤维由多于98%的纤维素构成
-所述纤维的宽度B与厚度D之比是10:1或更大
-所述纤维表面是基本光滑的
-所述纤维是基本透明的。
2.根据权利要求1的纤维素纤维，其特征在于，所述纤维基本上完全由纤维素构成。
3.根据权利要求1或2的纤维素纤维，其特征在于，所述纤维的宽度B与厚度D之比是20:1或更高。
4.根据权利要求1或2的纤维素纤维，其特征在于，所述纤维是阴离子改性的。
5.根据权利要求4的纤维素纤维，其中所述纤维是通过并入羧甲基纤维素(CMC)改性的。
6.纤维束，其含有大量根据前述权利要求的任一项的纤维素纤维。
7.根据权利要求6的纤维束，其特征在于，所述纤维素纤维的横截面基本相同。
8.根据前述权利要求的任一项的纤维素纤维或纤维束的制备方法，所述方法包括下述步骤：
-提供粘胶纺丝原液，
-在纺丝浴中，通过纺丝喷嘴的至少一个缝隙状开口将所述粘胶纺丝原液纺丝，形成长丝，其中
-所述粘胶纺丝原液以基于纤维素计3-6重量％的量包含缓凝剂，
-所述喷嘴缝隙的长宽比是10:1-30:1，
-所述纺丝浴具有110-140g/L的H2SO4含量，
-将所述长丝以2.0-3.0的喷头拉伸抽出，
-在离开纺丝浴后，以20%-35%的比率伸张所述长丝。
9.根据权利要求8的方法，其中所述粘胶纺丝原液以基于纤维素计3-5重量％的量包含缓凝剂。
10.根据权利要求8的方法，其中所述粘胶纺丝原液以基于纤维素计3-4重量％的量包含缓凝剂。
11.根据权利要求8的方法，其中所述缓凝剂是聚乙二醇。
12.根据权利要求8的方法，其中所述喷嘴缝隙的长宽比是15:1-25:1。
13.根据权利要求8的方法，其中所述纺丝浴具有120-130g/L的H2SO4含量。
14.根据权利要求8的方法，其中在离开纺丝浴后，以25-35%的比率伸张所述长丝。
15.根据权利要求1-7的任一项的纤维素纤维或纤维束在无纺织物和纸张的生产中的用途。
16.纸张，其含有根据权利要求1-7的任一项的纤维素纤维或纤维束。
17.根据权利要求16的纸张，其特征在于，其是透明的。
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