專利名稱：由含顆粒的纖維制成的高功能性紡粘網布及其制造方法
由含顆粒的纖維制成的高功能性紡粘網布及其制造方法 本發明涉及作為紡織織物的高功能性紡粘網布，其能利用已知的紡粘方法由溶解的聚合物直接制備，并且由填充有液態和/或固態功能添加劑的纖維構建。所述纖維包含基于纖維總重量多于40重量％的功能添加剤，平均纖維直徑為O. 1-500微米，且纖維內部和纖維之間的直徑波動最高達至少30%。紡粘網布由于非常高的功能添加劑濃度而具有高功能性并且用途多祥，例如作為內襯，用于衛生應用、用于傷ロ敷料，作為載體材料，作為建筑和運輸材料，作為化妝品材料或作為過濾材料。具有填料的紡織織物，例如具有溫度調節、抗微生物或吸收性質的那些是已知的。以紡織織物形式使用的現有技術的材料需要在生產功能纖維之后的至少ー個額外加工步驟和/或僅含有少量功能性顆粒。例如DE 10 2008 045290 Al公開了纖維，然后其用于制造紡織品、傷ロ敷料帶、過濾材料等。添加劑級分只限于鋅白(ZnO和ZnS)，其比例限制在最大30%，同時粒度小于15 μ m。該文獻提到顆粒含量在纖維類無紡網布應用中可以較高，但沒有給出關于如何能制備這樣的無紡布的教導。其目的不是具有高顆粒含量的·功能性網布，而是在規定的耐久洗性情況下活性成分受控釋放的能洗滌和能染色的模制體/纖維。經常采用熱塑性可加工的聚合物作為載體材料，其熔體可以被加工成紡粘網布，例如在EP I 199 393 A2中。其中涉及由具有疏水性添加物的熱塑性聚合物制造的紡粘網布。目的是使疏水性添加物富集在纖維表面。這通過以下方式實現，將纖維通過空氣流拉伸至使得平均纖維直徑等于顆粒直徑或減小到最高達顆粒直徑的一半的程度。具有添加料的母料份額為10-20重量％且不能更高，從而不會對進一歩加工成屋頂防水層或用于衛生巾中造成不利影響。在標準的長絲或纖維紡絲方法中，當功能性顆粒的份額非常高，高于40%時，不能穩定紡出含顆粒的長絲或纖維，因為常常有斷頭的情況。在紡織品エ業的各個領域中，對最終消費者而言，都存在對具有額外功能效用的纖維材料的高需求，所述纖維材料還應是廉價制造和易于加工的。這樣的纖維材料的應用領域是例如在服裝エ業中作為內襯材料，在エ業紡織品中，例如衛生應用、用于傷ロ敷料，作為載體材料，作為建筑和運輸材料，作為化妝品材料或作為過濾材料，例如用于廢水或廢氣的過濾和結合空氣內含物和水內含物。具有功能添加劑的織物原則上能通過以下來制造在各種情況下由具有功能性添加劑的纖維沿紡織品創值鏈的織物制造或網布形成，，用添加劑分散體涂覆平面紡織品結構，或者固態或液態功能添加劑引入已制得的網布結構。具有超過40重量％份額的功能添加劑的纖維在普通纖維紡絲エ藝中不能穩定紡出，因為經常有纖維斷頭的情況。雖然這些缺點可以通過使用借助溶液紡絲法制得的功能纖維而得到部分解決，但接下來的紡織織物形成過程每種情況下仍需要至少ー個額外的處
理步驟。至今在現有技術中制造的只要是稱為功能性紡織織物的材料就是如下的構成物，其在単獨制備功能纖維之后通過至少ー個額外處理步驟加工為紡織織物，和/或只含有少量的功能性顆粒。通過分開的網布制造過程對高度填充的纖維施加額外負荷，并由此破壞它們，并且在功能和/或耐機械性方面僅滿足較低的品質要求。本發明的目的是提供多用途織物，其由含顆粒的長絲和纖維構成，其根據功能性顆粒的類型，對各種使用領域具有高功能性效用，其中含顆粒的長絲或纖維包含多于40重量％的功能添加剤，并具有O. 1-500微米的平均直徑。該織物應在鋪展后直接達到如下強度，使得它們適于進一歩加工或直接使用。由于功能性添加物的高比例，這些織物應具有原本只能通過額外的處理步驟如涂覆或表面整理實現的功能性質。這些目的根據本發明如下實現直接在紡絲過程中連續由摻雜有一種或多種功能性添加物的不熔聚合物，在直接溶劑中，借助紡粘網布方法，制造高功能性紡織織物。令人驚奇地，添加劑含量高于40重量％的紡織織物能可靠地和可再現地獲得，而無額外的處理步驟并且在紡織織物的整個壽命周期都具有永久性的功能性。同樣發現，本發明的無紡布纖維在纖維內部和各纖維之間具有至少30%的直徑波動，并且令人驚奇地，通過纏繞和交 織而具有聞自粘合能力。因此本發明的主題是含有一種或多種功能添加劑的基于不熔聚合物的纖維的高功能性紡粘網布，其特征在于所述纖維被交織和纏繞，具有不同長度，長徑比高于1000并形成牢固地互網布結合體，其中所述纖維的平均直徑為O. 1-500微米，且在纖維內部和/或纖維之間的直徑波動為至少30%，其中所述纖維除不熔聚合物之外還含有基于纖維總重量的40重量％的以固態和/或液態形式細分散在所述纖維中的功能添加剤。根據功能添加劑的類型而可用于各種應用領域的紡織織物由含添加劑的纖維構成，所述纖維含有基于纖維總重量高于40重量％和最高達96重量％的、任選更高的功能添加劑，并具有O. 1-500微米的平均直徑。功能添加劑的份額優選為基于纖維總重量高于40重量％至最高達90重量％。添加劑的引入的和永久性功能從例如導電性、吸收性、離子交換性、抗菌、溫度調節性直至阻燃性、研磨性或護理性、和/或它們的組合。功能添加劑特別是為活性碳、超吸水材料(Superabsorber)、離子交換樹脂、PCM>金屬氧化物、阻燃劑、研磨劑、沸石、層狀硅酸鹽如膨潤土、或改性層狀硅酸鹽、化妝品、或它們的混合物。液態親脂性物質，如石蠟、蠟或油也可以作為功能添加劑加入。此外，可以以低濃度加入ー種或多種其它的組分，例如納米銀或染料，或活性成分，例如藥物或殺蟲劑。紡絲混合物中的功能添加劑(在本發明中也稱為功能性顆粒或功能材料)的體積份額優選選擇為使得其高于50%，占形成網布用的空氣潤濕的長絲或纖維中的主要體積組分。在一種特別的實施方式中，功能性顆粒的直徑為空氣潤濕的紡粘網布的平均長絲或纖維直徑的約1/4，將實現長絲或纖維中的單個顆粒具有接觸點，從而可以以有利的方式構建功能特性。由含顆粒的長絲或纖維構成的含添加劑的織物通過紡粘網布方法制造。含有摻雜的聚合物的紡絲溶液用于纖維形成過程，其中直接溶劑優選為非質子溶剤。作為直接溶劑適合的是，尤其對于纖維素來說，特別是N-甲基-嗎啉-N-氧化物或N-甲基-嗎啉-N-氧化物-一水合物，離子性液體，如こ酸I-こ基-3-甲基咪唑鎗、氯化3-こ基-1-甲基咪唑鎗或氯化3- 丁基-I-甲基咪唑鎗、混有氯化鋰的ニ甲基硫醚、ニ甲基甲酰胺或ニ甲基こ酰胺、或NaOH-硫脲-水或任選地它們的混合物。擠出具有功能性顆粒和溶解的聚合物的紡絲溶液，其中噴嘴孔直徑為O. 1-1. 1mm、優選O. 3-0. 7mm。如此產生的線束由于它們的自身重力和/或自后向前傾斜起作用的空氣流而在離開噴嘴后立刻在縱向上在短路徑內下拉細為長徑比高于1000、優選高于5000和更優選高于40000的長絲和纖維，所述空氣流的強度適配于由于功能顆粒而降低的紡絲混合物的拉絲能力。在此產生的纖維斷頭沒有導致所述過程的中斷，并且對網布形成過程沒有不利影響。它們導致，在網布中存在各種長度和具有變化的直徑的纖維。纖維接著(在過渡到無張カ的空間期間)在開始縱向松弛前使它們的形狀穩定化。這通過在溫度受控的空氣料流中蒸發溶劑，或借助細液滴(特別是水或非質子液體的細液滴)的料流通過凝膠化和有可能的溶劑替換，將溶液狀態的聚合物轉變成至少部分未溶解的狀態來實現。在達到無粘合狀態后，將纖維或長絲鋪展在篩帶或篩鼓上以形成網布(其還可以是分層的)，并通過抽氣而致密化。分離出富含溶劑的過量水，剰余溶劑通過反復洗滌沖洗掉，接著任選地可以干燥所獲得的網布，其中，構成網布用的長絲和/或纖維中的功能性顆粒由于在此發生的聚合物溶脹而以決定性質的方式增強了相互接觸和連接。
粘合了顆粒并直接溶解的聚合物是不熔聚合物，即軟化點高于分解點的聚合物。其代表優選選自天然聚合物，例如多糖，特別優選纖維素，多糖衍生物或蛋白質或蛋白質衍生物，和/或選自溶液可塑的合成聚合物，例如聚丙烯腈、聚こ烯醇、聚環氧こ烷、聚砜、間位芳酰胺或它們的共聚物。由此獲得的濕的紡粘網布可以通過紡織方法(針刺、噴水加固、化學粘結)以將其加固、精制和成型，其中，網布的加固和精制可以在干燥前或后進行。之后可以進行通過例如進行光澤處理、浸潰或用離子性活性成分進行的后處理。 紡粘網布是由纖維和無端纖維構成的、在擠出后直接隨機地鋪展的網布，并且還可以層疊鋪置多個層。纖維和無端纖維構成的混合物是由噴嘴之后的纖維斷頭產生的，這是由于高顆粒含量導致的，但這不會導致過程的任何中斷。此外，根據本發明的方法的紡粘網布不僅是由長度不同的纖維構成的，而且纖維本身沿其長度或彼此之間具有不同厚度。纖維厚度由各種因素決定，如溶液濃度、吹氣速度、聚合物類型、顆粒尺寸、以及添加劑與溶液的其它組分的相互作用和添加劑含量。在鋪展吋，形成交織和纏繞的纖維和長絲，它們形成牢固的網狀結合體。其特征在干，由高顆粒含量、顆粒尺寸和纖維斷頭產生的纖維平均直徑的不均勻，這在顯微鏡下非常容易地看到。由聚合物溶液制造織物與由聚合物熔體制造相比的優點在于，顆粒含量可以高得多，因為在起始溶液中除了聚合物和添加劑以外還存在溶剤，然后將溶劑在稍后的時間點除去。設計為，內聚カ大至足以確保僅很少地發生斷頭，同時溶解的聚合物的網絡保持其滑動效果，從而顆粒可在擠出和拉伸時可以滑過彼此。此外，纖維和長絲由于用水來替換溶劑而產生的各種凝膠狀態可以用于進ー步加工。高功能性紡粘網布的單位面積重量為2-1000g/m2、優選5_500g/m2和厚度為O. 01-20mm，優選O. 05_5mm。其具有引入的和永久性的附加功能，例如導電性、吸收性、離子交換性、抗菌、溫度調節性、阻燃性、研磨性、護理性或它們的組合。在一種特別的實施方式中，可以向聚合物溶液中摻入顆粒狀致孔劑，例如芒硝，。在制得的紡粘網布中，這樣，在洗滌過程中，致孔劑使得產生由高孔隙度的纖維和長絲構成的紡粘網布，其與平面狀的海綿相比具有高得多的表面積。由含顆粒的長絲或纖維構成的高功能性紡粘網布的用途包括從服裝材料，例如儲熱或釋放活性成分的內襯，到用于各種應用領域的具有高功能性效用的エ業紡織品-根據功能性顆粒的類型，例如用于衛生應用，作為傷ロ敷料，作為用于活性成分的載體材料或作為復合材料中的載體材料，作為建筑和運輸材料，作為化妝品材料或作為過濾材料，例如用于過濾和結合空氣內含物和水內含物，如磷酸鹽、硝酸鹽、和銨-氮化合物。由于功能性質的特別表現，以及添加劑的高濃度，這些網布還適用干與其它織物的分層復合材料。這可以通過在紡粘網布制造期間在之前已經鋪置好的其它織物上制造高功能性紡粘網布來實現。以下實施例用于說明本發明。除非另有說明或從上下文來看是極其明顯的，否則其中的百分比以重量計。(對比)實施例I:將O. Ikg的粒徑D99=H. 8 μ m的經研磨的離子交換樹脂(強堿性陰離子交換劑)分散在I. 5kg的在N-甲基嗎啉N-氧化物一水合物(ΝΜΜ0 —水合物)中的9%的纖維素溶液中，然后在90°C均質化30分鐘。接著將紡絲溶液借助齒輪紡絲泵在95°C輸送到噴絲嘴(1200個直徑O. 3_的孔)并紡絲。然而，經由空氣間隙(I=IOmm)的可靠成形是不可能的，因為在噴嘴出ロ處所產生的溶液射流粘合。將ー些所產生的纖維落纖片段完全脫除溶剤，并且盡可能地切割成40mm的纖維長度，并且盡可能地分揀出所述的粘合物。用1%的氯化鈉溶液處理纖維并在55°C干燥到恒重。二次紡絲成紗是不可能的。僅可能受限地進行網布形成，其中在此觀察到大量的短纖維和纖維的極端截短。不規則松散的網布區段不能進ー步加工或利用。借助針刺加固來進行穩定化是不可能的，因為網布在此完全被破壞和解體。實施例2:根據實施例I制造的纖維素溶液通過熔噴紡絲法(溶液噴射)在95°C的溶液溫度下，用80°C的溫熱空氣吹掃和直接在噴嘴ー吹氣單元出口處噴以水霧而凝固，并通過鋪置在篩帶上形成為直接網布。成型操作是穩定的，且獲得的無紡布在完全提取溶劑并在60°C干燥后可方便地用作離子交換網布。該功能性網布是機械穩定的，使得其可被切割并引入水處理裝置。額外進行的適度針刺和由此進一歩的致密化同樣是可能的，并且網布不會在此期間被破壞。權利要求
1.由基于不熔聚合物的纖維構成的高功能性紡粘網布，所述纖維含有一種或多種功能添加劑，其特征在于，纖維交織和纏繞，具有不同長度和高于1000的長徑比，并形成牢固的網狀結合體，其中纖維的平均直徑為0. 1-500微米，且纖維內部和纖維之間的直徑波動為至少30%，和其中除了不熔聚合物之外，所述纖維含有基于纖維總重量的高于40重量％的精細分布在所述纖維中的固態和/或液態形式的功能添加劑。
2.根據權利要求I所述的紡粘網布，其特征在于，所述功能添加劑是固態或液態，優選親脂性物質，特別優選活性碳、超吸水材料、離子交換樹脂、壓電材料、相變材料，特別是石蠟、金屬氧化物、阻燃劑、研磨劑、沸石、層狀硅酸鹽、改性的層狀硅酸鹽和/或化妝品。
3.根據權利要求I或2所述的紡粘網布，其特征在于，粘結所述功能添加劑的不熔聚合物是天然聚合物，優選多糖，特別優選纖維素、多糖衍生物、和/或蛋白質或蛋白質衍生物，和/或其特征在于，所述不熔聚合物是溶液可塑的合成聚合物，優選聚丙烯腈或具有丙烯腈單元的共聚物、聚乙烯醇、聚環氧乙烷、聚砜、和/或間位芳酰胺。
4.根據前述權利要求的至少一項所述的紡粘網布，其特征在于，其具有由交織的機械結合的長絲或纖維構成的分層構造。
5.根據前述權利要求的至少一項所述的紡粘網布，其特征在于，其具有2-1000g/m2，優選5-500g/m2的單位面積的重量。
6.根據前述權利要求的至少一項所述的紡粘網布，其特征在于，其具有0.l-20mm,優選0. 5-5mm的厚度。
7.根據權利要求1-6中的一項或多項所述的紡粘網布，其特征在于，所述功能添加劑的比例為基于纖維總重量的高于40重量％到最高達96重量％，任選地甚至更高。
8.制造根據權利要求1-7中的一項或多項所述的紡粘網布的方法，其特征在于， -將由一種或多種功能添加劑、溶劑和溶于其中的聚合物組成的紡絲溶液由噴絲嘴壓出，其中 噴嘴孔的直徑為0. 1-1. 5mm,優選為0. 3-0. 7mm, -所形成的聚合物的線束由于它們的自身重力和/或自上而下傾斜起作用的吹掃氣流而在離開噴嘴后立刻在短路徑內沿縱向拉成長絲和/或纖維，所述吹掃氣流的強度適配于由于功能添加劑而降低的紡絲混合物的拉絲能力， -所述長絲和/或纖維接著在過渡到無張力的空間時，甚至在開始縱向松弛前，由溫度受控的空氣和/或細水滴的料流通過固結和/或凝膠化以及用水部分地替換溶劑而使它們的形狀穩定化，其中所述穩定化可以在位置上或多或少偏移噴嘴出口地進行，由此能夠獲得具有或多或少粘合的凝膠纖維的網布， -在達到這樣的穩定化狀態后，將它們鋪置在篩帶或篩鼓上以形成網布，剩余的溶劑通過反復洗滌沖洗掉，并且任選地可以接下來干燥所述網布。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述溶劑包含非質子溶劑或由非質子溶劑組成。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，通過紡織方法使所述高功能性紡粘網布進一步加固、精制和成型，并且網布的加固和精制在干燥之前或之后進行。
11.根據權利要求8-10中的一項或多項所述的方法，其特征在于，所述高功能性紡粘網布通過針刺或噴水加固而穩定化和/或額外地進行化學交聯。
12.根據權利要求1-7中所述的由含有功能添加劑的長絲或纖維構成的高功能性紡粘網布的用途，其用于制造服裝材料，尤其是內襯，以及還用于制造工業紡織品，尤其是用于衛生應用，用于傷口敷料，作為用于活性成分的載體材料或用于復合材料的載體材料，作為建筑和運輸材料，作為化妝品材料或作為過濾材料，其根據功能添加劑的類型而對多種應用領域具有高功能性效用。
全文摘要
本發明涉及由基于不熔聚合物的纖維構成的高功能性紡粘網布，所述纖維含有一種或多種功能添加劑。所述纖維是交織的和纏繞的，包含長徑比1000以上的不同長度，并形成牢固的網布結合體。所述纖維的平均直徑為0.1-500微米，且纖維內部和/或彼此之間的直徑變化為至少30%。除了不熔聚合物，所述纖維還含有基于其總重量的大于40wt%的固態和/或液態形式的功能添加劑，其中所述功能添加劑精細分散在所述纖維中。紡粘網布由含有溶于直接溶劑中的不熔聚合物和至少一種功能添加劑的紡絲溶液制造。將紡絲溶液從噴絲嘴壓出，并將所產生的聚合物線束沿縱向拉伸成長絲或纖維，將穩定化并鋪置成網布。紡粘網布可以用于例如制造衣物、工業紡織品或作為過濾材料。
文檔編號D04H3/007GK102753746SQ201180006455
公開日2012年10月24日 申請日期2011年9月13日 優先權日2010年9月14日
發明者B·里德爾, F-G·尼姆茨, M·克里格, Y·埃韋特 申請人:紡織和塑料研究協會圖林根研究院