CN110520563A - 具有增强的吸油能力的纤维素纤维非织造织物 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了直接从莱赛尔纺丝溶液(104)制造的纤维素纤维非织造织物(102)。织物(102)包括基本上连续的纤维(108)的网络，其中织物(102)表现出至少1900质量％的吸油能力。本发明进一步描述了一种用于制造这种织物(102)的方法和装置、包括这种织物的产品或复合材料、以及这种织物(102)的各种用途。

Description

具有增强的吸油能力的纤维素纤维非织造织物
技术领域
本发明涉及纤维素纤维非织造织物、制造纤维素纤维非织造织物的方法、制造纤维素纤维非织造织物的装置、产品或复合材料及这种织物的使用方法。
背景技术
莱赛尔(Lyocell)技术涉及将纤维素木浆或其他纤维素基原料直接溶解在极性溶剂(例如，N-甲基吗啉N-氧化物，其也可以表示为“氧化胺”或“AO”)中以产生粘性的、高剪切稀化溶液，所述溶液可转化为一系列有用的纤维素基材料。在商业上，该技术用于生产广泛用于纺织工业的一系列纤维素短纤维(可商购自Lenzing AG,Lenzing,Austria，商标)。还使用了来自莱赛尔技术的其他纤维素产品。
纤维素短纤维长期以来被用作用以转化成非织造网的组分。然而，改进莱赛尔技术以直接生产非织造网将获得当前纤维素网产品所不可能具有的特性和性能。这可以被认为是合成纤维工业中广泛使用的熔喷(meltblow)和纺粘技术的纤维素版，然而，由于存在重大的技术差异，不可能使合成聚合物技术直接适用于莱赛尔。
已经进行了许多研究以开发从莱赛尔溶液直接形成纤维素网的技术(尤其是WO98/26122、WO 99/47733、WO 98/07911、US 6,197,230、WO 99/64649、WO 05/106085、EP 1358 369、EP 2 013 390)。在WO 07/124521 A1和WO 07/124522 A1中公开了其他技术。
众所周知，纤维素材料是亲水的而不是亲油的。在许多应用中，这是含纤维素产品的令人赞赏的特性。然而，在许多(潜在的)应用中，亲油性或显著的吸油能力也是受欢迎的。这可以改善纤维素材料用于已知应用的产品的可用性，并且可以使纤维素产品适用于迄今未知的新应用。
发明内容
可能需要改善纤维素材料，特别是纤维素纤维非织造织物的吸油能力。
根据独立权利要求的主题可以满足该需求。从属权利要求描述了本发明的有利实施方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种纤维素纤维非织造织物，其特别地直接由莱赛尔纺丝溶液制造。所提供的织物包括基本上连续的纤维的网络。该织物表现出至少1900质量％的吸油能力。
所述织物是基于这样的想法，即可以认为非织造纤维织物或纤维网络代表一种结构，该结构包括在各个相邻纤维之间形成的多个空腔或空隙。在织物的原始非浸透状态下，这些空隙被空气填充。当织物吸收油时，空隙被(液体、半流体或糊状)油或油脂颗粒填充，所述油或油脂颗粒的尺寸至少近似地适合于各个空隙的尺寸。
在该示例性物理图片中，可以将织物内的多个空隙看作代表多个毛细管笼(capillary cage)，在其中可以容纳油。在这方面要指出的是，在加载/卸载流体时，毛细管笼具有毛细管滞后效果。这意味着，与加载有液体的笼的稳态相比，为了使液体进入笼中，需要更高的压力(在接触角大于90°的情况下)或更高的毛细管吸力(在接触角小于90°的情况下)。关于吸油的稳定性，至关重要的是液态油颗粒在其空隙内的稳定性如何。具体地，油颗粒被越稳定地容纳在空隙内，吸油能力越大。“容纳”的稳定性取决于毛细条件，特别是(a)取决于空隙或空腔的尺寸，以及(b)取决于根据基本物理原理的接触角，其取决于所涉及的材料的表面性质。此外，应该清楚的是，吸油能力的程度取决于织物内(适当大小的)空隙的密度。
已经发现，用于调节毛细管笼的尺寸的参数是所谓的纤度值(titer value)，其指示纤维的直径。在纤维网络或织物内的纤度值变化的情况下，可以提供大量具有不同尺寸的毛细管笼，以吸收不同尺寸的油颗粒。描述性地说，纤维制造过程中的某些调整可能会转化为整个织物中纤维直径分布的变化。
在这一点上已经提到，不仅空隙的尺寸而且空隙的几何形状都是在各个空腔内吸收油颗粒的亲和力的参数。在这方面，下面针对融合系数给出进一步的细节，该融合系数对于吸油能力而言也是非常重要的参数。
为了确定织物的吸油能力(或液体吸收能力)，可以使用发动机油根据Edana标准NWSP 010.4.R0(15)进行有关吸收油和脂肪液体的评估分析。为了进行分析，使用尺寸为10cm×10cm的织物样品。确定样品的重量，然后用绳子(string)将样品对角线连接到直尺。然后将样品放入装有油的容器中。测量用油润湿织物所需的时间。随后，将织物浸入油中120秒。然后通过抬起直尺将织物从油中提出来。此后，让油从织物上滴落30秒钟。确定被油浸湿的织物的重量，并通过从油浸湿的样品的重量中减去织物样品的原始重量并计算相对于织物样品的干重的所吸收的吸油重量的质量百分比来计算吸油能力。
关于乳液(即油性和水性成分的混合物)的实验研究，水性成分进入毛细管空隙的吸取速度或芯吸速度导致同时拖曳油性成分与水性成分。因此，对于这种乳液的应用，也可以考虑这种拖曳作用。具体地，当为织物网状结构选择合适的设计时，不仅应考虑所述织物结构与油或油性组分之间的毛细作用，而且还应考虑所述织物的网络结构与水性组分之间的毛细作用。描述性地说，水性组分可推动或拖动油性组分通过所述织物和油颗粒之间的疏油屏障(oleophobic barrier)，并产生改善的吸油能力。由于这种液体处理性能，这种效果对于具有相对较低基重的面罩可特别有利。
实验研究进一步揭示，所述织物在其空间结构中展现出高度的规则性或有序性。此属性使得可通过适当选择工艺参数值更容易地调整空隙的尺寸和/或形状。不受特定物理理论的束缚，可以看出所述织物的高度规则性或者甚至结晶度的物理原因在于莱赛尔纤维的明显极性，其基于每个单体单元的三个羟基。当制造所述织物时，由于葡萄糖分子实际上排布在包含数百个这样的分子的链中而几乎不受任何其他相似的葡萄糖分子的污染，因此获得了所提及的高度规则性。羟基形成了氢键的有序网络，这使得可以理解所述织物的以下特性：(a)高结晶度，(b)极高的亲水性能，(b)高保水能力，(c)热固性(无熔点)(s)来自水性N-甲基-吗啉(NMMO)溶剂的凝固能力，以及(e)取决于湿度的固有抗静电性能。
需指出的是，通过以适当的方式控制莱赛尔纺丝溶液制造工艺的工艺参数，可以在不对织物进行任何其他(进一步)处理的情况下，特别是在不施加和/或使用任何其他化学物质的情况下，实现所述的吸油能力。这可以提供以下优点：包含所述织物的最终产品将自动不含此类化学物质的任何残留物。
在本申请的上下文中，术语“纤维素纤维非织造织物”(也可以表示为纤维素长丝非织造织物)可以特别地表示由多个基本上连续的纤维组成的织物或网。术语“基本上连续的纤维”尤其具有长丝纤维的含义，长丝纤维具有比常规短纤维明显更长的长度。在另一种表达方式中，术语“基本上连续的纤维”尤其可以具有由长丝纤维形成的网的含义，该长丝纤维比常规短纤维具有每体积明显更少量的纤维末端。特别地，根据本发明示例性实施方案的织物的连续的纤维的每体积纤维末端量小于10,000个末端/cm3，尤其是小于5,000个末端/cm3。例如，当短纤维用作棉的替代品时，它们可具有38mm的长度(对应于棉纤维的典型自然长度)。与此相反，纤维素纤维非织造织物的基本上连续的纤维可具有至少200mm的长度，特别是至少1000mm。然而，本领域技术人员将意识到即使连续的纤维素纤维也可能中断的事实，该中断可能通过纤维形成期间和/或之后的工艺形成。因此，与由相同旦尼尔的短纤维制成的非织造织物相比，由基本上连续的纤维素纤维制成的纤维素纤维非织造织物具有显著更低的每质量纤维数。纤维素纤维非织造织物可以通过纺制多根纤维并通过将后者细化(attenuating)和朝着优选移动的纤维支撑单元拉伸来制造。由此，形成纤维素纤维的三维网或网，构成纤维素纤维非织造织物。所述织物可以由纤维素作为主要或唯一成分。
在本申请的上下文中，术语“莱赛尔纺丝溶液”可以特别表示溶剂(例如，诸如N-甲基-吗啉、NMMO、“氧化胺”或“AO”的材料的极性溶液)，其中纤维素(例如木浆或其他纤维素基原料)溶解在其中。莱赛尔纺丝溶液是溶液而不是熔体。通过降低溶剂的浓度，例如通过使长丝与水接触，可以由莱赛尔纺丝溶液产生纤维素长丝。由莱赛尔纺丝溶液初始生成纤维素纤维的过程可以描述为凝固。
在本申请的上下文中，术语“气流”可以特别地表示在莱赛尔纺丝溶液离开喷丝头期间和/或之后或已经离开喷丝头后，基本平行于纤维素纤维或其预成型体(即莱赛尔纺丝溶液)的移动方向的气流(例如空气)。
在本申请的上下文中，术语“凝固流体”可以特别表示非溶剂流体(即气体和/或液体，任选地包括固体颗粒)，其能够稀释莱赛尔纺丝溶液并与溶剂交换至由莱赛尔长丝形成纤维素纤维的程度。例如，这种凝固流体可以是水雾。
在本申请的上下文中，术语“工艺参数”可以特别地表示用于制造纤维素纤维非织造织物的物质和/或装置组件的所有物理参数和/或化学参数和/或装置参数，该参数可能对纤维和/或织物的性能，特别是纤维直径和/或纤维直径分布产生影响。这些工艺参数可以由控制单元自动调节和/或由使用者手动调节，从而调整或调节纤维素纤维非织造织物的纤维的性能。可能影响纤维性能的物理参数(特别是其直径或直径分布)可以是该过程中涉及的各种介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体、气流等)的温度、压力和/或密度。化学参数可以是所涉及的介质(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体等)的浓度、量、pH值。装置参数可以是孔口的尺寸和/或孔口之间的距离、孔口和纤维支撑单元之间的距离、纤维支撑单元的运输速度、一个或多个可选的原位后处理单元的提供、气流等。
术语“纤维”可以特别地表示包含纤维素的材料的细长段，例如横截面为大致圆形或非规则形状，任选地与其他纤维缠绕。纤维的纵横比可以大于10，特别是大于100，更特别是大于1000。纵横比是纤维长度与纤维直径之间的比率。纤维可以通过融合(使得形成整体多纤维结构)或通过摩擦(使得纤维保持分离，但通过移动相互之间物理接触的纤维时产生的摩擦力弱机械耦合)相互连接，从而形成网络。纤维可具有基本上圆柱形的形状，然而其可以是直的、弯的(bent)、扭结的(kinked)或弯曲的(curved)。纤维可以由单一的均质材料(即纤维素)组成。然而，纤维还可包含一种或多种添加剂。诸如水或油的液体材料可以积聚在纤维之间。
根据本发明的实施方案，织物的单位面积质量小于150克/平方米，特别是小于100克/平方米，进一步特别地小于50克/平方米，甚至更特别地小于20克/平方米。
提高了具有较小单位面积质量的织物的吸油能力，这些织物的优点可以是其可用于需要例如薄擦拭巾的多种应用。
所提到的术语“单位面积质量”通常也称为基重。
根据本发明的另一个实施方案，所述网络表现出在0.1％-100％之间的范围内，特别是在0.5％-10％之间的范围内的纤维的融合系数。
为了确定织物的融合系数(也可以称为面积融合系数)，可以执行以下确定过程：可以光学分析织物的正方形样品。围绕与正方形样品的至少一条对角线交叉的纤维的每个融合位置(特别是融合点、融合垫和/或融合线)绘制具有一定直径的圆，圆的直径必须完全保留在正方形样品内部。确定圆的尺寸，使得圆包含融合纤维之间的融合区域。计算所确定的圆的直径值的算术平均值。融合系数计算为所述平均直径值与正方形样品的对角线长度之间的比率，并且可以以百分比给出。
零或0％的融合系数对应于没有任何融合点的织物，即仅通过纤维间氢键或摩擦使彼此相互作用的完全分离的纤维。1或100％的融合系数描述了一种织物，该织物由形成诸如膜的连续结构的完全整体纤维构成。通过调节融合系数，还可以调节相应织物的物理性质(特别是机械稳定性)。
通过控制融合系数，可以调节所得织物的几种性能。在具有吸油能力的情况下，尤其可以控制纤维或长丝之间的空腔。结合纤维直径的变化，可以实现定制的织物结构，特别是用于高油或脂吸收的情况。
在一个实施方案中，(融合点的)融合位置在整个织物中不对称和/或各向异性地分布。这意味着，对于织物的不同体积部分，融合系数、融合点的密度或指示纤维之间局部发生融合的程度的任何其他参数可以不同。例如，由两层组成的织物可以由具有较大融合系数的一层和具有较小融合系数的另一层组成。各个层的融合系数可以通过该层的形成的调整或工艺控制以及独立地或不同地通过另一层的形成的调整或工艺控制来进行调整。
根据本发明的另一个实施方案，至少一些单独的纤维彼此缠绕和/或至少一个其他纤维结构与另一个纤维结构缠绕。这可以(进一步)改善所述织物的机械稳定性。
在本文的上下文中，“纤维结构”可以是包括至少两根纤维的任何纤维布置。因此，纤维可以是至少部分地彼此接触的单独的纤维。替代地或组合地，纤维结构也可以是包括至少两根纤维的结构，所述至少两根纤维在至少一个融合位置处连接成一体。
根据本发明的另一个实施方案，该织物表现出至少2100质量％，特别是至少2300质量％，并且更特别是至少2500质量％的吸油能力。
需提到的是，利用用于制造织物(由于其纤维素材料而固有地表现出非常小的吸油能力)的合适的工艺参数值，可以实现与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(其性质是高度亲油的材料)的吸油能力相同数量级的吸油能力。此外，所述吸油能力甚至大于某些经过测试的聚丙烯(PP)织物的吸油能力。
根据本发明的另一个实施方案，不同的纤维至少部分地位于不同的可区分层中。在这种情况下，“可区分的”尤其是指织物至少在例如通过电子显微镜捕获的图像内在层之间显示可见的分离或界面区域。
描述性地说，所述织物表现出多层结构，其中至少两个网络层在彼此之上形成。通过以各种不同的网络层在质量和/或数量上具有不同的功能性的方式控制工艺参数，整个织物的物理和/或化学性质可以以特定的方式进行调整以适应许多特定的应用。这可以显著拓宽所述织物的技术应用领域。
至少三层织物可以用于例如擦拭巾，其中内层可以优选地浸有液体，特别是油性液体，在使用期间该液体以受控方式通过至少一个外层释放。由此，例如可以通过选择合适的纤维直径范围来调节各个层的不同功能特性。
提到了对于堆叠的网络层的最大数量没有理论限制。取决于特定的应用，可以生产由2-4个或甚至更多个，例如5-20个堆叠的网络层组成的多层织物。
与已知的多层织物相比，层间融合位置或层间融合点允许两层之间相互连接，而无需使用任何额外的粘合材料，这本质上将包括一定程度上渗透到两个网络层的至少一个的内部。此外，相互连接不依赖于一种类型的纤维到指定为另一种类型的纤维的层中的任何渗透。结果，当撕开两层时，这在某些应用中可能是期望的，将只有最小量的纤维断裂，并且各层的先前粘附的表面将基本上没有毛边。此外，期望的撕开只会导致最少的起毛(linting)。
由于事实上不需要额外的粘附材料来使两层相互连接，因此可以以环境相容的方式实现织物。具体地，所述多层织物可以用于完全可生物降解的产品。此外，在相邻层之间不存在任何额外的粘附材料(例如，粘合剂)可以提供以下优点：液体可以在各个层界面上扩散而没有任何障碍。
根据本发明的另一个实施方案，织物包括以下特征中的至少一个：
(a)不同层的纤维在各层之间的至少一个层间融合位置处连接成一体；
(b)至少部分位于不同层中的不同纤维的纤维直径不同，特别是平均纤维直径不同；
(c)不同层的纤维具有相同的纤维直径，特别是具有基本上相同的平均纤维直径；
(d)不同层的纤维网络提供不同的功能，其中不同的功能尤其包括以下中的至少一种：不同的芯吸、不同的各向异性行为、不同的液体吸收能力、不同的清洁能力、不同的光学特性、不同的粗糙度、不同的平滑度和不同的机械性能。
如上所述，在(a)项情况下的层间融合位置可以通过将两个(或多个)具有孔口的喷射器串联排列而形成，通过所述孔口挤出莱赛尔纺丝溶液用于凝固和纤维形成。当这种布置与移动的纤维支撑单元(例如具有纤维容纳表面的传送带)组合时，第一层纤维通过第一喷射器形成在纤维支撑单元上，并且当移动的纤维支撑单元到达第二喷射器的位置时，第二喷射器在第一层上形成第二层纤维。可以调整该方法的工艺参数，以便在第一层和第二层之间形成融合点。
在本申请的上下文中，术语“融合”可以特别地表示在各融合位置处不同纤维的相互连接，这导致形成一个整体连接的纤维结构，该结构由先前与不同的层相关的两根单独的纤维组成。互连的纤维可在融合点彼此牢固地粘附在一起。特别地，例如，在形成过程中尚未通过凝固完全固化或固体化的第二层的纤维，可以仍然具有处于液体莱赛尔溶液相且尚未处于完全固化的固态的外部皮肤或表面区域。当这种预制纤维结构彼此接触并且之后完全固化成固体纤维状态时，这可导致在不同层之间的界面处形成两根融合纤维。融合点的数量越多，织物层之间的互连的稳定性越高。因此，控制融合允许控制织物层之间的连接的刚性。例如，通过调节在相应层的预制纤维结构到达纤维支撑板上的在下的纤维或预制纤维结构层之前的固化或凝固程度，可以控制融合。通过在层间的界面处融合不同层的纤维，可以防止层的不期望的分离。在各层之间没有融合点的情况下，一层纤维可能与另一层纤维剥离。
如上所述，在(b)项情况下，当织物的不同层由具有不同(平均)直径的纤维形成时，可以分别且不同地调节不同层的机械性能。例如，可以通过使用具有相对较大直径的纤维来为其中的一层提供刚性特征，而其他层可提供平滑或弹性的特征(例如通过使用具有相对较小直径的纤维)。例如，可以制造具有通过机械去除污物而用于清洁的较粗糙表面以及具有用于擦拭的较光滑表面的擦拭巾，即，其被构造成用于从待清洁的表面吸收水等。
如果不同层的纤维具有以上(c)项所述的相同(平均)直径，则相邻层可具有相似或相同的物理性质。它们之间的融合点之间可以强或弱互连。每个界面区域的这种融合点的数量可以定义相邻层之间的结合强度。由于结合强度小，使用者可以容易地将各层分开。通过高的结合强度，这些层可以保持永久地彼此附接。
根据本发明的另一个实施方案，不同层中的纤维网络具有不同的融合系数。这可以有助于提高所述织物的机械稳定性。
具体地，当在所述织物的制造过程中连续的纤维向下接触到收集纤维的纤维支撑单元时，通过控制沿垂直于层的平面的高度-方向或z-方向的融合系数，可以实现一定的预加张力。由此，取决于高度的不同融合系数的分布可以允许建立“力吸收弹簧系统”，其产生高的机械稳定性并且在油颗粒嵌入织物内时，有效地防止在粘附力的压力下在所述织物内形成的毛细管腔或空隙的塌陷。
根据本发明的另一个实施方案，纤维具有小于5ppm的铜含量和/或具有小于2ppm的镍含量。本申请中提到的ppm值都与质量(而不是体积)有关。除此之外，对于每种单独的重金属元素，纤维或织物的重金属污染可以不超过10ppm。由于使用莱赛尔纺丝溶液作为形成连续的纤维基织物的基础(特别是当涉及诸如N-甲基-吗啉、NMMO的溶剂时)，诸如铜或镍的重金属(可能引起使用者的过敏反应)对织物的污染可以被保持地极小。
根据本发明的另一方面，提供了一种直接从莱赛尔纺丝溶液制造纤维素纤维非织造织物，特别是如上所述的织物的方法。所提供的方法包括：(a)在气流的辅助下，使莱赛尔纺丝溶液通过具有孔口的喷射器挤出到凝固流体气氛中，从而形成基本上连续的纤维；(b)将所述纤维收集在纤维支撑单元上，从而形成所述织物；(c)调整制造过程的工艺参数，使得所述织物表现出至少1900质量％的吸油能力。
所提供的方法基于这样的想法，即可以在各种相邻纤维之间形成多个空腔或空隙。通过选择适当的工艺参数，可以适当地确定这些空隙的尺寸和/或形状。在织物的原始非浸透状态下，这些空隙被空气填充。当织物吸收油时，空隙被(液体、半流体或糊状)油或油脂颗粒填充，所述油或油脂颗粒的尺寸至少近似地适合于各个空隙的尺寸。
在本文件的上下文中，“具有孔口的喷射器”(其可以例如被称为“孔口的布置”)可以是包括线性布置的孔口的布置的任何结构。
根据本发明的一个实施方案，调整工艺参数包括以下特征中的至少一个：
(a)在所述莱赛尔纺丝溶液离开孔口之后且所述莱赛尔纺丝溶液到达所述纤维支撑单元之前通过触发通过不同的孔口挤出的莱赛尔纺丝溶液之间的相互作用形成至少部分融合位置；
(b)在所述莱赛尔纺丝溶液到达纤维支撑单元之后通过在纤维铺设在纤维支撑单元上时触发至少部分纤维的凝固形成至少部分融合位置；
(c)沿着可移动的纤维支撑单元串联排列具有孔口的多个喷射器，在纤维支撑单元上沉积纤维的第一层，以及在层之间的界面处的至少部分纤维的凝固完成之前，在第一层上沉积纤维的第二层。
在(a)项情况下的在所述莱赛尔纺丝溶液离开孔口之后且所述莱赛尔纺丝溶液到达所述纤维支撑单元之前形成至少部分融合位置，可通过例如在向下加速的同时触发通过不同的孔口挤出的莱赛尔纺丝溶液的股线(strand)之间的相互作用来实现。例如，可以在速度和方向方面调节气流，使得(尚未完全凝固的)纺丝溶液的不同股线或长丝在到达纤维支撑单元之前被迫在横向方向上彼此相互作用。可以操作气流使其靠近或在湍流状态下操作气流，以促进纤维的各种预成型体之间的相互作用。因此，在凝固之前，纤维的各预成型体可以彼此接触，从而形成融合位置。
如上所述，在(b)项情况下的在莱赛尔纺丝溶液到达纤维支撑单元之后形成至少部分融合位置可以通过有意地延迟凝固过程来实现。该延迟可以通过凝固单元的相应操作来调节，特别是通过相应地调节凝固流体的性质和供应位置。更具体地，可以延迟凝固过程直到纺丝溶液到达纤维支撑板。在这样的实施方案中，纤维的预成型体仍然在凝固之前到达纤维支撑单元，从而仍是在凝固之前与纤维的其它预成型体接触。由此可以迫使不同股线或预成型体的纺丝溶液流动而彼此接触，并且仅在此后可以触发或完成凝固。因此，在仍然处于非凝固状态的不同纤维预成型体之间的初始接触之后进行凝固是形成融合位置的有效措施。
如上所述，在(c)项情况下的沿着可移动的纤维支撑单元串联排列具有孔口的多个喷射器以及以下步骤可有助于实现适当的吸油能力。由此，对于要形成的每个层，可以调节操作具有孔口的喷射器的工艺参数，以获得层专有的凝固行为。可以调节不同层的层专有凝固行为，使得(层内)融合位置在相应层内形成，并且(层间)融合位置在相邻层之间形成。更具体地，可以调节工艺控制，使得仅在与不同层相关的纺丝溶液之间的初始接触之后促进两层的凝固，从而在两个相邻层之间形成融合位置。
根据本发明的另一个实施方案，该方法还包括在纤维支撑单元上收集之后原位处理所述纤维和/或所述织物。该进一步处理特别地包括以下中的至少一个：水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行蒸汽处理和轧光。
这种原位加工可以是在制造的(特别是基本上连续的)织物被储存(例如由卷绕机缠绕)以运输到产品制造目的地之前进行的那些加工。例如，这种进一步处理或后处理可能涉及水力缠结。水力缠结可以表示为湿或干纤维网的粘合过程，所得粘合织物为非织造织物。水力缠结可以使用细的高压水射流，该射流穿透纤维网，撞击纤维支撑单元(特别是传送带)并反弹，导致纤维缠结。对织物的相应压缩可使织物更紧凑并且机械上更稳定。除水力缠结之外或作为另外一种选择，可以用加压蒸汽对纤维进行蒸汽处理。附加地或替代地，这种进一步处理或后处理可以包括对所制造的织物进行针刺处理。针刺系统可用于粘合织物或纤维网的纤维。当刺针穿过纤维网迫使一些纤维穿过纤维网，并且当针被抽出时它们保留在那里时，可以生产针刺织物。如果适当地移动足够的纤维，则可以通过这些纤维塞的固结作用将纤维网转变成织物。纤维网或织物的又一种进一步加工或后处理是浸渍处理。浸渍连续的纤维网络可涉及在织物上施加一种或多种化学品(例如软化剂、疏水剂和抗静电剂等)。织物的另一种进一步加工处理是轧光。轧光可以表示为处理织物的后整工序，并且可以使用轧光机来平滑、涂覆和/或压缩织物。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造纤维素纤维非织造织物，并且特别是用于制造如上所述的织物的装置。所提供的装置包括：(a)具有孔口的喷射器，其被配置成用于在气流的辅助下挤出莱赛尔纺丝溶液；(b)凝固单元，其被配置成用于为挤出的莱赛尔纺丝溶液提供凝固流体气氛，从而形成基本上连续的纤维；(c)纤维支撑单元，其被配置成用于收集纤维，从而形成所述织物；和(d)控制单元，其被配置成用于调节工艺参数，使得织物表现出至少1900质量％的吸油能力。
所述装置基于这样的想法，即控制单元允许以可靠的方式进行上述用于制造上述纤维素纤维非织造织物的方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用如上所述的纤维素纤维非织造织物的方法。所述织物用于干燥器片材、面膜、卫生产品、擦拭巾(wipe)、过滤器、医疗应用产品、土工织物、农用织物(agrotextile)、服装、建筑技术用产品、汽车产品、家具、工业用产品、与休闲、美容、运动或旅行相关的产品、以及与学校或办公室相关的产品。
当将所述织物用于干燥器片材时，吸油能力可用于沉积在烘干机(laundrydryer)内进行的干燥过程中释放的活性成分。例如，释放过程可以通过热收缩和相应挤压含油颗粒的空腔来进行。
当将所述织物用于面膜时，从对最适合于人类皮肤的油和/或乳剂的大接收能力中可以获得特别的好处。
当使用上述织物进行清洁擦拭时，例如家用抹布，在不使用任何化学物质或表面活性剂的情况下清除厨房中的油性残留物时，可以从高吸油率中受益。
所述织物的高吸油率对于个人护理擦拭巾，例如用于在不需要任何含表面活性剂的乳液的情况下去除化妆品，可能也是特别有益的。
根据本发明的另一方面，提供了一种包含如上所述的纤维素纤维非织造织物的产品或复合材料。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物还可以与一种或多种其他材料组合(例如原位或在后续工艺中)，从而形成根据本发明示例性实施方案的复合材料。可与织物组合以形成这种复合材料的示例性材料可选自包括但不限于以下材料或其组合的材料：绒毛浆、纤维悬浮液、湿法成网非织造织物、气流成网非织造织物、纺粘网、熔喷网、粗疏水刺或针刺网或其他由各种材料制成的片状结构。在一个实施方案中，不同材料之间的连接可以通过(但不限于)以下方法中的一种或组合来完成：融合、水力缠结、针刺、氢键合、热粘合、通过粘合剂胶合、层压和/或轧光。
在下文中，总结了包含根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的示例性有益产品或根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的用途：
网(100％纤维素纤维网或例如包含以下或由以下组成的网：两种或多种纤维、或化学改性的纤维或具有掺入的材料(例如抗菌材料、离子交换材料、活性炭、纳米颗粒、乳液、药剂或阻燃剂)的纤维、或双组分纤维)的具体用途可以如下：
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物可用于制造擦拭巾，例如婴儿擦拭巾、厨房擦拭巾、湿擦拭巾、化妆擦拭巾、卫生擦拭巾、医疗擦拭巾、清洁擦拭巾、抛光(汽车、家具)擦拭巾、灰尘擦拭巾、工业用擦拭巾、除尘器和拖把擦拭巾。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也可用于制造过滤器。例如，这种过滤器可以为空气过滤器、HVAC、空调过滤器、烟气过滤器、液体过滤器、咖啡过滤器、茶袋、咖啡袋、食品过滤器、水净化过滤器、血液过滤器、香烟过滤器；机舱过滤器、油滤清器、滤芯过滤器、真空过滤器、真空吸尘器袋、防尘过滤器、液压过滤器、厨房过滤器、风扇过滤器、水分交换过滤器、花粉过滤器、HEVAC/HEPA/ULPA过滤器、啤酒过滤器、牛奶过滤器、液体冷却剂过滤器和果汁过滤器。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造吸收性卫生产品。其实例是采集层、覆盖物、分布层、吸收性覆盖物、卫生护垫、包衬复面纸、背板、腿箍、可冲洗产品、垫、护理垫、处理内衣、训练裤、面膜、美容面膜、化妆品去除垫、毛巾、尿布和烘干机用的释放活性成分(例如织物柔软剂)的片材。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造医疗应用产品。例如，这种医疗应用产品可以是一次性帽、手术服、口罩和鞋套、伤口护理产品、无菌包装产品、保健卫生用透气织物产品(coverstock products)、敷料材料、单向服装(one way clothing)、透析产品、鼻带、牙板粘合剂、处理内衣、窗帘、包裹和包装、海绵、敷料和擦拭巾、床上用品、透皮给药物、寿衣、垫、手术包、热敷袋、造口袋衬垫、固定带和孵化器床垫。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造土工织物。这可能涉及作物保护罩、毛细管垫、水净化材料、灌溉控制材料、沥青覆盖、土壤稳定、排水材料、沉淀和侵蚀控制材料、池塘里衬、浸渍基础、排水渠道里衬、地面稳定材料、坑衬里、种子毯、杂草控制织物、温室遮阳材料、根袋和可生物降解的植物盆的生产。还可以将纤维素纤维非织造织物用于植物箔(例如为植物提供光保护和/或机械保护，和/或为植物或土壤提供粪或种子)。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造服装。例如，衬里、服装保暖和保护、手提包部件、鞋部件、皮带衬里、工业鞋帽、一次性工作服、服装和鞋的袋子以及保暖物可以在这种织物的基础上制造。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造用于建筑技术的产品。例如屋顶和瓷砖衬垫、石板瓦垫(underslating)、隔热和隔音材料、房屋包裹物、石膏板饰面、管道包裹物、混凝土模塑层、地基和地面稳定材料、垂直排水、屋面板瓦、屋面油毡、降噪材料、加固材料、密封材料以及阻尼材料(机械)可以使用这种织物制造。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造汽车产品。实例为客舱过滤器、行李箱衬里、包裹架、隔热罩、货架装饰、模制发动机罩衬里、行李箱地板覆盖物、机油滤清器、车顶蓬内衬、后包裹架、装饰织物、安全气囊、消音垫、绝缘材料、汽车罩、底垫、汽车垫、胶带、背衬和簇绒地毯、座套、门饰、针刺地毯和汽车地毯背衬。
根据本发明示例性实施方案制造的织物的另一个应用领域是室内陈设，例如家具、建筑物、臂和背部的绝缘体、加厚垫子、防尘罩、衬里、缝合增强物、边缘装饰材料、床上用品构造、被子背衬、弹簧套、床垫组件、床垫套、窗帘、墙壁覆盖物、地毯背衬、灯罩、床垫组件、弹簧绝缘体、密封件、枕套和床垫套。
在另一个实施方案中，纤维素纤维非织造织物可用于制造工业产品。这可能涉及电子产品、软盘衬里、电缆绝缘、磨料、绝缘胶带、传送带、吸音层、空调、电池隔膜、酸系统、防滑消光去污剂、食品包装、胶带、香肠肠衣、奶酪套管、人造革、油回收栏和袜子、以及造纸毛毡。
根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物也适用于制造与休闲和旅行相关的产品。这种应用的实例是睡袋、帐篷、行李箱、手提包、购物袋、航空公司头枕、CD保护装置、枕套和夹层包装。
本发明的示例性实施方案的又一个应用领域涉及学校和办公室产品。可以提及的实例为书籍封面、邮寄包膜、地图、标志和三角旗、毛巾和旗臶。
必须注意，已经参考不同的主题描述了本发明的实施方案。特别地，已经参考设备类型权利要求描述了一些实施方案，已经参考方法类型权利要求描述了其他实施方案。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中得出，除非另行说明，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题有关的特征之间的任何组合，特别是在设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合都被认为与本文件一起公开。
从下文将描述的实施方案的实例中，本发明的上述定义的方面和其他方面将变得显而易见，并且将参考实施方案的实例进行说明。在下文中将参考实施方案的实例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物的装置，该纤维素纤维非织造织物由通过凝固流体凝固的莱赛尔纺丝溶液直接形成。
图2至图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过特定的工艺控制实现了单根纤维间的融合。
图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中已完成纤维的溶胀，其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物，图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物。
图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过执行两个串联喷嘴杆的特定工艺来完成两个叠置的纤维层的形成。
图8示出了根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过工艺控制已经将融合系数调整为几乎百分之百。
图9示出了根据本发明的另一示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像，其中通过工艺控制已经将融合系数调整为几乎为零。
图10和图11示出了两种纤维素纤维非织造织物的两个实验捕获图像，它们由于不同的融合系数而表现出不同的吸油能力。
图12示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造由两个连续的纤维素纤维网的堆叠层组成的纤维素纤维非织造织物的装置的一部分。
图13示出了包括三个网络层的纤维素纤维非织造织物。
附图的详细描述
图中的图示是示意性的。需注意的是，在不同的图中，相似或相同的元件或特征具有相同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经在前面的实施方案中阐明的元件或特征在本说明书的后面的位置不再赘述。
此外，空间相对术语，例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等，用于描述如图所示的一个元件与另一个元件的关系。因此，空间相对术语可以适用于使用中的取向，该取向不同于附图中描绘的取向。显然，所有这样的空间相对术语仅是为了便于描述而参考附图中所示的取向，并不一定是限制性的，因为根据本发明的实施方案的设备在使用时可以采取不同于附图中所示的取向。
图1示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100，该纤维素纤维非织造织物102直接由莱赛尔纺丝溶液104形成。后者至少部分地被凝固流体106凝固以转化成部分形成的纤维素纤维108。通过装置100，可以进行根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射工艺。在本申请的上下文中，术语“莱赛尔溶液喷射工艺”可以特别包括可以得到基本上连续的长丝或离散长度的纤维108或基本上连续的长丝和离散长度纤维的混合物的工艺。如下面进一步描述的，提供各自具有孔口126的喷嘴，纤维素溶液或莱赛尔纺丝溶液104与气体流或气流146一起喷射通过该喷嘴，以制造根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102。
从图1中可以看出，木浆110、其他纤维素基原料等可以通过计量单元113供应到储罐114。来自水容器112的水也通过计量单元113供应到储罐114。因此，在下面进一步详细描述的控制单元140的控制下，计量单元113可以限定供应到储罐114的水和木浆110的相对量。容纳在溶剂容器116中的溶剂(例如N-甲基-吗啉，NMMO)可以在浓缩单元118中浓缩，然后可以在混合单元119中与水和木浆110或其他纤维素基原料的混合物以可限定的相对量混合。混合单元119也可由控制单元140控制。由此，水-木浆110介质以可调节的相对量在溶解单元120中溶解在浓缩溶剂中，从而获得莱赛尔纺丝溶液104。含水莱赛尔纺丝溶液104可以是由(例如5质量％至15质量％)包含纤维素的木浆110的和(例如85质量％至95质量％)溶剂组成的如蜂蜜般黏稠的(honey-viscous)介质。
莱赛尔纺丝溶液104被送到纤维形成单元124(其可以体现为或可以包括多个纺丝箱体(spinning beams)或喷射器122)。例如，喷射器122的孔口126的数量可以大于50，特别是大于100。在一个实施方案中，纤维形成单元124(其可以包括大量喷射器122的喷丝头)的所有孔口126和喷射器122的孔口126可具有相同的尺寸和/或形状。或者，一个喷射器122的不同孔口126和/或不同喷射器122的孔口126(其可以串联布置以形成多层织物)的尺寸和/或形状可以是不同的。孔口126可以被布置为孔口126的一维对准。
当莱赛尔纺丝溶液104通过喷射器122的孔口126时，它被分成多个平行的莱赛尔纺丝溶液104股线。竖直取向的气流，即气流的取向基本上平行于纺丝方向，迫使莱赛尔纺丝溶液104转变成越来越长和越来越细的股线，这可以通过在控制单元140的控制下改变工艺条件来调节。气流可以沿着其从孔口126到纤维支撑单元132的路径的至少一部分加速莱赛尔纺丝溶液104。
当莱赛尔纺丝溶液104移动通过喷射器122并进一步向下移动时，莱赛尔纺丝溶液104的长而细的股线与非溶剂凝固流体106相互作用。凝固流体106有利地具体化为蒸汽雾，例如含水雾。凝固流体106的工艺相关特性由一个或多个凝固单元128控制，从而为凝固流体106提供可调节的特性。凝固单元128又由控制单元140控制。优选地，各个凝固单元128设置在各个喷嘴或孔口126之间，用于单独调节正在生产的织物102的各个层的性能。优选地，每个喷射器122可以具有两个指定的凝固单元128，每侧一个。因此，可以向单独的喷射器122提供单独部分的莱赛尔纺丝溶液104，该莱赛尔纺丝溶液104也可以被调节以使所制造的织物102的不同层具有不同的可控特性。
当与凝固流体106(例如水)相互作用时，莱赛尔纺丝溶液104的溶剂浓度降低，使得前者(例如木浆110(或其它原料))的纤维素至少部分地凝固成长而细的纤维素纤维108(其仍可含有残余溶剂和水)。
在由挤出的莱赛尔纺丝溶液104初始形成单独的纤维素纤维108期间或之后，纤维素纤维108沉积在纤维支撑单元132上，纤维支撑单元132在此具体化为具有平面的纤维容纳表面的传送带。纤维素纤维108形成纤维素纤维非织造织物102(仅在图1中示意性地示出)。纤维素纤维非织造织物102由连续的和基本上连续的长丝或纤维108组成。
尽管未在图1中示出，但是通过凝固单元128在凝固过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂以及在洗涤单元180中在洗涤过程中去除的莱赛尔纺丝溶液104的溶剂可以至少部分地再循环。
在沿着纤维支撑单元132运输时，纤维素纤维非织造织物102可以通过洗涤单元180洗涤，然后可以干燥，洗涤单元180供应洗涤液以除去残留的溶剂。它可以通过任选但有利的进一步处理单元134进一步处理。例如，这种进一步处理可以涉及水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行蒸汽处理、轧光等。
纤维支撑单元132还可以将纤维素纤维非织造织物102运输到卷绕器136，在该卷绕器136上可以收集纤维素纤维非织造织物102作为基本上连续的片材。然后，纤维素纤维非织造织物102可以作为卷状物运输到制造产品的实体，所述产品例如基于纤维素纤维非织造织物102的擦拭巾或纺织品。
如图1所示，所描述的过程可以由控制单元140(例如处理器、处理器的一部分或多个处理器)控制。控制单元140被配置成用于控制图1中所示的各种单元的操作，特别是计量单元113、混合单元119、纤维形成单元124、凝固单元128、进一步处理单元134、溶解单元120、洗涤单元118等中的一个或多个。因此，控制单元140(例如通过执行计算机可执行程序代码，和/或通过执行由用户定义的控制命令)可以精确且灵活地定义制造纤维素纤维非织造织物102的工艺参数。在该上下文中的设计参数是沿着孔口126的空气流，凝固流体106的性能，纤维支撑单元132的驱动速度，莱赛尔纺丝溶液104的组成、温度和/或压力等。可以调节的、用于调节纤维素纤维非织造织物102的性能的其他设计参数是孔口126的数量和/或相互距离和/或几何排列、莱赛尔纺丝溶液104的化学组成和浓度等。因此，如下所述，可以适当地调节纤维素纤维非织造织物102的性能。这种可调节的性能(参见下面的详细描述)可以涉及一个或多个以下性能：纤维108的直径和/或直径分布、纤维108之间的融合的量和/或区域、纤维108的纯度水平、多层织物102的性能、织物102的光学性能、织物102的流体保留和/或流体释放性能、织物102的机械稳定性、织物102表面的光滑度、纤维108的横截面形状等。
尽管未示出，但每个纺丝喷射器122可包括聚合物溶液入口，莱赛尔纺丝溶液104通过该入口供应到喷射器122。通过空气入口，可将气流146施加到莱赛尔纺丝溶液104上。从在喷射器122的内部的且由喷射器壳体界定的相互作用室开始，莱赛尔纺丝溶液104通过相应的孔口126向下移动或向下加速(通过气流146将莱赛尔纺丝溶液104向下拉)，并在气流146的影响下横向变窄，使得当莱赛尔纺丝溶液104与气流146一起在凝固流体106的环境中向下移动时，形成连续逐渐变细的纤维素长丝或纤维素纤维108。
因此，参考图1描述的制造方法中涉及的方法可以包括使莱赛尔纺丝溶液104(其也可以表示为纤维素溶液)成形以形成液体股线或潜在长丝，其被气流146拉拽并且直径显著减小，长度增加。在纤维支撑单元132上形成网之前或期间，还可以包括通过凝固流体106部分凝固潜在长丝或纤维108(或其预成型体)。长丝或纤维108形成网状织物102，洗涤，干燥，并可根据需要进一步加工(参见进一步处理单元134)。可以将长丝或纤维108例如收集在例如旋转鼓轮或带上，由此形成网。
作为所述制造方法的结果，特别是所用溶剂的选择的结果，纤维108具有小于5ppm的铜含量并且具有小于2ppm的镍含量。这有利地提高了织物102的纯度。
根据本发明示例性实施方案的莱赛尔溶液喷射网(即纤维素纤维非织造织物102)优选具有以下性能中的一种或多种：
(i)网的干重为5-300g/m2，优选为10-80g/m2，
(ii)根据标准WSP120.6(对应于DIN29073)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的厚度为0.05-10.0mm，优选0.1-2.5mm，
(iii)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的MD的网的比韧度范围为0.1-3.0Nm2/g，优选为0.4-2.3Nm2/g，
(iv)根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)的网的平均伸长率为0.5-100％，优选为4-50％。
(v)纤维网的MD/CD韧性比为1-12，
(vi)根据DIN 53814的网的保水性(特别是在本专利申请的优先权日期时有效的最新版本)为1-250％，优选为30-150％，
(vii)根据DIN 53923的网的持水能力(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)为90-2000％，优选为400-1100％，
(viii)根据基材分解的标准EN 15587-2和ICP-MS分析的标准EN 17294-2，金属残留水平为铜含量小于5ppm，镍含量小于2ppm。
最优选地，莱赛尔溶液喷射网具有所有上述性能(i)-(viii)。
如上所述，生产纤维素纤维非织造织物102的方法优选包括：
(a)通过至少一个喷射器122的孔口126挤出包含溶解在NMMO中的纤维素的溶液(参见附图标记104)，从而形成莱赛尔纺丝溶液104的长丝，
(b)通过气流(参见附图标记146)拉伸所述莱赛尔纺丝溶液104的长丝，
(c)使所述长丝与优选含有水的蒸汽雾(参见附图标记106)接触，从而至少部分地沉析所述纤维108。因此，在形成网或纤维素纤维非织造织物102之前，至少部分地沉析长丝或纤维108，
(d)收集和沉析所述长丝或纤维108，以形成网或纤维素纤维非织造织物102，
(e)在洗涤生产线(参见洗涤单元180)中去除溶剂，
(f)通过水力缠结、针刺等任选地结合(参见进一步处理单元134)，
(g)干燥和卷绕收集。
纤维素纤维非织造织物102的组成部分可以通过融合、混合、氢键合、物理结合(例如水力缠结或针刺)和/或化学结合来结合。
为了进行进一步加工，纤维素纤维非织造织物102可以与一层或多层相同和/或其他材料组合，例如以下材料的层(未示出)：合成聚合物、纤维素绒毛浆、纤维素或合成聚合物纤维的非织造网、双组分纤维、纤维素纸浆的网(例如气流成网或湿法成网纸浆)、高韧性纤维的网或织物、疏水材料、高性能纤维(例如耐温材料或阻燃材料)、赋予最终产品以改变的机械性能的层(例如聚丙烯或聚酯层)、可生物降解的材料(例如来自聚乳酸的薄膜、纤维或纤维网)和/或高松散材料。
还可以组合纤维素纤维非织造织物102的几个可区分的层，参见例如图7。
纤维素纤维非织造织物102可基本上仅由纤维素组成。或者，纤维素纤维非织造织物102可包含纤维素和一种或多种其他纤维材料的混合物。此外，纤维素纤维非织造织物102可包含双组分纤维材料。纤维素纤维非织造织物102中的纤维材料可以至少部分地包含改性物质。改性物质可选自，例如聚合物树脂、无机树脂、无机颜料、抗菌产品、纳米颗粒、洗剂、阻燃产品、改善吸收性的添加剂(例如超吸收性树脂)、离子-交换树脂、碳化合物(例如活性炭、石墨、导电碳)、X射线对比物质、发光颜料和染料。
总之，直接由莱赛尔纺丝溶液104制造的纤维素非织造网或纤维素纤维非织造织物102使得能够获得通过短纤维路线不可能获得的增值的网性能。这包括可形成均匀轻质网，以制造微纤维产品以及可制造形成纤维网的连续长丝或纤维108。而且，与由短纤维制造的网相比，不再需要几种制造工序。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102是可生物降解的并且由可持续获得的原料(即木浆110等)制成。此外，它在纯度和吸收性方面具有优势。除此之外，它还具有可调节的机械强度、刚性和柔软度。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以低的每面积重量(例如10-30g/m2)制造。使用该技术可以制造直径不大于5μm、特别是不大于3μm的非常细的长丝。此外，根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102可以以广泛的网美学并例如以平坦的薄膜状方式、纸状方式或柔软的柔性织物状方式形成。通过调整所述方法的工艺参数，还可以精确地调节纤维素纤维非织造织物102的刚性和机械硬度或柔韧性和柔软性。这可以通过例如调节融合位置的数量、层的数量、或通过后处理(例如针刺、水力缠结和/或轧光)来调节。特别地，可以制造具有低至10g/m2以下的相对低的基重的纤维素纤维非织造织物102，可以获得具有非常小的直径(例如低至3-5μm以下)的长丝或纤维108等。
图2、图3和图4显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中通过相应的工艺控制实现了单根纤维108间的融合。图2至图4中的椭圆形标记示出了这样的融合区域，其中多根纤维108彼此整体连接。在这样的融合点处，两根或多根纤维108可以互连以形成整体结构。
图5和图6显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中已完成纤维108的溶胀，其中图5显示处于干燥非溶胀状态的纤维织物102，图6显示处于湿润溶胀状态的纤维织物102。可以测量在图5和图6的两种状态下的孔径，并且可以彼此比较。当计算30次测量结果的平均值时，可以确定通过水性介质中纤维108的溶胀，孔径减小高达其初始直径的47％。
图7显示了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像，其中通过相应的工艺设计，即多个喷丝头的串联排列，完成了纤维108的两个叠置层200、202的形成。两个单独的但连接的层200、202由图7中的水平线表示。例如，n层织物102(n≥2)可以通过沿机器方向串联排列n个喷丝头或喷射器122来制造。
下面将更详细地描述本发明的具体示例性实施方案：
图8示出了根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像。在所示的实施方案中，通过工艺控制已经将融合系数调整为几乎百分之百(更精确地：约98％)。由于极高的融合系数，图8所示的织物102是具有与膜相似的一致性(consistency)的基本上连续的片材。这样的织物102具有类似平面膜的行为。从图8中可以看出，可以调整工艺参数以调节融合，从而触发能够获得基本上连续的膜状织物102的量的融合位置204的形成。
图8的左上图按第一比例尺显示织物，该第一比例尺显示在左插图中，显示了一个指示长度为500μm的条。图8的右下图按明显大于第一比例尺的第二比例尺显示织物。右插图中的相应条表示长度为20μm。
图9示出了根据本发明另一示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102的实验捕获图像。在所示的实施方案中，通过工艺控制将融合系数调节为几乎为零(更精确地：低于2％)。这种织物102具有类似于柔软的柔性织物的行为。由于融合系数非常小，图9中所示的织物102是纤维108的网络，纤维108仅通过很少的融合位置204弱连接。然而，在大部分织物100上，纤维108仅彼此摩擦结合和彼此缠绕，而不是通过融合来结合。结果是相对柔性的织物102仍然通过融合位置204、缠绕、摩擦以及纤维间氢键合适当地保持在一起。
图9的左上方图像按与图8的左上方图像的比例尺相同的第一比例尺显示织物。图9的右下方图像按大于第一比例尺的第二比例尺显示织物。右插图中的相应条表示长度为20μm。
具有这样小的融合系数的织物显示出在相邻纤维之间设置的多个空隙或间隙。对于吸油能力，这些空隙或间隙是否具有合适的尺寸以容纳油颗粒可能至关重要。无论如何，图9所示的织物102的吸油能力应肯定明显大于图8所示的织物102的吸油能力。
图10和11示出了两种表现出不同融合系数的纤维素纤维非织造织物的实验捕获图像。图10的织物102的融合系数小于图11的织物102的融合系数。因此，当将吸油能力视为融合系数的函数时，应该清楚的是，当需要最大吸油能力时，在最小融合系数和最大融合系数之间，应该有一个最佳融合系数值。
图12示出了根据本发明示例性实施方案的用于制造纤维素纤维非织造织物102的装置100的一部分，该纤维素纤维非织造织物102由连续的纤维素纤维108的两个堆叠层200、202组成。如上所述，图12中所示的装置100与图1中所示的装置100之间的区别在于，根据图12的装置100包括两个串联排列的具有孔口126的喷射器122和分别配置的凝固单元128。在本文描述的实施方案中，两个凝固单元128分配给每个喷射器122。在图12中，一个凝固单元128位于在喷射器122和纤维支撑单元132之间延伸的莱赛尔纺丝溶液104的路径的左侧，而另一个凝固单元128位于该路径的相应右侧。考虑到传送带型纤维支撑单元132的可移动的纤维容纳表面，图12左侧的上游喷射器122产生层200。层202由下游喷射器122产生(参见图12的右侧)，并将其连接到先前形成的层202的上主表面上，从而获得织物102的两个层200、202。
根据图12，控制单元140(控制喷射器122和所有凝固单元128)被配置用于调节工艺参数，使得在纤维直径方面不同层200、202的纤维108与最小直径相差超过50％。通过控制单元140调节层200、202的纤维108的纤维直径可以包括调节与莱赛尔纺丝溶液104相互作用的凝固流体106的量。此外，图12的实施方案通过沿着可移动纤维支撑单元132串联排列的具有孔口126(可选地具有不同特性)的多个喷射器122调节用于调节纤维直径的工艺参数。例如，这种不同的特性可以是不同的孔口126的直径、不同的气流146的速度、不同的气流146的量和/或不同的气流146的压力。尽管未在图12中示出，但是可以在纤维支撑单元132上收集纤维108之后进一步处理纤维108，例如通过水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行的蒸汽处理、和轧光进一步处理纤维108。
仍然参考图12中所示的实施方案，可以提供一个或多个额外的喷嘴杆(bar)或喷射器122，并且可以沿着纤维支撑单元132的传送方向连续布置。多个喷射器122可以布置成使得另外的纤维108的层202可以沉积在先前形成的层200的顶部上，优选地在层200和/或层202的纤维108的凝固或固化过程完全完成之前，这可以触发融合。当适当地调整工艺参数时，这可以在多层织物102的性能方面具有有利效果。
不希望受特定理论的束缚，目前认为第二层202可以被认为是第一层200的增强，从而增加了所得多层织物102的总均匀性。机械稳定性的这种增加可以是通过纤维直径变化(特别是纤维间直径变化和/或单根纤维108的纤维内纵向直径变化)进一步改善。当施加更深的(尤其是点状的)压力(例如由空气或水提供)时，纤维108的横截面形状可进一步被有意扭曲，这可有利地导致机械稳定性的进一步提高。
另一方面，可以触发根据图12的织物102的纤维108之间的预期融合，以进一步提高织物102的机械稳定性。在这种情况下，融合可以是纤维108的接触的长丝的支撑接触点粘附，特别是在完成正在融合的一根或两根纤维108的凝固过程之前。例如，可以通过增加流体流动(例如空气或水的流动)的接触压力来促进融合。通过采取这种措施，一方面可以增加层200、202中的一层的长丝或纤维108之间的凝固强度和/或另一方面增加层200、202之间的凝固强度。
根据图12的装置100，其被配置成用于制造多层织物102，执行了大量的工艺参数，这些参数可用于设计纤维108以及纤维层200、202的形状和/或直径或直径分布。这是多个喷射器122串联排列的结果，每个喷射器122可以用可单独调节的工艺参数操作。
利用根据图12的装置100，尤其可以制造由至少两个层200、202(优选多于两层)组成的织物102。不同层200、202的纤维108可以具有不同的直径值，并且可以在一个连续过程中形成。通过采取这种措施，可以确保纤维素纤维非织造织物102的高效生产，这尤其允许将获得的多层织物102在一种运输程序中转移到目的地进行进一步处理。
通过限定的多层织物102的层分离，也可以稍后将多层织物102分离成不同的单独层200、202或分成不同的多层部分。根据本发明的示例性实施方案，一层200、202的纤维108的层内粘合以及相邻层200、202之间的纤维108的层间粘合(例如通过融合和/或通过摩擦产生接触)可以适当地和单独地调节。特别地，当调节工艺参数使得当一个层200的纤维108放置在另一个层202的顶部时所述另一个层202的纤维108的凝固或固化已经完成时，可以获得对于每个层200、202的相应的单独控制。
图13示出了包括三个网络层的纤维素纤维非织造织物102。第一(下层)纤维网络层由附图标记200表示。形成在第一纤维网络层200顶部的第二(中间)纤维网络层由附图标记202表示。形成在第二纤维网络层202的顶部的另一个(上层)纤维网络层由附图标记202'表示。如上所述，织物102可以包括多于三个的堆叠的纤维网络层。
从图13可以进一步看出，三个纤维网络层200、202、202'具有不同的厚度。第一纤维网络层200具有第一厚度t1。第二纤维网络层202具有第二厚度t2。另一个纤维网络层202'具有第三厚度t3。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一(a)”或“一个(an)”的使用不排除多个。而且，可以组合与不同实施方案相关联描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表：
100 纤维素纤维非织造织物的制造装置
102 纤维素纤维非织造织物/网状织物
104 莱赛尔纺丝溶液
106 凝固流体
108 纤维
110 木浆
112 水容器
113 计量单元
114 储罐
116 溶剂容器
118 洗涤单元
119 混合单元
120 溶解单元
122 喷射器
124 纤维形成单元
126 孔口
128 凝固单元
132 (传送带式)纤维支撑单元
134 进一步处理单元
136 卷绕器
140 控制单元
146 气流
200 融合层/第一网络层
202 融合层/第二网络层
202' 融合层/另一个网络层
204 融合位置
t1、t2、t3 层厚度
在下文中，描述了用于产生融合系数的变化的实例并且如下表中所示。纤维素纤维织物中的不同融合系数可以通过改变凝固喷雾流量，同时使用恒定的纺丝溶液(即具有恒定稠度的纺丝溶液，特别是莱赛尔纺丝溶液)以及恒定的气体流量(例如空气流量)来实现。由此，可以观察到凝固喷雾流量和融合系数之间的关系，即融合行为的趋势(凝固喷雾流量越高，融合系数越低)。MD在此表示机器方向，CD表示横向。
柔软性(由已知的Specific Hand测量技术描述，在非织造标准WSP90.3的基础上用所谓的“Handle-O-Meter”测量，特别是在本专利申请优先权时有效的最新版本)可以遵循上述融合趋势。韧性(用Fmax描述)(例如根据EN29073-3(对应于ISO9073-3)，特别是在本专利申请的优先权日有效的最新版本)也可以遵循所述的融合趋势。因此，可以根据融合程度(由融合系数指定)调节所得纤维素纤维非织造织物的柔软度和韧性。

Claims (14)

1.一种纤维素纤维非织造织物(102)，尤其是直接从莱赛尔纺丝溶液(104)制造的纤维素纤维非织造织物，所述织物(102)包括：
基本上连续的纤维(108)的网络，其中所述织物(102)表现出至少1900质量％的吸油能力，
其中，所述织物(102)的单位面积质量小于150克/平方米，
其中所述网络表现出在0.5％-10％之间的范围内的纤维(108)的融合系数，
其中所述纤维素纤维非织造织物(102)基本上仅由纤维素组成。
2.根据前述权利要求所述的织物(102)，其中，
所述织物(102)的单位面积质量小于100克/平方米，特别是小于50克/平方米，更特别是小于20克/平方米。
3.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中，
至少一些单独的纤维彼此缠绕和/或
至少一个其他纤维结构与另一个纤维结构缠绕。
4.根据前述权利要求中任一项所述的织物(102)，其中，
所述织物(102)表现出至少2100质量％，特别是至少2300质量％，更特别是至少2500质量％的吸油能力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的织物(102)，其中，
不同的纤维(108)至少部分地位于不同的可区分层(200、202)中。
6.根据前述权利要求所述的织物(102)，其包括以下特征中的至少一个：
不同层(200、202)的纤维(108)在所述层(200、202)之间的至少一个层间融合位置(204)处连接成一体；
至少部分地位于不同层(200、202)中的不同的纤维(108)在纤维直径上不同，特别是在平均纤维直径上不同；
不同层(200、202)的纤维(108)具有相同的纤维直径，特别是具有基本上相同的平均纤维直径；
不同层(200、202)的纤维(108)网络提供不同的功能，其中不同的功能尤其包括以下中的至少一个：不同的芯吸、不同的各向异性行为、不同的液体吸收能力、不同的清洁能力、不同的光学特性、不同的粗糙度、不同的平滑度和不同的机械性能。
7.根据前述权利要求5和6中任一项所述的织物(102)，其中，
不同层的纤维网络具有不同的融合系数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的织物(102)，其中，所述纤维(108)具有小于5ppm的铜含量和/或小于2ppm的镍含量。
9.一种直接从莱赛尔纺丝溶液(104)制造纤维素纤维非织造织物(102)，特别是前述权利要求中任一项所述的织物(102)的方法，所述方法包括：
在气流(146)的辅助下使莱赛尔纺丝溶液(104)通过具有孔口(126)的喷射器(122)挤出到凝固流体(106)气氛中，从而形成基本上连续的纤维(108)；
将所述纤维(108)收集在纤维支撑单元(132)上，从而形成所述织物(102)；
调整制造过程的工艺参数，使得所述织物(102)表现出至少1900质量％的吸油能力，
其中，所述织物(102)的单位面积质量小于150克/平方米，
其中所述网络表现出在0.5％-10％之间的范围内的纤维(108)的融合系数，
其中所述纤维素纤维非织造织物(102)基本上仅由纤维素组成。
10.根据前述权利要求所述的方法，其中，
调整工艺参数至少包括以下特征之一：
在所述莱赛尔纺丝溶液(104)离开孔口(126)之后且所述莱赛尔纺丝溶液(104)到达所述纤维支撑单元(132)之前通过触发通过不同的孔口(126)挤出的莱赛尔纺丝溶液(104)之间的相互作用形成至少部分融合位置(204)；
在所述莱赛尔纺丝溶液(104)到达纤维支撑单元(132)之后通过在纤维(108)铺设在纤维支撑单元(132)上时触发至少部分纤维(108)的凝固形成至少部分融合位置(204)；
沿着可移动的纤维支撑单元(132)串联排列具有孔口(126)的多个喷射器(122)，在纤维支撑单元(132)上沉积纤维(108)的第一层(202)，以及在层(200、202)之间的界面处的至少部分纤维(108)的凝固完成之前，在第一层(202)上沉积纤维(108)的第二层(200)。
11.根据前述权利要求9和10中的任一项所述的方法，其进一步包括：
在纤维支撑单元(132)上收集之后原位处理所述纤维(108)和/或所述织物(102)，特别是通过水力缠结、针刺、浸渍、用加压蒸汽进行的蒸汽处理、和轧光中的至少一种进行处理。
12.一种用于直接从莱赛尔纺丝溶液(104)制造纤维素纤维非织造织物(102)，特别是用于制造根据前述权利要求1-8中任一项所述的织物的装置(100)，所述装置(100)包括
具有孔口(126)的喷射器(122)，其被配置成用于在气流(146)的辅助下挤出莱赛尔纺丝溶液(104)；
凝固单元(128)，其被配置成用于为挤出的莱赛尔纺丝溶液(104)提供凝固流体(106)气氛，从而形成基本上连续的纤维(108)；
纤维支撑单元(132)，其被配置成用于收集纤维(108)，从而形成所述织物(102)；和
控制单元(140)，其被配置成用于调节工艺参数，使得织物(102)表现出至少1900质量％的吸油能力，
其中，所述织物(102)的单位面积质量小于150克/平方米，
其中所述网络表现出在0.5％-10％之间的范围内的纤维(108)的融合系数，
其中所述纤维素纤维非织造织物(102)基本上仅由纤维素组成。
13.一种根据权利要求1-8中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的使用方法，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于干燥器片材，面膜，卫生产品，擦拭巾，过滤器，医疗应用产品，土工织物，农用织物，服装，建筑技术用产品，汽车产品，家具，工业用产品，与休闲、美容、运动或旅行相关的产品，以及与学校或办公室相关的产品。
14.一种产品或复合材料，其包含根据前述权利要求1-8中任一项所述的纤维素纤维非织造织物。
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