CN1137584A - 湿强度高的射流喷网法非织造材料制法及该非织造材料 - Google Patents

湿强度高的射流喷网法非织造材料制法及该非织造材料 Download PDF

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Abstract

一种水缠结法非织造材料，该材料在水缠结之后，还经过等离子体处理或电晕放电处理以提高材料湿强度。可以认为，这种处理以提高纤维与纤维间摩擦力的方式改善了纤维的表面。

Description

湿强度高的射流喷网法非织造材料制法 及该非织造材料
本发明涉及具有提高的湿强度的水缠结法非织造材料的制造方法。
水缠结法或射流喷网法是二十世纪七十年代开始采用的方法，举例来说见加拿大专利841,938号。该方法包括：形成一干法成网或湿法成网的纤维网，此后在高压下通过非常细的喷水嘴装置使纤维缠结。大多数喷水嘴行直接对着放在可移动金属丝网上的纤维网。此后干燥缠结的网。用于非织造材料的那些纤维可以是合成的或再生的短纤维，例如聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造纤维及类似物，浆粕纤维或浆粕纤维与短纤维的混合物。能以高质量，合理的费用来生产出射流喷网法非织造材料，该种材料具有高的吸收能力。这些材料尤其可用作家用或工业用的擦拭材料，健康保护的易处理材料等等。
基于浆粕纤维与相对短的(＜25mm)合成或植物纤维混合物的射流喷网法非织造材料在干燥的情况下通常具有良好的强度性能。这类非织造材料的结合体系，在干燥的情况下为非织造材料中所有纤维之间的摩擦结合以及非织造材料中浆粕纤维之间的氢键结合。在水或其它极性溶剂中，浆粕纤维之间的氢键或多或少地消失，非织造材料的强度在湿的情况下就变得非常依赖于纤维之间的摩擦力了。
通过加入各种粘合剂可以降低这种对极性溶剂的敏感性，举例来说，这些粘合剂如基于醋酸乙基乙烯酯、丙烯酸酯或苯乙烯丁二烯的一般类型的胶乳。湿强度树脂，例如聚酰胺表氯醇类湿强度树脂也能提高射流喷网法非织造材料的强度性能。
利用各种粘合剂增强射流喷网法非织造材料会导致一些严重或不太严重的问题，这取决于非织造材料的使用场所及使用方法。某些化学粘合剂具有不良的耐常见溶剂性能，这对于用作揩布与溶剂一起进行清洁的非织造材料是一个显著的缺点。粘合剂增强常会引起材料硬挺，对某些需用柔软和可悬垂的非织造材料的场合，这也会成为一个显著的缺点。此外，从环境的观点看，粘合剂的加入通常是一种不太希望的化学处理。
另一提高射流喷网法非织造材料湿强度的方法是通过热粘合，该法可用于材料中含有热塑性纤维的地方。这种情况下，材料中的热塑性纤维在通过提高温度和压力下的水缠结之后熔融。这种方法的缺点在于材料变得硬挺，而且熔融的热塑性纤维会局部性地形成硬区域，这会在如磨光这样的过程中划伤娇嫩的表面。热粘合的另一个缺点在于使用混合材料(例如纤维素/聚丙烯)会使纤维的再利用变得更加困难。
也可以想到，在一开始与纤维制品连接时就提高合成纤维的摩擦力。但这引起了湿成形或泡沫成形过程中的问题，为了在成形过程中尽可能地保持均匀分散，就希望纤维与纤维之间的摩擦力尽可能最低。而且，如果希望在后续水缠结过程中获得良好的缠结效果，也要求有相对较低的纤维与纤维之间的摩擦力。
近几年来，一些通过化学-物理方式作用于不同材料表面的新方法得到了发展。这些方法中提到了电子辐射法、紫外线法和等离子体法。这些方法的优点在于：在气相中进行处理，因此材料是被柔和地处理，而且无需后续干燥或后处理。
等离子体是包含有离子、电子、自由基、紫外线区内的光子、分子和原子的气体的概括性术语。等离子体为电中性、通常由放电过程产生，该过程中能源呈无线电或微波形态。
等离子体处理方法可说是电晕放电处理法的进一步发展，二者基本不同点在于：电晕放电处理在大气压力下进行，同时，在减压下在冷等离子体中进行辉光放电。等离子体处理可在不同气体的存在下完成，并据此能获得所希望的结果。
现今等离子体处理法是用于如，给塑性组分提供可涂覆的表面。也可用于对纤维表面进行化学改性，目的在于提高纤维的吸湿性，以及提高纤维与填料之间的粘附性。US-A-5,108,780中公开了对嵌入热塑性基质中的增强纤维的等离子体处理。可以认为等离子体处理的作用是在纤维或材料表面上形成了自由基。当被处理的材料从等离子体反应器中移出，这些自由基相互间就会反应，或与等离子体相中的组分反应，或与大气中的分子如氧气反应。
电晕放电处理法早就用于在形态学和化学性质上改善聚合物膜的表面，尤其是为了提高印花油墨的粘附力或给膜穿孔。电晕放电处理设备公开于如US-A-4,283,291中。再如，US-A-4,535,020和EP-A-0,483,859中公开了用电晕放电法处理吸收性产品如尿布和卫生餐巾的表面材料的方法，同时，材料也用表面活性剂处理以提高液体渗透性。由于电晕放电处理，材料获得了改善的永久的可湿性。EP-A-484,930中公开了熔喷法非织造材料作揩布的例子，经电晕放电处理，在重复使用中，使材料具有改善的永久吸收性能。
本发明的目的在于提供一种射流喷网法非织造材料，通过对材料进行不添加粘合剂或热粘合剂的后处理，使该材料显示出提高的强度性能，尤其是湿条件下的强度性能。按照本发明，使材料在水缠结之后经过等离子体处理或电晕放电处理就能达到上述目的。可以认为，等离子体处理或电晕放电处理是以增加纤维与纤维之间摩擦力的方式来改善纤维表面的，这点可以用来解释经处理后材料的改善的强度性能。
等离子体处理法已被证明是一种非常有效的用于改进上述类非织造材料中需改变的参数的方法，即改进湿条件下纤维与纤维间的摩擦力。在大气压力下，用电晕放电法进行表面改进也被证明使上述射流喷网法非织造材料的湿强度得到显著提高。
组成材料的纤维可以是合成的或再生的短纤维，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造纤维或类似物，植物纤维，浆粕纤维或其混合物。浆粕纤维可以是化学浆粕纤维、机制浆粕纤维、热机制浆粕纤维、化学-机制浆粕纤维或化学-热机制浆粕纤维(CTMP)。加入机制浆粕纤维、热机制浆粕纤维、化学-机制浆粕纤维或化学-热机制浆粕纤维给材料提供了较高的体积密度以及改善的吸收性和柔软性，这些内容我们已在瑞典申请9500585-6中提到。但是强度性能变劣了，因此用于某些用途时就有必要通过后处理来提高材料强度。这样，等离子体处理法或电晕放电处理法就成为可选的方法。
可使用的植物纤维的例子为叶纤维，如马尼拉麻纤维、菠萝纤维和新西兰麻纤维泰纳克斯(Phormium tenax)，韧皮纤维如亚麻、大麻和苧麻纤维，以及种籽纤维如棉纤维、木棉纤维和马利筋属纤维。在向湿成形或泡沫成形的材料中加入这种亲水性植物长纤维的过程中，加入分散剂也许是必要的，这种分散剂如一种75％双氢化牛脂烷基)二甲基氯化铵与25％丙二醇的混合物。这些内容已非常详细地描述于瑞典申请9403618-3中。
材料中也可以包含某些来自纺织废料、非织造物废料及其类似物中的回收纤维成份。这点已在瑞典申请9402804-0中提到。由于这些材料的强度比基于新纤维原料的材料的强度低，等离子体处理法或电晕放电法就能成为提高这些材料强度性能的适用方法。
制造干成形射流喷网法非织造材料过程中，干纤维在金属丝网上气流成网，此后使纤维网经水缠结处理。在湿成形或泡沫成形材料的制造过程中，纤维分散在液体中，或分散在含有发泡表面活性剂和水的发泡的液体中。瑞典申请9402470-0中描述了一个适用的这种发泡方法的例子。将纤维分散体在一金属丝网上排干水分，并伴随着能量输入进行水缠结，能量输入在200-800千瓦小时/吨是合适的。用一般的方法和机械制造厂提供的设备就可完成水缠结。干成形和湿成形射流喷网法非织造材料的生产如见CA 841,938。
湿成形或泡沫成形纤维网的水缠结可以序列性地进行，即纤维网在金属丝网上排干水分后立刻进行，或在成形后已干燥并卷起的湿成形薄片上进行。通过水缠结作用，这种薄片多数都可以被叠合在一起。也可能按以下方式将干法成形与湿法成形或泡沫成形相结合，如，将合成纤维的气流法纤维网与湿法成形或泡沫成形的浆粕纤维纸片共同缠结，见如CA 841,938和EP-B-0,108,621。水缠结之后，将材料辗压并干燥，然后卷起。此后，将如此制成的材料以公知的方法转化成适当的规格并包装。
本发明对湿成形和泡沫成形的射流喷网法非织造材料有特别重大的意义，这些材料中，由于过长的纤维很难分散于液体或泡沫中，因而对纤维长度的选择很受限制。在含有短纤维的材料中，在足够湿强度方面通常存在较大问题。
对材料的等离子体处理或电晕放电处理适于在材料卷起之前在干材料上进行。″干材料″是指：以全部材料总重量计，含水量最大值为10％的材料。能用于减压状态下的等离子体处理过程中的气体的例子为：氧气、氮气、氩气、氦气、氨气、四氟化碳气、二氧化碳以及有机不饱和气体。优选的是氧气或氮气。待处理材料通过商业可购的等离子处理设备进料，这类设备可从如Centexbel购得。处理最好连续进行，即材料连续进料通过真空室，该真空室中包含电极、所用气体的喷射及排气装置，材料进料装置和一个高频发生器。
电晕放电处理可用商业可购设备如Ahlbrandt SystemASOH12进行。
实施例
通过湿成形法或泡沫成形法，接着通过水缠结，制成几种具有不同纤维成分的不同材料。此后，使材料在减压状态下(0.7毫巴)，在氧气或氮气的存在下经过等离子体处理。另一个办法是，使材料在大气压力下经过电晕放电处理。
将处理过的材料与未经等离子体处理或电晕放电处理的参照材料进行对比。材料的纤维是化学浆粕纤维与合成纤维的混合物。化学浆粕纤维是漂白的化学软木浆。所用的合成纤维为1.5分特×12.7毫米的聚酯，分别为1.7分特×12毫米和1.7分特×18毫米的聚丙烯。伴随着约600千瓦小时/吨的能量输入进行水缠结。在水缠结后并在等离子体处理或电晕放电处理之前，将材料轻度辗压，并在130℃下通风干燥。材料的性能列于下表1和2中。
                            表1
在减压状态下等离子体处理对具有不同纤维成分的水缠结法非织造材料的一些材料性能的作用。在实验室装置上，在不同气体存在下，以不同能量及不同处理时间进行分批处理。
  A-参照     A1     A2  B-参照     B1     B2    C-参照     C1     C2   C3
 成形方法              湿成形              湿成形                      泡沫成形
 1)％化学浆粘纤维2)％聚酯1.5分特*12.7毫米3)％聚丙烯1.7分特*12毫米4)％聚丙烯1.7分特*10毫米              6040--              60-40-                      60--40
 *缠结能量，千瓦小时/吨压制通风干燥℃              ≈600轻度130              ≈600轻度130                      ≈600轻度110
 等离子体处理气体等离子体处理炉压力功率处理时间  ----  N20.7毫巴300瓦3分  O20.7毫巴300瓦3分   ----  N20.7毫巴300瓦3分  O20.7毫巴300瓦3分   ----   O20.7毫巴100瓦10秒   O20.7毫巴200瓦2分   O20.7毫巴300瓦3分
 5)单位重量，克/米26)厚度，微米7)体积密度，厘米3/克8)抗拉强度，横向，牛顿/米9)湿抗拉强度，横向，牛顿/米10)相对湿强度(湿/干*100 )，％  89.94064.595728430  85.04024.79781025105  84.24054.81235108788   79.44695.947016936  84.34945.966751377  89.75125.771163589   88.64485.181/24530   87.2434594771676   88.34505.191675983   94.04514.895267971
*)按纤维加入量计算的缠结能量1)商业可购的漂白化学软木浆2)用于湿法成网非织造物的商业可购聚酯纤维3)用于湿法成网非织造物的商业可购聚丙烯纤维4)用于湿法成网非织造物的商业可购聚丙烯纤维5)SCAN-P 6∶756)SCAN-P 47∶837)厚度/单位重量8)SCAN-P 38∶809)SCAN 58∶8610)湿/干*100％
                        表2
在大气压力下电晕放电处理对泡沫成形水缠结法非织造材料的一些材料性能的作用在大气压力下在实验性装置中对连续网进行双面电晕放电处理
未经处理 电晕放电处理
成形方法          泡沫成形
％化学浆粕纤维％聚丙烯1.7分特*18毫米           6040
*缠结能量，千瓦小时/吨压制通风干燥，℃           ≈600轻度110
线性速度电晕放电电力电晕放电处理    --   10米/分100瓦/厘米
单位重量，克/米2厚度，微米体积密度，厘米3/克抗拉强度，横向，牛顿/米湿抗拉强度，横向，牛顿/米相对湿强度(湿/干*100)，％    72.83915.461816226   78.44025.177741553
1)2)SCAN-P 6∶75SCAN-P 47∶83厚度/单位重量SCAN-P 38∶80SCAN-P 58∶86湿/干*100％*)按纤维加入量计算的缠结能量1)商业可购的漂白化学软木浆2)用于湿法成网非织造物的商业可购聚丙烯纤维
结果表明，经等离子体处理的材料及经电晕放电处理的材料，其湿抗拉强度提高了几倍。其干抗拉强度也略有提高。可以认为，湿抗拉强度的显著提高是由于等离子体处理和电晕放电处理通过提高纤维与纤维间摩擦力的方式改善了纤维的表面。由于湿拉伸强度恰好是常见于射流喷网法非织造材料中的问题，因此本发明给这一以前难解决的问题提供了解决办法。本发明的解决办法还暗指已不再需要粘合剂，其它以化学方式提高湿强度的方法以及热粘合剂。
由于材料的高湿强度，这些材料特别适于作为擦拭材料用于家用或在工厂、工业、医院或其它公共场所用于商业用途。也可用作健康护理范围内的易处理材料，例如外科手术服、床单及类似物。也可用作吸收性产品如卫生餐巾、紧身短裤衬里、尿布、失禁用产品、床上用品、绷带、敷布及类似物的成分。

Claims (9)

1.具有提高的湿强度的水缠结法非织造材料的制造方法，其特征在于，水缠结后，材料需经过等离子体处理或电晕放电处理。
2.权利要求1的方法，其特征在于，在减压状态下，在下述气体中进行等离子体处理，所述气体选自氧气、氮气、氩气、氦气、氨气、四氟化碳、二氧化碳、有机不饱合气体或它们的混合物。
3.权利要求2的方法，其特征在于，所述气体最好为氧气或氮气或其混合物。
4.如权利要求1-3中任一方法，其特征在于，材料经水缠结之后需经干燥再进行等离子体处理或电晕放电处理。
5.如上述权利要求中任一权利要求的方法，其特征在于，水缠结法材料是用湿法成形或干法成形的纤维网制成。
6.具有提高的湿强度的水缠结法非织造材料，其特征在于，水缠结后，对材料进行了等离子体处理或电晕放电处理。
7.权利要求6的非织造材料，其特征在于，所述材料的纤维是合成或再生的短纤维，例如聚酯、聚酰胺、聚丙烯、人造纤维及类似物，植物纤维，浆粕纤维或其混合物。
8.权利要求7的非织造材料，其特征在于，所述材料中含有某些出自非织造物废料、纺织废料或类似物中的回收纤维成分。
9.权利要求6-8中任一项的非织造材料，其特征在于，所述材料是湿法成形或泡沫成形的射流喷网法非织造材料。
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