CN110651078B - 光学透明的湿式纤维素纤维非织造织物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，其中织物(102)包括基本上连续的纤维(108)的网络，其中不同的纤维(108)至少部分地位于不同的可区分的互连的层(200、202)中，并且其中织物(102)在湿润时是光学透明的。
Description
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、产品或复合材料以及使用方法。
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。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有可调节的光学性能并能够实现可调节的功能的纤维素基纤维织物。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的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、以及使用方法。
根据本发明的示例性实施方案，提供(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物(特别是其直接(特别是在原位方法中或在连续操作的生产线中可执行的连续方法中)由莱赛尔纺丝溶液制造)，其中所述织物包括基本上连续的纤维的网络，其中不同的纤维至少部分地位于不同的可区分的互连的层中，并且其中所述织物在织物被湿润，即用液体(例如水)湿润时，是光学透明的。
根据另一个示例性实施方案，提供了一种直接由莱赛尔纺丝溶液制造(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物的方法，其中该方法包括通过将由气流支撑的莱赛尔纺丝溶液通过一个或多个具有的孔口的喷射器挤出到凝固流体气氛(特别是分散的凝固流体的气氛)中，从而形成基本上连续的纤维，将纤维收集在纤维支撑单元上从而形成织物，并调节工艺参数，以使不同的纤维至少部分地位于不同的可区分的互连的层中，从而使织物在湿润时是光学透明的。
根据另一个示例性实施方案，提供了一种用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造(特别是溶液喷射制造的)纤维素纤维非织造织物的装置，其中该装置包括一个或多个具有孔口的喷射器，其被配置成用于在气流的辅助下挤出莱赛尔纺丝溶液；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；纤维支撑单元，其被配置成用于收集纤维从而形成织物；和控制单元(例如被配置成用于执行用于直接从莱赛尔纺丝溶液制造纤维素纤维非织造织物的程序代码的处理器)，其被配置成用于调节工艺参数，以使不同的纤维至少部分地位于不同的可区分的互连的层中，从而使织物在湿润时是光学透明的。
根据又一个示例性实施方案，提供了一种产品或复合材料，其包含具有上述特性的织物。
根据又一个实施方案，具有上述特性的纤维素纤维非织造织物用于擦拭巾(wipe)；干燥器片材；过滤器；卫生产品；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；与美容、休闲、运动或旅行相关的产品；以及与学校或办公室相关的产品。
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具有0.1t/m3的纤维密度的连续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”可以特别地表示溶剂(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”可以特别地表示非溶剂流体(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。
在本文的上下文中，“具有孔口的喷射器”(其可以例如表示为“孔口的布置”)可以是包括线性设置的孔口的布置的任何结构。
在本申请的上下文中，术语“光学透明”可以特别地表示可见光至少部分地穿过织物从一个主表面透射到另一个相对的另一主表面。可见光可以被认为是具有400nm-800nm范围内的一个或多个波长的电磁辐射。换句话说，湿织物能够透射光。然而，尽管大部分光可以通过湿织物，但是纤维也可能对光有一些吸收和/或散射。
在本申请的上下文中，术语“湿润”可特别地表示织物填充或浸有光学透明状态的水分或水或水基溶液或乳液。光学透明的织物中的水分或水的质量可以大于织物的纤维的质量。
在本申请的上下文中，术语“不同的可区分的互连的层”可以特别地表示由于在各个层内和/或在相邻层之间的界面处的构造而在扫描电显微图像上可见和/或机械可区分的纤维的多个层。不同层的纤维可以具有不同的纤维性质。尽管一层的纤维和另一层的纤维可以在邻接层之间的界面处互连，但是一层的连续纤维可以基本上没有延伸到相应的另一层中。与在各层内的纤维之间的较强的粘附力相比，在这些层之间的界面处的可能较弱的连接力的结果是，对织物的剥离可将织物分成单独的层。
根据一个示例性实施方案，提供了一种纤维素纤维非织造织物，当其用水或水分润湿时，其在可见光范围内具有光学透明或半透明的性质。已经证明，当相应地调整制造过程中的工艺参数时，可以获得纤维素纤维非织造织物的在湿润状态下的这种光学透明性质。首先，织物由连续纤维组成的事实促进了光学透明性，因为它使织物内的纤维末端(充当散射中心)的数量保持很小。其次，可以在制造工艺控制方面采取进一步措施以获得具有明显的光学透明性质的纤维网络。例如，可以相应地调节纤维直径、纤维横截面形状、纤维网络的纤维之间的融合特性等。根据本发明的实施方案的方法，可以实现高纯度非织造织物(特别是在重金属含量方面)。甚至更有利的是，已经证明可以制造一种多层织物，该多层织物的厚度比单层织物的厚度高，并且在各层之间还具有互连界面，但是这种多层性能不会降低整个织物的透明度。在这种多层织物的制造过程中调节工艺参数允许获得在纤维网络的湿润状态下的这种光学透明性，因为特别是通过基于纤维素的融合位置(而不是通过单独的粘合剂材料)形成的层之间的界面促进可见电磁辐射不受干扰地传播通过多层织物。结果，各层之间的界面不涉及大量的额外的散射中心，这将显著降低光学透明度。高度有利地，这种多层织物可以针对不同的层分别进行功能化，从而可以获得具有高度功能性的织物。
具体实施方式
在下文中，描述了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、产品或复合材料以及使用方法的其他示例性实施方案。
在一个实施方案中，可以用多个喷射器形成织物的多层，所述多个喷射器可以例如沿着织物的输送方向串联地布置。每个喷射器可形成多层中的各层。然而，可替代地，例如可以首先仅形成织物的第一层。随后，该层可以再次沿着纤维传输单元被传输，并且可用同一个喷射器在第一层上形成第二层。可以根据需要的层多次重复此过程。在后一实施方案中，该设备中的单个喷射器可能就足够了。
在一个实施方案中，当织物干燥时(即纤维和纤维之间的间隙不包含水分)，该织物是光学不透明的或非透明的。因此，当织物干燥时，具有在400nm-800nm范围内的一个或多个波长的可见光不能像在湿润状态下那样有效地通过织物从一个主表面透射到相对的另一主表面。换句话说，干织物不能实质上高效地透射光，但是会散射和/或吸收大量入射在干织物上的可见光。
在一个实施方案中，织物在湿润时具有至少90的光学灰度值，特别是至少100的光学灰度值(特别是从0至255的标度)。相应地，当完全干燥时，织物可以是光学不透明的，特别是具有低于85的光学灰度值(特别是从0至255的标度)。更具体地，当湿润时，织物在最大像素数下的光学透过率灰度值可以大于90，特别是大于100(从0至255的标度)。因此，当干燥时，织物在最大像素数下的光学透过率灰度值可以小于85(从0至255的标度)，特别是小于80(从0至255的标度)。可以通过根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物获得的光学灰度值的所述至少90、特别是至少100的高值，确保入射光的大部分实际上透射湿润织物。
灰度值或灰度等级表示在透射测量中检测到的织物图像上的像素的亮度。因此，电磁辐射源可以发射在光学可见范围内的电磁辐射，该电磁辐射指向织物的第一主表面。能够检测可见光的光检测器布置在织物的相对的第二主表面上，并测量已经透射过织物的可见电磁辐射(在织物的相应湿度状态下，即湿的或干的)。该检测器可以具有多个像素点，其可以例如以矩阵状图案布置(例如可以是CCD检测器或CMOS检测器)。
最小灰度值为0。最大灰度取决于图像的数字化深度。对于8位深的图像，最大灰度为255。在灰度或彩色图像中，像素可以采用0-255之间的任何值。
在彩色图像中，可以使用以下公式计算每个像素的灰度值或灰度级：
灰度值＝0.299*红色分量+0.587*绿色分量+0.114*蓝色分量
该公式考虑了人眼对颜色的敏感性，使得灰度级的显示与颜色无关，并且仅限于单个像素的亮度。
灰度级直方图(比较图13)指示图像中有多少像素共享相同的灰度级。x轴显示灰度级(特别是从0至255)，y轴显示图像中他们的数目(指示其频率)。该信息可用于计算阈值或最大值。
根据本发明的示例性实施方案，在本文中提及的分别针对干织物和不透明织物的灰度值涉及这种灰度直方图中的曲线的最大值。
在一个实施方案中，当织物被润湿至一定程度以使织物内部的水分的质量与纤维的质量(即仅纤维素)的质量比至少为3，特别是至少5，更特别是至少7时，该织物是光学透明的。在一个优选的实施方案中，最大持水能力为700％以上。
吸水能力的质量百分比表示可吸收水质量与干纤维质量之间的比率。提到的是，所描述的吸水能力通常也被称为持水量(water holding value)。
所述的持水能力值(water holding capability value)涉及根据标准DIN53 923(F36_3)进行的测量，并且涉及每单位面积质量或克重在16g/m2和38g/m2(克每平方米)之间的织物。具体地，持水能力值涉及在标准气候条件下进行的测量。因此，完全干燥是指在制造织物(包括干燥)后，织物在标准气候(其定义为23±2的温度，50％±5％的相对湿度)下适应24小时。除非另有说明，否则所有测量均在此标准气候下进行。
一个实施方案中，各层的纤维在所述层内的至少一个融合位置处融合成一体。特别地，纤维的至少一部分(特别是至少10％)在融合位置处融合成一体。在本申请的上下文中，术语“融合”可以特别地表示在相应的融合位置处不同纤维的整体互连，这导致形成由先前分离的纤维预成型体组成的一个整体连接的纤维结构。融合可以表示为在一根、一些或所有融合纤维的凝固期间建立的纤维-纤维连接。相互连接的纤维可以在相应的融合位置处牢固地彼此粘附，而无需不同的另外的材料(例如单独的粘合剂)，从而形成共同的结构。融合纤维的分离可能需要破坏纤维网络或其部分。根据所述实施方案，提供了一种纤维素纤维非织造织物，其中一些或所有纤维通过融合彼此连接成一体。可以通过对制造纤维素纤维非织造织物的方法的工艺参数的相应控制来触发融合。特别地，在尚未处于沉析固体纤维状态的莱赛尔纺丝溶液长丝之间的第一次接触之后，可以触发(或至少完成)这些长丝的凝固。因此，在仍处于溶液相时这些长丝的相互作用以及然后或之后通过凝固将它们转化为固态相使得能够适当地调节融合特性。融合度是一个强有力的参数，可用于调整制造的织物的性能。在一个优选的实施方案中，通过在凝固之前使莱赛尔纺丝溶液形式的不同纤维预成型体彼此直接接触来触发纤维之间的融合。
在一个实施方案中，不同层的纤维在所述层之间的至少一个融合位置处融合成一体。因此，至少部分地位于不同可区分层中的不同纤维(对于一个或多个参数，例如融合系数、纤维粗细等，它们可以相同或可以不同)可以在至少一个融合位置处连接成一体。例如，织物的两个(或多个)不同层可以通过将两个(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。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表皮或外表面区域。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。融合位置的数量越多，织物层之间的互连的稳定性越高。因此，控制融合使得可以控制织物的层之间的连接的刚性。例如，在各层的预制纤维结构到达纤维支撑板上的在下面的纤维或预制纤维结构层之前通过调节固化或凝固程度，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。在层之间没有融合点的情况下，可以使一层纤维与另一层纤维剥离。
在一个实施方案中，调节不同层之间的融合，使得在相反方向拉动层导致织物在不同层之间的界面处分离。这可以在调整融合使得在不同层之间的基于融合的连接力小于在不同层中的每一层内的基于融合的连接力时实现。特别地，连接的层的每层的内部中的每体积的融合点或融合位置的数量可以大于在各层之间的界面区域中的融合点或融合位置的数量。可以通过控制层间凝固与层内凝固之间的关系来制造相应的织物。
高度有利地，层间融合和/或层内融合可以通过纤维素连接成一体而不是通过添加额外的粘合剂或胶料来实现。这具有的优点是，没有在织物上添加额外的散射中心，该散射中心会降低织物在湿润状态下的光学透明度。
在一个实施方案中，织物包括永久不透明的(即，无论织物的湿度状态如何，总是不透明的)标记，当织物的水分含量高于预定阈值时，该标记透过织物是光学可见的，并且当织物的水分含量低于预定阈值时，特别是当织物为干的或变干时，该标记透过织物是光学不可见的。这样的不透明标记在织物的所有湿度状态下可以是光学不透明的。这种不透明标记，也可以表示为不透明指示，可以例如用墨水印在纤维网络上。不透明标记可以位于织物的外表面、织物的不同层之间的界面处或在一个层的内部中。不透明标记可以例如是字母数字代码。当织物潮湿时，标记对于用户将是可见的。但是，当织物变干时，织物从光学透明变为不透明，并且标记对于用户而言不再可见。例如，在面罩的实例中，可以通过消失标记向使用者指示先前容纳在多层织物中的水性活性剂的释放完成。
在一个实施方案中，织物包括由两个相对的覆盖层和在两个相对的覆盖层之间嵌入的中间层组成的三个互连的层，其中活性剂主要容纳在中间层中并且可经由覆盖层中的至少一层释放到环境中。在本申请的上下文中，术语“活性剂”可以特别地表示可以产生化学反应或可以具有下述物理影响的物质：该物理影响可以转而对织物或其环境的物理(例如机械、电气、磁性、光学特性等)特性产生影响；和/或可具有生物学影响的物质(例如医学影响，使得活性剂可以是例如药物活性剂)。活性剂可包含或由以下组成：一种或多种固体颗粒和/或一种或多种液体。这样的实施方案对于药物、医学和化妆品应用可能是有利的。活性剂可以被保护地容纳在中间层中，并且可以被供应到期望的目的地(例如，戴着口罩的使用者的皮肤)。
在一个实施方案中，可区分的互连的层之间的粘附力小于各层中的每一层内的粘附力。这使得可以沿着层界面以预测的方式分离多层织物。
在一个实施方案中，每一层的纤维的平均直径不同于相应另一层的纤维的平均直径。例如，一层的纤维的平均直径与另一层的纤维的平均直径之间的比率可以为至少1.5，特别地可以为至少2.5，更特别地可以为至少4。可以提供一种非织造的纤维素纤维织物，其可以被制造成基本上连续的纤维素纤维的网络，该纤维素纤维在不同层之间(但是另外地或可替代地也在一个层内)在纤维直径方面表现出明显的不均匀性。已经证明，纤维素纤维非织造织物的纤维的直径分布是用于调节所获得的织物的物理性能的强有力的设计参数。但是，应该提到的是，通过改变作为织物的设计参数的纤维直径，可以以更通用的方式调整纤维物理特性，从而允许在很宽的范围内改变织物的物理特性(其中，增强刚度只是一种选择或示例)。例如，纤维直径变化也可以成为用于调节所制造织物的水分管理的有力工具。
在一个实施方案中，无需单独的粘合剂或胶料即可实现各层之间的互连。另外地或可替代地，可以在没有单独的粘合剂或胶料的情况下实现在每一层内的纤维之间的互连。与此相反，互连可以由纤维素材料本身形成。因此，融合位置可以由直接由莱赛尔纺丝溶液的凝固产生的纤维素材料形成。这不仅导致没有必要单独提供纤维连接材料(例如粘结剂或粘合剂)，而且还可以保持织物清洁并基本上由单一材料制成。此外，单独的粘合剂或胶料会将额外的散射中心引入织物。由于省略了这种额外的非纤维素材料，可以进一步提高湿态织物的光学透明性。
在一个实施方案中，本发明的一个实施方案的具有0.1t/m3的密度的非织造织物的连续纤维的每体积的纤维末端量为小于10,000个末端/cm3，特别是小于5,000个末端/cm3。由于根据本发明示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的纤维是连续纤维，织物的纤维末端的数量(实际上不是完全不可避免的，如本领域技术人员已知的)可以非常小。与此相反，常规短纤维可具有显著更高数量的每体积的纤维末端。已经证明，游离的纤维末端可以用作限制湿润状态下的织物的光学透明性的散射中心。因此，使用具有非常少量的游离末端的连续纤维特别适合于获得湿润织物的高度光学透明性能。
在一个实施方案中，至少50％、特别是至少80％的纤维具有圆度大于60％、特别是大于80％的横截面形状。在本申请的上下文中，术语“圆度”可以特别地表示纤维横截面的内切圆和外切圆之间的比率，即恰好足以适合纤维横截面内部的圆和恰好包围纤维的横截面的形状的圆的最大尺寸和最小尺寸。为了确定圆度，垂直于纤维的延伸方向的横截面可以与纤维相交。因此，圆度可以表示为各个纤维的横截面形状接近具有100％的圆度的圆的横截面形状的程度的量度。例如，各个纤维的横截面可以具有卵形(特别是椭圆形)形状，或者可以具有多边形形状，但是与圆形横截面的偏差很小。已经证明，具有完美圆柱形纤维(即，具有圆形横截面的纤维)的纤维网络的光学透射率高于具有扁平或不规则横截面的纤维的光学透射率。据信，这种不规则或与圆形横截面的偏离可能涉及织物中的其他散射中心，这可能使光学透明性或半透明性恶化。为了抑制纤维织物对光的光传输的相应恶化，调整制造方法的工艺参数是一种功能强大的工具以使纤维横截面与圆形几何形状的偏差尽可能小。例如，可以在沉淀之前将莱赛尔纺丝溶液通过其挤出的喷射器的孔口或开口构造为圆形。
在一个实施方案中，将织物构造成使得在前10秒内的芯吸速度为至少0.25g水/g织物/秒。更特别地，在前10秒内的芯吸速度可以为至少0.35g水/g织物/秒，特别是至少0.4g水/g织物/秒。芯吸速度可以对应于介质从织物的外部浸入其内部所依据的速度。通过相应地调节根据本发明的示例性实施方案的制造纤维素纤维非织造织物的方法的工艺参数，可以获得非常快速地吸收介质(特别是水分)的织物。液体扩散速度也可以相应地高。这对于某些应用(例如擦拭巾、卫生用品或活性剂释放织物)是非常有利的。就织物的光学性质而言，高的芯吸速度可对应于将织物从不透光状态迅速转换成透光状态的可能性，反之亦然。由此，可以形成光学开关，其中，切换操作对应于向织物供应水分或从织物去除水分。
本文中描述的芯吸速度值涉及“芯吸速度测试”，其中被测样品(即相应的织物)在完全干燥状态下进行适应。完全干燥意味着在制造织物(包括干燥)后，织物在标准气候(其定义为23±2的温度，50％±5％的相对湿度)下适应24小时。除非另有说明，否则所有测量均在此标准气候下进行。在“芯吸速度测试”中，将被测样品放在测试台上。在其中心，测试台通过开口和通道与液体储存器连接。液体储存器充满全蒸馏水。测试台的高度精确地对应于液体储存器内的水的填充水平。因此，确保不存在流体静压力，并且被测样品的抽吸和芯吸仅由被测样品的抽吸力产生。在实际的“芯吸速度测试”期间，用注射器连续地将被测样品吸收的水的体积重新填充到液体储存器中。这意味着液体的液位始终保持恒定。将再填充水的体积转换成再填充水的质量(通过已知的蒸馏水质量密度)。显然，通过该方法，芯吸速度随时间降低，因为被测样品的抽吸力随着由被吸收的水引起的测试样品的“吸收负荷”的增加而降低。继续再填充步骤，直到达到再填充水的每20秒0.005g的阈值。记录和评估描绘作为时间函数的添加水的质量的测量曲线。在本文中，以g水/g织物/秒为单位的芯吸速度是该测量曲线的斜率，具有从实际测试开始的10秒的第一时隙。
在一个实施方案中，至少80质量％或甚至至少97质量％的纤维具有在1μm-40μm之间、特别是在3μm-15μm之间的平均纤维直径。通过所描述的方法并且当相应地调整工艺参数时，还可以形成尺寸非常小的纤维(也在3μm-5μm之间的范围内，或以下)。使用这种细纤维，可以形成具有光滑表面的织物，该织物总体上还是刚性的。已经证明，提到的相对较小的纤维直径可以进一步提高湿态下的光学透明度。
在一个实施方案中，织物被构造成洗剂递送系统。考虑到由于低重金属污染引起的制造的织物的生物相容性(例如参见低镍污染的抗过敏作用)，制造的织物非常适合化妆品应用，例如洗剂递送系统。洗剂可以存储或保留在织物的内部，并且可以以可预测和可重现的方式释放。输送洗剂对应于从织物内部去除水分，从而由于织物从湿润透明状态改变为干燥不透明状态，使用者可以容易地在视觉上识别洗剂递送的完成(例如向人体皮肤的递送)。
在一个实施方案中，以定制不同功能的方式控制非织造织物的纤维结构，特别是包括芯吸、各向异性行为、保油性、保水性、清洁能力、粗糙度和机械性能中的至少一个。这种功能化可以通过调节纤维及其组成的织物的物理性能，特别是通过调节融合系数、调节织物的多层结构、调节纤维粗细和调节对应于织物内部中空空间的数量和尺寸的纤维密度来获得。其次，在一个实施方案中，用多层织物进行这种功能化，使得位于多层中的纤维可以具有不同的功能。不同层的不同功能可以是不同纤维直径和/或不同纤维直径分布和/或不同纤维密度和/或融合特性的结果。例如，(特别是不同的)功能可以是芯吸特性(特别是当抽吸流体时的不同的流体分布特性)、各向异性行为(特别是在织物的不同方向上的不同的机械、化学和/或流体力学特性)、吸油能力(特别是一层中的吸油能力强，而另一层中的吸油能力弱)、吸水能力(特别是在一层中的吸水能力强，而在另一层中的吸水能力弱)、清洁能力(特别是通过一层中的织物从表面清除污垢的能力强，而另一层的清洁能力不明显)和/或粗糙度(例如一个较粗糙的表面层和一个较光滑的表面层)。
在一个实施方案中，纤维具有(特别是纤维织物具有)小于5ppm(特别是5质量ppm，即5mg/kg)的铜含量和/或具有小于2ppm(特别是2质量ppm，即2mg/kg)的镍含量。由于使用莱赛尔纺丝溶液作为形成连续纤维基织物的主要成分(特别是当涉及诸如N-甲基-吗啉、NMMO的溶剂时)，织物被上述特别有害的重金属铜(当超过一定剂量时，可能对人体特别是对儿童的健康有害)和/或镍(可能引起使用者过敏反应)的污染可能会保持极小。特别地，通过省略用于制备纺丝溶液的铜盐溶液，可以确保非常少量的铜污染。织物的低重金属污染也使织物中非纤维素散射中心的数量保持较少，从而有助于高光学透明性和湿润条件。因此，调整制造方法的工艺参数以使重金属的污染小，进一步提高了湿润时织物的透光能力。例如，这可以通过提供不含重金属化合物(例如常规方法中使用的铜盐溶液)的纤维制造方法的操作流体(例如莱赛尔纺丝溶液、凝固流体、洗涤液、气流)来实现。另外地或替代地，这可以通过防止莱赛尔纺丝溶液或所制造的织物与重金属源接触来实现。
在一个实施方案中，该装置包括至少一个具有孔口的另外的喷射器，该另外的喷射器被配置成用于在另外的气流的辅助下挤出进一步莱赛尔纺丝溶液，该另外的喷射器布置在喷射器的下游(沿纤维支撑单元的纤维输送方向)，其中所述排列被配置用于形成多层中的一层，并且另外的喷射器被配置用于在该层上形成多层中的另一层。在图9中示出了相应的实施方案。所描述的实施方案具有的优点是，多层织物的不同层的性能可以完全分别地和独立地进行调节。
在一个实施方案中，该方法还包括在纤维支撑单元上收集后进一步加工纤维和/或织物，但优选仍原位形成具有连续纤维的纤维素纤维非织造织物。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(例如由卷绕机卷绕)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。对织物的相应加压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，这种进一步的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。当推动刺针穿过纤维网时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，由此可以生产针刺织物。如果适当地移置足够的纤维，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、沥青覆盖物、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(impregnation based)、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(insulator to arms and backs)、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、毛巾和旗帜。
附图说明
下面将参考实施方案的实例更详细地描述本发明，但本发明不限于此：
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另一个示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物的示意图，该纤维素纤维非织造织物由具有不同平均纤维直径的纤维的相互连接的两个堆叠的融合的层组成。
图9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的一部分，该织物由两个堆叠的连续纤维素纤维网的层组成。
图10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的示意图，该纤维素纤维非织造织物由具有不同平均纤维直径的三个堆叠的层组成。
图11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示意图，该纤维素纤维非织造织物由三个堆叠的层组成，并且被构造成洗剂递送系统，其具有视觉上指示使用者活性剂释放进度的标记。
图12示出了根据本发明的示例性实施方案如何计算具有偏离圆形横截面的横截面的纤维的圆度，该圆度可以计算为纤维的横截面的内切圆与外切圆之间的比率。
图13为示出根据本发明的示例性实施方案的处于湿润态的纤维素纤维非织造织物的光学灰度值的图表。
附图的详细描述
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具有相同的参考标记。
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(其可以包括大量喷丝头或喷射器122)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。
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表面的平滑度、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(特别是在本专利申请的优先权日时有效的最新版本)。
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彼此连接成一体。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显示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102的示意性横截面视图，该纤维素纤维非织造织物102由具有不同纤维粗细d和D>d的相互连接的纤维108的两个堆叠的融合的层200、202组成(参见图8下方的两个细节图)。更具体地，位于不同层200、202中的不同纤维108的平均纤维直径(即，层200、202各自的纤维108的平均值)不同。层200、202各自的纤维108也在融合位置204处融合，比较图8的下方的两个细节图。还示出了层200、202之间的界面的进一步细节，其中融合点204是可见的，其在界面处整体地连接两个层200、202的纤维108，以增加织物102在界面处的稳定性(参见图8上方的细节图)。此外，位于不同层200、202中的不同纤维108在至少一个相应的融合位置204处连接成一体。
可以调节融合性能以获得所需的性能。例如，每体积织物102的融合点204数可以在层200、202中的各层内和/或层200、202之间单独调节。这可以通过调节凝固特性来完成(特别是在纤维支撑单元132的纤维容纳表面上游的莱赛尔纺丝溶液104的长丝凝固，在纤维支撑单元132的纤维容纳表面上铺设长丝之后莱赛尔纺丝溶液104的长丝的凝固等)。可以调整不同层200、202之间的融合，使得在相反方向上拉动层200、202导致织物102在不同层200、202之间的界面处分离。换句话说，可以将基于融合的不同层200、202之间的连接力调整为小于不同层200、202中的每一层内的基于融合的连接力。
位于不同的层200、202中并且形成有不同的平均直径和不同的融合特性的纤维108可以具有不同的功能。这些不同的功能可以由不同的平均直径支持，但是也可以通过相应的涂层等进一步促进。这些不同的功能可以为例如芯吸、各向异性行为方面的不同行为、不同的持油能力、不同的吸水和持水能力、不同的清洁能力、不同的机械性能和/或不同的粗糙度。
提及的功能化还可以涉及将所制造的纤维素纤维非织造织物102用作光学开关，该光学开关可以通过仅供应水、水溶液、油等或液体去除程序(例如通过加热使织物102中的液体蒸发来干燥织物102)而在干的光学不透明状态和湿润的光学透明状态之间转换。由于织物102可以以非常纯净的方式制造，即基本上由纤维素构成，且杂质污染程度低，因此在湿润状态下的光学透明性非常明显。通过提高液体吸收能力并通过调节高的芯吸速度，可以实现在织物102的在液体浸泡状态下的高光学透明性以及在织物102的不同透光率条件之间的快速切换。可以为此目的调节的工艺参数例如是调节纤维108的高度的圆度、通过一体地形成纤维素融合位置204来实现纤维间和纤维内的互连、抑制织物102的杂质(特别是重金属杂质)等。例如，还可以调节图8所示的生产织物102的制造过程的工艺参数，以使具有0.1t/m3的密度的织物中连续纤维108的每体积的纤维末端的量小于5,000个末端/cm3。由于织物102内部的游离纤维末端也可以用作光的散射中心，因此这种游离纤维末端的量的强烈减少(特别是与短纤维相比)进一步促进了织物102在湿润态下的光学透射率。例如，可以在制造织物102的过程中调整工艺参数，以使芯吸速度为至少0.025g/s。因此，诸如水的液体可以迅速进入织物102，并可以迅速地扩散在纤维102上，并且也可以从纤维102中快速去除(就干燥方法而言，这可以通过将织物102加热到高温来促进)。
图8的多层纤维素纤维非织造织物102可以使用装置100和下面参照图9描述的相应制造方法由莱赛尔纺丝溶液104直接制造。有利地，根据图8的织物102的纤维108的部分重金属污染对于每种单独的化学重金属元素，不超过10ppm(即，对于铁不超过10ppm、对于锌不超过10ppm、对于镉不超过10ppm等)。除此之外，织物102的总的或整体重金属含量(将所有重金属化学元素(即特别是Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Cd、Sn、W、Pb、Bi)一起求和)不超过30ppm。除此之外，纤维108具有小于5ppm的铜含量并且具有小于2ppm的镍含量。这是在制造过程中使用的工作流体(特别是莱赛尔纺丝溶液104、凝固流体106、洗涤液、气流146等)的结果，所述工作流体可以基本上不含重金属源，例如铜盐。由于制造过程的这种设计，纤维108可以是高质量。在制造过程中不存在任何可提及的重金属杂质防止了非常不希望的所涉及的介质(特别是莱赛尔纺丝溶液104)的分解，因此使得可以获得高度可再现的和高纯度的纤维素织物102。
作为上述制造方法和织物102的相应性能的结果，织物102在负载有液体时是光学透明的，但是可以通过干燥(即通过从织物内部去除液体)而转变成光学不透明状态。此过程是可逆的，可以重复多次。更具体地说，织物102在湿润时可以具有至少90(即90以上)，或甚至至少100的光学灰度值。在织物102的不透明干燥状态下，织物102的内部基本上没有诸如水的液体。在织物102的不透明干燥状态下，灰度值可以低于85，特别是低于80。换句话说，当完全干燥时，织物可以是光学不透明的(特别是光学灰度值低于85)。所提到的灰度值对应于从0至255的标度，并且按照透射几何学进行测量。在织物102的光学透明湿润状态下，诸如水的液体已经进入纤维108(这导致纤维溶胀)以及在织物100的内部中的纤维108之间的间隙中。特别地，当织物102被润湿至一定程度以使织物102内部的水分质量与干纤维108的质量之比大于3时，可使织物102光学透明。
图9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由连续纤维素纤维108的两个堆叠层200、202组成。如上所述，图9中所示的装置100与图1中所示的装置100之间的区别在于，图9的装置100包括两个串联排列的喷射器122和分别配置的凝固单元128。鉴于传送带型纤维支撑单元132的可移动纤维容纳表面，图9左侧的上游喷射器122产生层202。层200由下游喷射器122产生(参见图9的右侧)，并将其附接到先前形成的层202的上主表面上，从而获得织物102的两个层200、202。
根据图9，控制单元140(控制喷射器122和凝固单元128)被配置成用于调节工艺参数，使得不同层200、202的纤维108在纤维直径方面相差超过最小直径的50％(参见例如图8)。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9的实施方案通过沿着可移动纤维支撑单元132串联布置具有孔口126(可选地具有不同特性)的多个喷射器122来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直径、不同的气流146速度、不同的气流146量和/或不同的气流146压力。尽管未在图9中示出，但是在纤维支撑单元132上收集纤维108之后，可以通过水力缠结、针刺和/或浸渍进一步处理纤维108。
特别地，当与图1所示的装置100相比时，图9所示的装置100包括具有孔口126的另外的喷射器122，该另外的喷射器122被配置用于在另外的气流146的辅助下挤出进一步莱赛尔纺丝溶液104。从图9中可以看到，另外的喷射器122被布置在喷射器122的下游。喷射器122被配置用于形成层202中的一层，并且另外的喷射器122被配置用于在层202上形成层200中的另一层。图9中所示的几何结构允许自由且独立地调节纤维108和相应的层200、202的特性，就调节其光学特性而言也是如此。因此，可以提供一个或多个其他喷嘴杆(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可以布置成使得另一个纤维108的层200可以沉积在先前形成的层202的顶部上，优选地在层202和/或层200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：
根据图9的被配置成用于制造多层织物102的装置100执行了大量的可用于设计纤维108以及纤维层200、202的光学相关特性的工艺参数，这是多个喷射器122串联布置的结果，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9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可以具有不同的平均直径值，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，这尤其允许以一种运输方法将获得的多层织物102转移至目的地以进行进一步处理。
通过多层织物102的限定的层分离，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另一层200的纤维108放置在层202的顶部时，该层202的纤维108的凝固或固化已经完成，由此可以获得对于每个层200、202单独的相应的单独控制。对于具有非常低的重金属含量的织物102而言，由于生产线经调整没有了重金属源，所有这些都可以得到。
图10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102的示意图，该纤维素纤维非织造织物102由具有不同直径的纤维108的三个堆叠层202、200、200组成。根据图10，中间夹层200比其上和其下的两个外层200、202具有显著更小的纤维108的直径。
图10所示的多层织物102特别适用于诸如医疗器械、农业纺织品、化妆品应用等的应用。例如，活性物质或洗剂可以存储在显示出高的毛细作用的内层200中。可以根据刚性和表面触觉来设计外层200、202。这对于清洁和医疗应用是有利的。对于农业应用，可以根据蒸发特性和/或根部穿透性来具体配置纤维层设计。
在另一应用中，图10所示的多层织物102可以用作面膜、工业擦拭巾等，其中中心层200可以具有特别明显的流体保持能力。覆盖层200、202可以被构造成用于调节流体释放特性。各个层200、200、202的纤维108的平均直径可以用作用于调节这些功能的设计参数。特别地，图10中所示的多层织物102可以被配置为洗剂递送系统。
如上所述，本发明的示例性实施方案提供了一种纤维素纤维非织造织物102，其具有非常低的重金属元素污染。一方面，这是通过上述的设置本身基本上不含重金属元素的莱赛尔纺丝溶液104和随生产线使用的其他介质而实现的。同时，设备100的硬件配置也可以被配置成使得沿着生产线基本上不发生对加工的莱赛尔纺丝溶液104和所制造的纤维108的重金属杂质再污染。因此，可以获得生物相容的可生物降解的纤维素纤维非织造织物102。
特别地，通过基于莱赛尔纺丝溶液104的融合点204的形成(而不是通过由一种或多种其他材料制成的单独的粘结剂或粘合剂)实现的织物102的纤维108的整体互连也显著地有助于制造的织物102的纯度。因此，由于参照图1和图9描述的工艺流程，不需要形成高干扰的包含重金属的单独的粘结剂或粘合剂材料的连接点。织物102的纤维108之间的融合位置204的形成可以通过在凝固之前(即在固体纤维108沉析之前)仅使莱赛尔纺丝溶液104的长丝彼此直接物理接触来实现。这允许获得纯纤维素织物102，而无需额外的胶料，并且具有精确可调(特别是牢固)的纤维间连接，具有适中的堆积密度，并具有非常低的残留量的重金属元素和化合物。由此，可以获得织物102，其有利地具有低的环境影响并且对使用者的健康无害。
通过基于莱赛尔纺丝溶液104的所述纤维素丝的生产，可以确保在制造的织物102中没有积累与生产有关的重金属杂质。这对于这种织物102的后处理以及当相应的制造的产品与人类或自然生物体接触时特别有利。通过相应的工艺控制来制造具有低重金属含量(特别是低铜含量)的纤维素纤维非织造织物102的时机允许防止基于铜的抑制或甚至对微生物的毒性作用。此外，铜的毒性可能会因其他重金属(例如Hg、Sn、Cd)而增强。因此，用上述制造方法制造的织物102不仅铜含量低，而且总的或整体金属含量也低，这是有利的。
此外，在使用后可生物降解的纤维素纤维非织造织物102分解的情况下，其不可生物降解的重金属含量将不会分解，因此会积累。因此，根据本发明的示例性实施方案的织物102在重金属含量方面较少，特别适合在使用后进行生物降解而没有值得一提的生态足迹。
图11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102的示意图，该纤维素纤维非织造织物102由三个堆叠的层200、201、202组成，并且被构造成洗剂递送系统。例如，图11的织物102可以构造成用于递送化妆品或医用洗剂。
图11的横截面图中所示的产品是在织物102的基础上制造的，并且正好由三个互连的层200、201、202组成。中间层201夹在并嵌入两个相对的液体可渗透(由于网状结构纤维108之间限定的孔)覆盖层200、202之间。活性剂272(例如药物活性剂或美容活性剂)被容纳并保留在中间层201中。活性剂272被容纳在层201的多根纤维108之间的纤维网络的空腔274(仅示出一个)中，并且可以在毛细管力的影响下被保持或保留在微小的空腔274中。空腔274与孔260流体连通，孔260也在纤维108之间界定并且用作织物102内的流体通道或导管。例如，在机械冲击(例如，通过由使用者在织物102上施加手动压力来挤压图11所示的织物102)的触发下，活性剂272被从中间层201中的空腔274中释放出来。由此，活性剂272可以通过覆盖层200、202中的各层从中央的中间层201释放到环境中。例如，如果示出的产品是面罩，则这种环境例如可以是可以将织物102附接到其上的使用者(未示出)的面部皮肤。
有利地，根据图11的织物102可以设置有永久不透明的标记250。在所示的实施方案中，标记250可以被印在层201或层202的界面上。可替代地，标记250也可以是印在织物102的外表面上，优选在附着于活性剂272的目的地(例如，使用者的面部)的织物102的表面上。当织物102是光学透明的时，标记250从织物102的外部是光学可见的，如图11所示，示出了光源210发射的光212被织物102部分地反射从而被用户的眼睛214看见。当活性剂272从中间层201向使用者的面部皮肤释放时，织物102的水分不断减少，从而织物102从湿润的光学透明状态变成干燥的光学不透明状态。当织物102的水分含量低于预定阈值时会发生后者，因为由于活性剂272的持续释放，织物102已经变干。当织物102变成不透明状态时，标记250对于用户而言不再是可见的，因为光212不再能够传播到标记250。当标记250向用户提供相应的指令时(例如“活性剂的释放尚未完成-不要移除织物”)，标记250的可见性的丧失向用户指示现在可以从面部皮肤上去除织物102。
现在参考图12。优选地，至少80％的纤维108具有圆度大于90％的横截面形状。因此，为了在纤维织物102的湿润状态下具有高的光学透射率，优选纤维108尽可能地是圆形的，即理想地呈圆柱形。这对应于纤维108的圆形横截面。据信，与圆形横截面形状的偏差作为光学不规则性，促进可见电磁辐射的不希望的散射，因此使织物102在湿润状态下的透光率变差。因此，有利的是，调节制造织物102的制造方法的工艺参数，使得纤维的横截面与圆形横截面的偏差尽可能小。例如，这可以通过真正的圆形孔口126、围绕莱赛尔纺丝溶液104的长丝的调整气流146、调整的凝固条件、莱赛尔纺丝溶液104的均匀粘度等来促进。
图12示出了根据本发明的示例性实施方案如何计算具有偏离圆形横截面的横截面的纤维108的圆度值，该圆度值可以计算为纤维的横截面的内切圆208与外切圆282之间的比率。
最小外切圆282被定义为包围图12所示纤维108的横截面的整个非圆形轮廓的最小圆。最大内切圆280被定义为可以在如图12所示的纤维108的横截面的非圆形轮廓内内切的最大圆。在本申请的上下文中，圆度可以定义为内切圆280的半径r除以外切表面282的半径R之间的比率。圆度可以由所得百分比值表示。因此，在本示例中，R≈2r，并且纤维108的圆度约为0.5或50％。为了比较，圆柱形纤维108满足条件R＝r并且具有1或100％的圆度。
图13为示出根据本发明的示例性实施方案的处于湿润态的纤维素纤维非织造织物102的光学灰度值的图表290。图表290具有横坐标292，沿着横坐标绘制从0至255的灰度值。此外，图表290具有指示每个灰度值的像素数目的纵坐标294。
通过分析具有38g/m2的克重的织物102材料(已经针对其湿润透明性进行了研究)，已经通过实验获得了图290中示出的并且指示所研究的织物102的光学透明性的特性。
测试方法如下。将湿润的样品(加水10倍，平衡时间10分钟)放在光学透明的塑料箔上，并在指定的光源上，使光穿过样品。通过软件分析，测量每个像素的灰度值。
所接收的最大像素数目处的灰度值是织物的透明度或不透明度的值。灰度值越高，透明度越高。
使用的工具和条件如下：
-相机：Olympus Color View 2 BW 1040x772＝(802880像素)
-光源：Volpi Intralux 6000-1
-镜头：Pentax 12mm
-冷光板：Fostec
-软件：Olympus Analysis auto
-快门速度：20ms
-光圈：4
-图片宽度：90.5mm
根据本发明的示例性实施方案，提供了光学透明的多层纤维素纤维非织造织物102。在织物102的湿润状态下，光学透射率或半透明性高。通过制造具有在不同层200、202之间的纯基于纤维素的整体结合的、高纯度的连续纤维108的纤维素织物102，可以获得高的湿润透射率或半透明性。为了制造这种织物102，可以使用喷嘴杆来产生莱赛尔纺丝溶液104的长丝，然后将长丝拉伸并铺展在纤维支撑单元132上。可以在拉伸过程(使得长丝在纤维108的凝固或沉析之前进行物理接触)和/或在纤维支撑单元132上的铺展过程中通过气体湍流来促进纤维-纤维粘附的融合位置204的形成。通过提供额外的喷嘴杆或喷射器122(比较图9)，优选在互连的层200、202中的至少一层的纤维108已经完成凝固和沉析之前，纤维108的进一步的层200可以铺展在先前形成的纤维108的层202上。因此，形成了纤维素的整体融合位置204或融合点，从而使纤维108在每一层200、202内以及在不同的层200、202之间相互连接。同时，该过程可以允许在不同的层200、202之间保持适当的分离。如此制造的织物102在织物102的湿润或水分填充状态下显示出显著的光学透明性。这样的制造过程的工艺参数的适当调整允许防止杂质引入到织物102中并且可以防止纤维108的光学上不优选的横截面形状(即促进纤维108的圆形横截面形状而不是扁平的或不规则横截面)。
参照图1和图9描述的制造过程允许获得基本上不含重金属成分和其他杂质的织物102的事实促进了湿织物102的适当的光透射特性。这也促进了纤维108的均匀的内在构造，其对湿润条件下的光学透明性具有附加的积极影响。此外，相应的产品是可生物降解的和生物相容的，特别适合与人类和其他自然生物体接触。
令人惊讶地，尽管具有多层构造，但是根据示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102在湿润状态下是光学透明的。特别地，这种织物102的不同层200、202之间的界面平面通常是不期望的光散射和光漫射的源。尽管织物102具有视觉上可区分且可单独配置的层200、202，层200、202的整体融合而不是使用单独的粘合胶或类似物将它们相互连接提供了基本上均匀且均质的织物102。因此，优选在完成凝固之前，可以通过控制长丝或纤维108和/或各个层200、202在彼此顶部上的铺展时间来控制融合。通过适当的时间参数，可以在可区分的层200、202之间以及每一层200、202内获得相似的长丝融合。
通过使用连续纤维108，可以确保在织物102内仅存在少量的游离纤维末端(短纤维中大量出现)。这增加了光学均匀性并提供了在湿润状态下更大的光学透明性。
重金属添加剂即使在非常少量时也具有降低光学透明度的能力。例如，包含钴的重金属化合物在显著低于100ppm的浓度可能已经导致蓝色。通过制造基本上没有重金属污染的纤维108，可以进一步提高湿状态下的光学透明性。
根据本发明的示例性实施方案的多层多功能织物102可以由不同层200、202的单独的功能化产生。由连续纤维素纤维108制成的织物102提供了特别高数目的材料性能和几何性能，这些材料性能和几何性能可用于调节织物102以获得某种功能。
在示例性实施方案中，可以提供快速反应的液体显示系统(例如，用于化妆品应用等)，其允许在视觉上清楚地和毫无疑义地区分“湿”和“干”。同时，可以非常快速地获得这种反应。例如，这对于诸如飞溅面罩(splash mask)(即具有短应用时间的面罩)的应用具有很高的优势。通过使用纤维素纤维108，纤维素材料的亲水特性可以加速与毛细力有关的作用，特别是快速的湿润特性和明显的芯吸速度。这导致织物102中迅速容纳湿气，继而导致透明状态的快速形成。此外，当使各个纤维素纤维非织造织物102与水分相互作用时，连续纤维素纤维108的使用使得能够获得对可见光范围内的光的改善的透明度。与短纤维相比，连续纤维108不会显著地遭受干扰性的纤维转变和游离纤维末端的困扰。
考虑到与水的约1.33的折射率相比，(基本上无色的)纤维素的折射率为约1.47-1.49(取决于频率)，则湿织物102中的纤维素材料和水之间的转变数应该保持尽可能小以获得高的光透射率。每次转变可能导致不希望的光扩散或折射，从而降低了透射光强度。已经证明，与纤维108的扁平的或不规则横截面相比，形成具有正好或至少近似圆形的横截面形状的纤维108导致较低的光能损失。
在又一个示例性实施方案中(可以有利地用于农业应用)，连续纤维素纤维108可以用于实现水分沿着纤维108的快速输送。在由多个这种连续纤维108组成的织物102的框架中，这会导致液体沿二维区域的快速扩散。另外，当织物102湿润时，连续纤维素纤维108的使用使得能够获得对可见范围内的光的改进的透明度。鉴于在水分存在下对透明度的这种快速而有效的响应，有可能创建自控的生物系统。根据本发明的示例性实施方案，可以使用织物102自动检查诸如不希望的干燥之类的农业问题。由于当从织物102释放过量的水分时，织物102从光学透明状态变成不透明状态，因此可以通过检查织物102来光学检测对额外水的需求，并且如果检测到光透射率的变化，则可以将新的水分输送到织物102。
在又一个示例性实施方案中，织物102也可以用于以下描述的农业应用：阳光激活水果中的颜料，从而改变颜色。特别地，阳光诱导的鞣剂和水果酸的酶促分解可通过调节覆盖水果或植物的织物102的透射率来影响。因此，可以将湿气提供给这种织物102，以打开水果或植物的光照。通过适当地定位这种织物102，还可以控制阳光反射特性。在“湿润”的情况下，织物102的光学透射率可将阳光引导到地面中。在“干燥”的情况下，织物102的不透明性质可以反射阳光，从而影响成熟过程。以水果为例，可以以这样的方式通过光控制成熟：在高照射功率下，可以分解流体中相对于光和氧气不稳定的化合物以支持成熟过程。可以通过该措施影响的其他功能机制与光氧化有关。
根据本发明的示例性实施方案的纤维素纤维非织造织物102也可以用于以下化妆品应用中，所述化妆品应用例如涉及面罩，更具体地涉及飞溅面罩。对于这样的应用，需要一种快速反应的液体显示系统，该系统在视觉上清楚地和毫无疑义地区分干和湿。特别地，当使用直径范围在5μm-20μm之间的连续纤维素纤维108时，可以制造这样的薄片状纤维素纤维非织造织物102：该织物对液体具有高的保持能力并且提供了活性剂274的高的传送速率。通过这种薄的几何形状以及高的液体存储能力，可以光学观察面罩的“湿”和“干”的不同操作状态。特别地，在织物102的箔的背面上，诸如“请稍等，活性剂被释放”的文本可以被印刷作为标记250，当织物102已经干燥时，该标记不再可读(因为织物102然后转变为不透明)。
总之，尤其可以根据本发明的示例性实施方案进行以下调整中的一个或多个：
-低的均匀的纤维直径可以允许获得织物102的高平滑度
-具有低的纤维直径的多层织物102可以允许以低织物密度获得高的织物厚度
-功能化层的相同吸收曲线可以允许获得均匀的湿度和流体容纳行为，以及在流体释放方面的相同行为
-所描述的织物102的层200、202的连接允许设计在层分离时起毛少的产品
-还可以使单层200、202不同地功能化，从而获得具有各向异性特性的产品(例如用于芯吸、油容纳、水容纳、清洁性、粗糙度)。
最后，应该注意的是，上述实施方案说明而不是限制本发明，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围内，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围内，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的要素或步骤的存在。要素的单数引用不排除这些要素的复数引用，反之亦然。在列举了若干设备的装置权利要求中，这些设备中的若干个可以由同一个软件或硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的事实并不表示不能使用这些措施的组合以获益。。
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(由融合系数明确说明)调节所得纤维素纤维非织造织物的柔软度和韧性。
Claims (32)
1.一种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)，其中所述织物(102)包括基本上连续的纤维(108)的网络，其中不同的纤维(108)至少部分地位于不同的可区分的互连的层(200、202)中，并且其中所述织物(102)在湿润时是光学透明的，
其中不同层(200、202)的纤维(108)在所述层(200、202)之间的至少一个融合位置(204)处融合成一体，并且
其中调整融合，使得所述不同层(200、202)之间的基于融合的连接力小于所述不同层(200、202)中的各层内的基于融合的连接力，
其中层间融合和/或层内融合通过纤维素连接成一体而不是通过添加额外的粘合剂或胶料来实现，这种融合方式没有在织物上添加额外的散射中心，所述散射中心会降低织物在湿润状态下的光学透明度。
2.根据权利要求1所述的织物(102)，其中，所述织物(102)在完全干燥时是光学不透明的。
3.根据权利要求2所述的织物(102)，其中所述织物(102)在完全干燥时具有低于85的光学灰度值。
4.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中，所述织物(102)在湿润时具有至少90的光学灰度值。
5.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中，所述织物(102)在湿润时具有至少100的光学灰度值。
6.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中，当所述织物(102)被湿润至下述程度时，所述织物(102)是光学透明的：所述织物(102)内部的水分的质量与所述纤维(108)的质量之间的比率为至少3。
7.根据权利要求6所述的织物(102)，其中，当所述织物(102)被湿润至下述程度时，所述织物(102)是光学透明的：所述织物(102)内部的水分的质量与所述纤维(108)的质量之间的比率为至少5。
8.根据权利要求6所述的织物(102)，其中，当所述织物(102)被湿润至下述程度时，所述织物(102)是光学透明的：所述织物(102)内部的水分的质量与所述纤维(108)的质量之间的比率为至少7。
9.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中各层(200、202)的纤维(108)在所述层(200、202)内的至少一个融合位置(204)处融合成一体。
10.根据权利要求9所述的织物(102)，其中调整不同层(200、202)之间的融合，以使得沿相反方向拉动层(200、202)导致织物(102)在不同层(200、202)之间的界面处分离。
11.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其包括永久不透明的标记(250)，当所述织物(102)的水分含量高于预定阈值时，透过所述织物(102)的至少一部分所述标记是光学可见的，并且当所述织物(102)的水分含量低于预定阈值时，透过至少一部分织物(102)所述标记是光学不可见的。
12.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其包括永久不透明的标记(250)，当所述织物(102)的水分含量高于预定阈值时，透过所述织物(102)的至少一部分所述标记是光学可见的，并且当所述织物(102)干燥时，透过至少一部分织物(102)所述标记是光学不可见的。
13.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其包括以下特征中的至少一个：
包括至少三个互连的层(200、201、202)，该至少三个互连的层(200、201、202)至少由两个相对的覆盖层(200、202)以及嵌入覆盖层(200、202)之间的中间层(201)组成，其中活性剂(272)容纳在所述中间层(201)中，并且可通过所述覆盖层(200、202)中的至少一层释放到环境中；
其中可区分的互连的层(200、202)之间的粘附力小于各层(200、202)内的粘附力；
其中，各层(200、202)的纤维(108)的平均直径(D、d)不同于相应另一层(200、202)的纤维(108)的平均直径(D、d)；
其中，所述层(200、202)之间的互连是在没有单独的粘合剂或胶料的情况下完成的；
其中在层(200、202)中的各层内的纤维(108)之间的互连是在没有单独的粘合剂或胶料的情况下完成的；
其中所述纤维(108)的每体积的纤维末端量小于5,000个末端/cm3；
其中至少50%的所述纤维(108)具有圆度大于60%的横截面形状；
其中，所述织物(102)被构造成使得芯吸速度为至少0.25 g水/g织物/秒；
其中至少80质量%的纤维(108)的平均纤维直径(D、d)在1 μm-40 μm之间；
其中所述织物(102)被构造成洗剂递送系统；
其中所述纤维(108)网络被定制为在以下中的至少一个方面控制至少一种功能或性能：芯吸、各向异性行为、保油性、保水性、清洁能力和粗糙度。
14.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其包括以下特征中的至少一个：
其中所述纤维(108)的每体积的纤维末端量小于10,000个末端/cm3；
其中至少80%的所述纤维(108)具有圆度大于60%的横截面形状；
其中至少80质量%的纤维(108)的平均纤维直径(D、d)在3 μm-15 μm之间的范围内。
15.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中至少50%的所述纤维(108)具有圆度大于80%的横截面形状。
16.根据权利要求15所述的织物(102)，其中至少80%的所述纤维(108)具有圆度大于80%的横截面形状。
17.根据权利要求1或2所述的织物(102)，其中，所述纤维(108)具有小于5 ppm的铜含量和/或小于2 ppm的镍含量。
18.一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)的方法，其中所述方法包括：
在气流(146)的辅助下通过至少一个具有孔口(126)的喷射器(122)将所述莱赛尔纺丝溶液(104)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)；
调整工艺参数，使得不同的纤维(108)至少部分地位于不同的可区分的互连的层(200、202)中，并使得所述织物(102)在湿润时是光学透明的，
使不同层(200、202)的纤维(108)在所述层(200、202)之间的至少一个融合位置(204)处融合成一体，并且
其中调整融合，使得所述不同层(200、202)之间的基于融合的连接力小于所述不同层(200、202)中的各层内的基于融合的连接力，
其中层间融合和/或层内融合通过纤维素连接成一体而不是通过添加额外的粘合剂或胶料来实现，这种融合方式没有在织物上添加额外的散射中心，所述散射中心会降低织物在湿润状态下的光学透明度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法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)。
20.根据权利要求19所述的方法，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所述原位处理。
21.一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)的装置(100)，其中所述装置(100)包括：
至少一个具有孔口(126)的喷射器(122)，其被配置用于在气流(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)，其被配置用于收集纤维(108)，从而形成所述织物(102)；
控制单元(140)，其被配置用于调整工艺参数，使得不同的纤维(108)至少部分地位于不同的可区分的互连的层(200、202)中，并且使得所述织物(102)在湿润时是光学透明的，
其中不同层(200、202)的纤维(108)在所述层(200、202)之间的至少一个融合位置(204)处融合成一体，并且
其中调整融合，使得所述不同层(200、202)之间的基于融合的连接力小于所述不同层(200、202)中的各层内的基于融合的连接力，
其中层间融合和/或层内融合通过纤维素连接成一体而不是通过添加额外的粘合剂或胶料来实现，这种融合方式没有在织物上添加额外的散射中心，所述散射中心会降低织物在湿润状态下的光学透明度。
22.根据权利要求21所述的装置(100)，其包括具有孔口(126)的另外的喷射器(122)，所述另外的喷射器(122)被配置用于在另外的气流(146)的辅助下进一步挤出 莱赛尔纺丝溶液(104)，所述另外的喷射器(122)布置在所述喷射器(122)的下游，并且其中所述喷射器(122)被配置用于形成层(202)中的一层，而所述另外的喷射器(122)被配置用于形成在层(202)顶部的多层中另一层(200)。
23.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于工业用产品。
24.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于与美容、休闲、运动或旅行相关的产品。
25.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于与学校或办公室相关的产品。
26.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于医疗应用产品。
27.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于建筑技术用产品。
28.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于农用织物。
29.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于土工织物。
30.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于卫生产品。
31.根据权利要求1-17中任一项所述的纤维素纤维非织造织物(102)的应用，将所述纤维素纤维非织造织物(102)用于以下中的至少一种：擦拭巾，干燥器片材，过滤器，服装，汽车产品以及家具。
32.一种产品或复合材料，其包括根据权利要求1-17中任一项所述的织物(102)。
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