CN107075739B

CN107075739B - 莱赛尔卷曲纤维

Info

Publication number: CN107075739B
Application number: CN201580050416.7A
Authority: CN
Inventors: 金圣勋; 郑永汉
Original assignee: Kolon Industries Inc
Current assignee: Kolon Industries Inc
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN107075739A; KR20160038800A; KR102157887B1; EP3202959A1; US20170292207A1; EP3202959A4; JP2017528616A

Abstract

本发明涉及一种通过卷曲莱赛尔纤维复丝制造的莱赛尔卷曲纤维，所述莱赛尔纤维复丝通过纺丝含有纤维素浆料和N‑甲基吗啉‑N‑氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纤维纺丝液来制造，其中莱赛尔卷曲纤维的膨胀指数为800至2000。

Description

莱赛尔卷曲纤维

技术领域

本发明总体涉及莱赛尔纤维，更具体地，涉及莱赛尔卷曲纤维。

背景技术

纤维是柔性的且薄的线性物体，并且在形状方面具有非常大的长度与厚度比，即非常大的细度。纤维在形态方面可以分为长纤维、准长纤维和短纤维，就原材料而言可分为天然纤维和人造纤维。

从过去起，纤维与人类生活有着密切的关系。早期纤维主要用作服装的原料，并且是天然纤维，例如棉花、大麻、羊毛和蚕丝纤维。然而，根据工业革命以来的科学技术的发展，除了用于涂覆的材料之外，纤维的使用已经扩展到工业材料。此外，最近人工纤维的领域被充分开发，以便满足根据文化发展和人口增长对纤维的快速增长的需求。

人造纤维具有不逊于天然纤维的触感和穿戴感，并且还具有优异的强度和快速的水分吸收和排出功能，从而逐步受到消费者的偏爱。特别是，在人造纤维中，由诸如木浆的天然材料合成的再生纤维具有与天然纤维几乎相同的触感，并被认为对人体无害。因此，对再生纤维的兴趣逐渐增加。

在再生纤维中，与蚕丝相比，粘胶人造丝在过去已广泛用作具有优异的光泽和着色性的纤维。然而，在粘胶人造丝的情况下，其制造过程有些复杂，并且在熔化木浆的过程中使用许多化学品。因此，环境问题和废水处理一直是个问题。因此，可以代替诸如铜铵人造纤维和莱赛尔纤维的常规粘胶人造丝纤维的诸如基于人造丝的再生纤维和乙酸纤维素再生纤维已开始受到关注。

特别地，与常规再生纤维相比，使用天然浆料和氧化胺水合物制造的莱赛尔纤维具有优异的拉伸性能和触感，并且在制造莱赛尔纤维时使用的氧化胺类溶剂可以在废弃时再循环且可生物降解，因此在制造过程中不产生任何污染物。因此，近年更加积极地研究作为环保再生纤维的莱赛尔纤维。

在例如美国专利No.4,416,698和美国专利No.4,246,221中描述的制造莱赛尔纤维的方法中，将含有溶解在氧化胺(NMMO)中的纤维素的纺丝液纺丝并固化以制造长丝，并且将长丝进行洗涤、干燥，并处理。此外，莱赛尔纤维不是自然卷曲的。因此，为了有利地使用莱赛尔纤维，可以根据EP No.797,696中描述的方法压缩湿纤维，或者可以通过根据EPNo.703,997中描述的方法通过使用干蒸汽的填塞箱卷曲工艺来提供卷曲。

在常规的莱赛尔纤维的情况下，由于形成卷曲而获得的膨胀(blooming)性能并不优异。此外，大多数关于莱赛尔纤维的研究只是为了改善物理性能，例如强度。因此，对有效地提高莱赛尔纤维的膨胀性能的技术研究存在稳定的需求。

发明内容

技术问题

因此，考虑到现有技术中存在的上述问题而进行了本发明，并且本发明的目的是提供具有优异的卷曲数和卷曲稳定性从而改善膨胀性能的莱赛尔卷曲纤维。

技术方案

为了完成上述目的，本发明提供了一种通过使莱赛尔纤维复丝卷曲而制造的莱赛尔卷曲纤维，所述莱赛尔纤维复丝通过纺丝含有纤维素浆料和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纤维纺丝液制备，所述莱赛尔卷曲纤维具有800至2,000的膨胀指数，所述膨胀指数由下面的式1定义。

(式1)膨胀指数＝膨胀因子(BF)×每英寸卷曲数(CN)。

在式1中，所述膨胀因子由下面的式2定义。

(式2)膨胀因子＝{(永久变形前后的纤维宽度的变化)÷(永久变形前后的纤维长度的变化)}×100。

在一个实施例中，基于所述纺丝液的总重量，所述莱赛尔纤维纺丝液可以包含6重量％至16重量％的纤维素浆料以及84重量％至94重量％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。

基于所述浆料的总重量，所述纤维素浆料可以包含85重量％至97重量％的α-纤维素含量，并且所述纤维素浆料具有600至1700的聚合度(DPw)。

在实施例中，所述每英寸的卷曲数(CN)可以为25个/英寸至39个/英寸，并且在所述莱赛尔卷曲纤维中由所述式2定义的所述膨胀因子(BF)可以为30至50。

在实施例中，所述莱赛尔纤维复丝可以包括拉伸强度为2.0g/d至3.5g/d的莱赛尔纤维单丝。

所述莱赛尔纤维单丝可以具有1.0旦尼尔至8.0旦尼尔的细度和5％至13％的延展性。

有益效果

根据本发明，可以提供具有改善的膨胀性能的莱赛尔卷曲纤维。与常规莱赛尔纤维相比，根据本发明的莱赛尔卷曲纤维具有改善的体积效应和优异的卷曲形状稳定性。因此，当将莱赛尔卷曲纤维用于服装和工业材料时，即使使用少量的纤维，也可以期望与现有技术相同或比其更好的物理性能。

具体实施方式

本发明的一个方面可以提供通过卷曲莱赛尔纤维复丝制造的莱赛尔卷曲纤维。通过纺丝含有纤维素浆料和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纤维纺丝液来制造该莱赛尔纤维复丝。该莱赛尔卷曲纤维的膨胀指数为800至2000，膨胀指数由下面的式1定义。

(式1)膨胀指数＝膨胀因子(BF)×每英寸卷曲数(CN)

在式1中，膨胀因子由下面的式2定义。

(式2)膨胀因子＝{(永久变形前后的纤维宽度的变化)÷(永久变形前后的纤维长度的变化)}×100

[膨胀因子和膨胀指数]

通常，卷曲是指在长丝中形成卷曲的工艺，换句话说，卷曲工艺，并且还指用于形成褶皱以便对通过进行人造纺丝以获得纤维形式而制造的人造纤维赋予天然纤维状组织的工艺。由于在卷曲纤维束之间形成可能存在空气的空间，因此即使在相同重量的情况下也可以确保更大的体积，从而提供柔软的手感和温暖感(warmth)。此外，可以确保透气性，从而表现出抗菌效果。此外，当纤维的材料是环境友好的生物可降解材料时，如本发明的莱赛尔纤维，卷曲的效果可以加倍。

因此，卷曲的莱赛尔纤维可以用作纤维材料，例如包括户外服装、贴身衣、帽子、运动袜和内衣的冬季服装，羽绒被，医用纤维和卫生用品。卷曲的莱赛尔纤维还可用于MRG(机械橡胶商品)，例如在建筑和车辆领域中作为工业材料的轮胎帘布、各种过滤器和软管增强件、水泥增强件和车辆内部增强件。

在本发明中，由等式1定义的膨胀指数是根据在莱赛尔纤维中每英寸形成的卷曲数和膨胀因子的值，所述膨胀因子是永久变形前/后的宽度变化与永久变形前/后的长度变化的比率。膨胀指数值越大，膨胀因子或每英寸的卷曲数越大。因此，可以通过使用膨胀指数而容易地检查莱赛尔纤维的膨胀程度。当膨胀指数小于800时，难以充分满足所期望的卷曲数和膨胀因子两者。当膨胀指数大于2000时，可能存在技术限制。因此，优选的是，膨胀指数满足上述范围。

为了满足本发明中的膨胀指数的上述范围，如等式2所示的定义为永久变形前/后的纤维宽度变化对永久变形前后纤维长度变化的百分比值的膨胀因子，更优选设定为满足30至50的范围，并且所测量的每英寸的卷曲数(CN)优选设定为满足25至39个/英寸的范围。

本发明中使用的术语“永久变形”是指当卷曲纤维被拉伸然后释放时，在卷曲不恢复其原始形状的时间点的变形。在本发明的实验中，当荷重为4kg.f时，莱赛尔卷曲纤维表现出永久变形的行为。因此，在本发明中，可以将负载为4kg.f的张力设定为永久变形的基准。

在优选的卷曲纤维的情况下，由于每英寸的卷曲数足够高，所以在永久变形之前，由于卷曲，纤维的膨胀程度是有利的，但是在永久变形后，膨胀程度显著降低，因此，观察到纤维的宽度变化非常大。另一方面，在卷曲不良的纤维的情况下，永久变形前后由卷曲引起的膨胀程度几乎没有差别。如上所述，随着膨胀因子增大，可以由于足够的卷曲数而改善膨胀性能，从而可以获得令人满意的膨胀指数值。

然而，由于每英寸的卷曲数和膨胀因子在概念上与彼此不成反比，所以考虑到要确保的最小卷曲数(25个/英寸)，膨胀因子可以为30以上。由于卷曲数不能无限地增加，所以不希望膨胀因子大于50。

同时，可以通过以下步骤(S1)至(S5)制造根据本发明的具有膨胀性能的莱赛尔卷曲纤维。

[步骤(S1)]

在步骤(S1)期间，将含有纤维素浆料和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纺丝液进行纺丝。根据本发明的优选方式，莱赛尔纺丝液可以含有6重量％至16重量％的纤维素浆料和84重量％至94重量％的N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。纤维素浆料可以具有85重量％至97重量％的α-纤维素含量和600至1700的聚合度(DPw)。

当纤维素浆料的含量小于6重量％时，可能难以实现纤维结构和特性，并且当纤维素浆料的含量大于16重量％时，可能难以将纤维素浆料溶解在水溶液中，并且拉伸强度可能未必增大。此外，当N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的含量小于84重量％时，不利的是，溶解粘度可能大大增加。当N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液的含量大于94重量％时，纺丝粘度可能大大降低，这使得在纺丝步骤期间难以制造均匀的纤维。

另外，可以在80℃至130℃的纺丝温度下进行从喷丝头排出纺丝液的步骤。喷丝头用于将长丝上的纺丝液通过气隙部分排出到固化浴中的固化溶液中。当温度偏离上述纺丝温度范围时，纺丝液的流动性可能较差或纺丝液的粘度可能降低，因此，可能难以控制排出量。

[步骤(S2)]

在步骤(S2)期间，在步骤(S1)期间纺丝的莱赛尔纺丝液固化，以得到莱赛尔纤维复丝。步骤(S2)的固化可以包括将冷却空气供应至纺丝液以使用空气淬火(Q/A)固化纺丝液的初次固化步骤，以及将初次固化的纺丝液添加到固化溶液中以固化纺丝液的二次固化步骤。

在步骤(S1)期间，在通过喷丝头排出纺丝液之后，纺丝液可以通过作为喷丝头和固化浴之间的空间的气隙部分。在气隙部分中，冷却空气从位于环形喷丝头内部的空气冷却部分供给到喷丝头的外部。可以使用空气淬火来进行初次固化以用于将冷却空气供应至纺丝液。

影响在步骤(S2)期间获得的莱赛尔纤维复丝的物理性质的因素包括气隙部分中的冷却空气的温度和风速。可以向纺丝液供应温度为4℃至15℃并且风速为5m/s至50m/s的冷却空气，从而进行步骤(S2)的固化。当初次固化期间冷却空气的温度低于4℃时，喷丝头的表面迅速冷却，莱塞尔纤维复丝非均匀固化，导致纺丝可加工性能差。当冷却空气的温度大于15℃时，使用冷却空气的初次固化不充分，这可能不利地影响纺丝可加工性。

此外，在初次固化时冷却空气的风速小于5m/s的情况下，因为不充分地执行冷却空气的初次固化，所以纺丝可加工性降低，从而导致纱线切断。当风速大于50m/s时，从喷丝头排出的纺丝液可能被空气摇动，从而降低纺丝可加工性。

在使用空气淬火的初次固化之后，可以将纺丝液供应到包含固化溶液的固化浴，从而进行二次固化。为了恰当地进行二次固化，固化溶液的温度优选为30℃以下。由于固化温度不过高，因此可以恰当地控制固化速率。固化溶液没有特别限制，只要其制造为在本发明所属的技术领域中具有典型的成分即可。

[步骤(S3)]

在步骤(S3)期间，在步骤(S2)期间获得的莱赛尔纤维复丝用水洗涤。具体地，在步骤(S2)期间获得的莱赛尔纤维复丝可以被引入牵引辊中，然后加入到洗涤浴中以用水洗涤。在洗涤长丝的步骤期间，考虑到在用水洗涤后溶剂的回收和再利用的容易性，可以使用温度为0℃至100℃的洗涤溶液。水可以用作洗涤溶液，并且如果需要，可以进一步包含其它添加剂组分。

[步骤(S4)]

在步骤(S4)期间，在步骤(S3)期间用水洗涤的莱赛尔纤维复丝用乳液处理，并且优选在乳液处理后进行干燥。乳液处理可以以这样的方式进行，使得复丝完全浸入乳液中，并且使用连接在乳液处理装置的进入辊和排出辊上的挤压辊来保持施加到长丝上的乳液的量。乳液有助于减少当长丝在卷曲步骤期间与干燥辊和引导件接触时发生的摩擦，使得可以良好地形成卷曲。

根据本发明的优选方式，构成通过步骤(S1)至(S4)制造的莱赛尔纤维复丝的莱赛尔纤维单丝的强度优选为2.0g/d至3.5g/d。单丝是指从复丝分离的单丝，所述复丝通过喷丝头中的多个孔排出，固化，用水洗涤，并用乳液处理，从而制成纤维状。单丝的强度可以指从纤维复丝分离的单丝的强度。

通常，卷曲纤维具有改善的物理性质，例如触感、蓬松性、保暖性和吸收性。因此，需要确保预定的强度，但是不必过度地增加强度。换句话说，当莱赛尔纤维单丝的强度小于2.0g/d时，可能减小纺丝可加工性。当莱赛尔纤维单丝的强度大于3.5g/d时，必须施加非常高的负荷以在卷曲形成之后通过梳理引起膨胀，这不利地影响工艺效率。

此外，考虑到膨胀性能，优选地，莱赛尔纤维单丝的细度为1.0de至8.0de。当单丝的细度小于1.0de(旦尼尔)时，在形成卷曲之后的梳理期间在相邻的单丝之间可能发生缠绕，从而降低梳理率。当单丝的细度大于8.0de时，必须提供大量的蒸汽和压力以增加卷曲数，这不利地影响能量效率，并且即使当不改变膨胀程度时，最终产品的重量也可能相对增大。

此外，莱赛尔纤维单丝的延展性可以为5％至13％。当延展性小于5％时，在形成卷曲之后的梳理期间纤维可能容易断裂，从而降低了产量。由于该工艺的特性，难以进行控制，使得单丝的延展性超过13％，考虑到卷曲纤维的应用领域，也没有必要满足大于13％的延展性。

[步骤(S5)]

在本发明的步骤(S5)期间，在步骤(S4)期间用乳液处理的莱赛尔纤维复丝被卷曲。本发明的莱赛尔卷曲纤维的膨胀性能可以在步骤(S5)期间确定，并且可以通过向莱赛尔纤维复丝施加蒸汽并向其施加压力来形成卷曲。特定的卷曲装置是可以为包括蒸汽箱和压辊的装置的填塞箱。

在特定的卷曲方法中，优选地，将莱赛尔纤维复丝通过蒸汽箱以提供0.1kgf/cm²至1.0kgf/cm²的蒸汽，从而加热。当供给至蒸汽箱的蒸汽量小于0.1kgf/cm²时，压辊不可能平滑地形成卷曲，或者即使形成卷曲，因为没有进行热定形，也不能维持包括卷曲的结构形状。当蒸汽量大于1.0kgf/cm²时，填塞箱中的温度升高到120℃或更高，由此长丝彼此粘结，使得长丝不能通过填塞箱。

在通过蒸汽箱之后，可以将莱赛尔纤维复丝提供给压辊，然后在1.5kgf/cm²至2.0kgf/cm²的压力下进行压制，从而形成卷曲。当由压辊施加的压力小于1.5kgf/cm²时，不能获得所需的卷曲数。当压力大于2.0kgf/cm²时，压力太强而无法使细丝通过填塞箱。

在本发明中，通过填塞箱时形成的卷曲数非常重要。卷曲数优选为25个/英寸至39个/英寸。当卷曲数小于25个/英寸时，由于不容易进行梳理，由等式1定义的膨胀因子小于30，因此，宽度方向上的膨胀特性可能很差。此外，即使加压辊的压力增加，卷曲数增加到39个/英寸以上也是有限制的。

本发明的实施方式

通过以下实例可以获得对本发明的更好理解，所述实例用于说明，而不应解释为限制本发明。

制备实例1

将聚合度(DPw)为820且α-纤维素含量为93.9％的纤维素浆料与丙酸酯(propylate)含量为0.01重量％的NMMO/H₂O混合溶剂(重量比为90/10)混合以制备用于制备莱赛尔纤维的12重量％的纺丝液。

首先，在喷丝头的纺丝喷嘴中将纺丝液保持在110℃的纺丝温度，并且在调节纺丝液的排出量和纺丝速度使长丝的单个细度为3.37旦尼尔时而对纺丝液进行纺丝。将从纺丝喷嘴排出的长丝状纺丝液通过气隙部分加入固化浴的固化溶液中。使用温度为8℃、风速为10m/s的冷却空气使纺丝液在气隙部分中初次固化。

固化溶液在25℃下包含85重量％的水和15重量％的NMMO。使用传感器和折射计连续监测固化溶液的浓度。使用牵引辊在空气层中拉伸的长丝用在洗涤装置中喷射的洗涤溶液洗涤，从而除去剩余的NMMO并且在长丝上均匀地涂覆乳液。然后挤压所得到的长丝，使得长丝的乳液含量为0.2％，并使用150℃的干燥辊干燥，从而制造莱赛尔纤维长丝。

使所制造的莱赛尔纤维复丝不经单独的蒸汽处理而通过填塞箱(压辊压力为1.5kgf/cm²)，使得仅使用压辊提供卷曲，从而制造最终的莱赛尔卷曲纤维。

将所制造的莱塞尔卷曲纤维在无张力状态下切断为200mm的长度，然后在第一点(0mm位置)和中点(100mm位置)处固定。此外，在200mm的位置施加张力，从而使长度增加50％(50mm)，并将终点固定在拉伸位置。随后，松开在100mm位置处的固定以分开张力，并拍摄显微镜照片，以获得每10mm的卷曲数(CN)。卷曲数(CN)转换为CPI(每英寸的个数)，并且当被测量时，制备实例1的卷曲数为7(ea/英寸)。

制备实例2至6

使用与制备实例1相同的方法制造莱赛尔卷曲纤维，不同之处在于改变压辊的压力，由此获得卷曲数为15(ea/英寸)、20(ea/英寸)、25(ea/英寸)、30(ea/英寸)和39(ea/英寸)的制备实例2至制备实例6。然而，即使当压辊的压力变为39ea/英寸以上时，卷曲数也不再增加。因此，在制备实例中，卷曲数变化高达39ea/英寸。

实例1至实例3

使用与制备实例4至制备实例6相同的方法制备卷曲数为25(ea/英寸)、30(ea/英寸)和39(ea/英寸)的莱赛尔卷曲纤维(实例1至3)，不同之处在于通过使用蒸汽箱在1.0kgf/cm²的压力下提供蒸汽(120℃)，以便在莱赛尔纤维通过填料箱中的压辊之前使莱赛尔纤维热定型。

比较例1至比较例3

使用与制备实例1至制备实例3相同的方法制造卷曲数为7(ea/英寸)、15(ea/英寸)和20(ea/英寸)的莱赛尔卷曲纤维(比较例1至比较例3)，不同之处在于如实例1至3中那样在填塞箱中进行蒸汽处理。

测量实例

将制备实例1至制备实例6、实例1至实例13和比较例1至比较例3中的每一个在恒温恒湿(温度：22℃，湿度：55％)的条件下放置48小时。然后使用UTM(万能试验机，INSTRON，型号名称：5566，测试模式：张力试验)进行拉伸强度试验。拉伸强度试验的结果是，当负载为4kgf时，开始出现卷曲纤维的永久变形。在拉伸强度试验之前的样品的长度(I.length)和宽度(I.width)以及在拉伸强度试验后的永久变形样品的长度(A.length)和宽度(A.width)代入下面的计算式1，从而计算膨胀因子(BF)。

(计算式1)膨胀因子＝{(永久变形前后的纤维宽度的变化)÷(永久变形前后的纤维长度的变化)}×100

在计算式1中，永久变形前后的纤维长度变化ΔL为|(A.length)-(I.length)|，并且永久变形前后的纤维宽度的变化ΔW为|(A.width)-(I.width)|。

此外，如下面的计算式2所示，将实例1和实例2以及比较例1和比较例2中的每一个的卷曲数乘以测量的膨胀因子，以获得膨胀指数，并且在下表1中描述所获得的值。

计算式2)膨胀指数＝膨胀因子(BF)×每英寸卷曲数(CN)

[表1]

1)ΔL：永久变形前后纤维长度的变化

2)ΔW：永久变形前后纤维宽度的变化

通过比较表1中的膨胀因子和膨胀指数的结果，可以确认当每英寸的卷曲数为25以上时，膨胀因子和膨胀指数显著增加。特别是进行热定形时，膨胀指数增加到800以上，因此，莱赛尔卷曲纤维表现出优异的膨胀性能。

特别是，即使当卷曲数为25以上时，如果不进行热定形，则膨胀因子没有接近30，因此膨胀指数没有进一步增加。即使进行热定形，当卷曲数小于25时，也难以确保高的膨胀因子和高的膨胀指数。

Claims

1.一种通过使莱赛尔纤维复丝卷曲而制造的莱赛尔卷曲纤维，所述莱赛尔纤维复丝通过纺丝含有纤维素浆料和N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液的莱赛尔纤维纺丝液制备，所述莱赛尔卷曲纤维具有800至2,000的膨胀指数，所述膨胀指数由下面的式1定义：

(式1)膨胀指数＝膨胀因子(BF)×每英寸的卷曲数(CN)，

其中，所述膨胀因子由下面的式2定义：

(式2)膨胀因子＝{(永久变形前后的纤维宽度的变化)÷(永久变形前后的纤维长度的变化)}×100，

其中，所述每英寸的卷曲数为25个/英寸至39个/英寸，并且在所述莱赛尔卷曲纤维中，由所述式2定义的所述膨胀因子为30至50。

2.根据权利要求1所述的莱赛尔卷曲纤维，其中，基于所述纺丝液的总重量，所述莱赛尔纤维纺丝液包含6重量％至16重量％的所述纤维素浆料以及84重量％至94重量％的所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。

3.根据权利要求2所述的莱赛尔卷曲纤维，其中，基于所述纤维素浆料的总重量，所述纤维素浆料的α-纤维素含量为85重量％至97重量％，并且所述纤维素浆料的聚合度为600至1700。

4.根据权利要求1所述的莱赛尔卷曲纤维，其中，所述莱赛尔纤维复丝包括拉伸强度为2.0g/d至3.5g/d的莱赛尔纤维单丝。

5.根据权利要求4所述的莱赛尔卷曲纤维，其中，所述莱赛尔纤维单丝的细度为1.0旦尼尔至8.0旦尼尔。

6.根据权利要求4所述的莱赛尔卷曲纤维，其中，所述莱赛尔纤维单丝具有5％至13％的延展性。