专利名称：特种功能纸制备技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用具有芯皮结构的功能纤维作为载体，将不同的功能材料复合进纸张之中，以制备各种具有特种功能的纸张产品。本发明的特征在于功能材料是以具有芯皮结构的纤维形态复合于纸张之中，其中功能材料处于纤维的芯层，皮层则为高分子材料或其它成膜材料。本发明的特征还在于功能材料处于皮层材料的保护之中，不易受到外界水份潮解、空气氧化、化学制剂特别是酸碱溶液等的影响或破坏。一般来讲，多数功能材料对水份、氧份、酸碱溶液等化学制剂或溶剂都十分敏感，而在纸张或类似产品的生产和使用过程中，各种化学制剂、溶剂及水份和空气中的氧份等会直接影响产品中的组份，因而可应用于造纸或类似的生产工艺中的功能材料品种受到了限制。本发明涉及的方法可以避免或减轻造纸或类似的生产工艺中及产品的使用过程中各种对功能材料不利的影响，特别适用于特种功能纸张产品或类似产品的制造。
目前，将具有一定功能特性的线状或丝状功能材料复合于纸张之中以制备特种功能纸的技术正在被开发和应用。世界专利(WO99/452000,1999年9月10日)及其相关专利介绍了采用专门的染色方法制备功能纤维复合于纸张之中以制备安全防伪纸产品的技术。美国专利(U.S.Patent,5465301,1995年11月7日)介绍了将热敏变色材料采用涂布的方式涂层于线状或带状材料的表面复合于纸张之中制备具有热敏变色功能标记的特种纸，用作特种文件或纸币的制造用纸。中国专利(专利号93102550,1998年2月4日)公开了一种采用聚乙烯醇与荧光材料或染料共混纺丝制备功能纤维与纸张复合制造防伪纸的方法，该专利技术表明，采用纤维状的功能材料与纸张复合制备防伪纸是一种经济可行的方法。在现有的采用功能纤维复合技术制备功能纸产品的方法中，功能材料是采用染色、涂布、粘合或混合的方式与成纤材料相结合，功能材料分布于纤维的整体及表层，在造纸过程中和纸品成形后的应用过程中，功能材料会直接受到水份、空气中的氧份及酸碱溶液等化学制剂或溶液的影响，一些种类的功能材料特别是对上述不利因素作用敏感的功能材料会逐渐变质或被破坏，因而采用染色、涂层、粘合或类似方法制备功能纤维与造纸材料复合的方法限制了在纸张或类似产品中应用功能材料的种类。为了避免或减轻这些不利因素对功能材料的影响，须对所用功能材料进行一定的保护性包装后再施用于造纸工艺之中。在本发明提出的方法中，功能材料在应用于造纸工艺之前已被包埋在芯皮结构的纤维的芯层之中，受到皮层材料的保护，基本与外界隔离开，因而可以避免或减轻造纸过程中和产品使用过程中各种不利因素对功能材料的影响或破坏，不仅可以改善目前纸张或类似产品中功能材料的应用方法，而且可扩大应用于纸张产品中功能材料的选择范围，有利于开发和生产更多品种的特种功能纸张产品。
图1是有一个芯层的具有芯皮结构的功能纤维的横截面示意图。
本发明涉及采用的具有芯层结构的功能纤维的横截面如图1所示。图1中功能材料1及辅助材料2处于该纤维的芯层，芯层横向直径d尺寸在5～200微米的范围，最好为10～100微米。所用功能材料主要包括功能性色素材料、场反应材料、生化制剂等有机、无机或生物活性材料，例如光致变色材料、有机导电材料、荧光材料、酶制剂等。芯层中同时还包含一种或一种以上的有助于功能材料性能发挥或有助于功能纤维制造以及为满足一定功能需要而加入的有机或无机辅助材料。例如聚合物单体、高分子聚合物、有机功能助剂和无机填加材料等。依照制备功能纤维方法的不同或应用要求的不同，本发明涉及的具有芯皮结构的功能纤维可以有一个或一个以上的芯层。本发明涉及的具有芯皮结构的功能纤维的皮层如图1中3所示，皮层厚度为1～20微米，最好为3～10微米，皮层外直径如图1中D所示在7～240微米的范围，最好为15～150微米。皮层材料可以是涤纶、锦纶、丙纶、纤维素及其衍生物等常用纺织成纤材料，也可以是其它高分子材料，在皮层材料组成中还包含各种有机或无机添加剂组份，例如消光剂、抗氧剂、防静电剂、稳定剂等。依照制备芯皮结构功能纤维方法的不同，皮层外表可以是光滑的，也可是具有一定规则的几何形态或无规则的几何形态。为了适应不同造纸工艺条件的需要，例如增强功能纤维与造纸材料的亲合或粘接力等，可以采用物理或化学的方法，对成形的芯皮结构功能纤维进行后处理，例如采用化学腐蚀的方法增加皮层表面粗糙程度或增强皮层亲水性等，这一特征使得本发明提出的方法适用的应用条件范围更宽广，有利于在更多种类的功能纸张产品中应用。
本发明涉及的具有芯皮结构的功能纤维可采用普通的复合纺丝技术制备，这其中主要包括熔体复合纺丝和湿法复纺丝技术。也可采用共轴涂层纺丝技术或依据实际需要选择其它新型纤维成形技术制备所需的芯皮结构功能纤维。例如美国专利(U.S.Patent,4713291,1987年12月15日)和中国专利(专利号90103568,1993年5月6日)公开的方法中的原理和技术都可用于芯皮结构的功能纤维的制备。也可以采用共轴涂层纺丝技术，将功能材料与不饱和大分子单体混合，例如丙烯酸酯类单体等，形成具有一定粘流性的预聚体作为芯层，采用熔体共轴纺丝或湿法共轴复合纺丝的方法，将皮层高分子材料在芯层抽丝过程中涂布于芯层表面后固化成形制备芯皮结构型的功能纤维。目前，各种新型芯皮结构成纤技术正在发展之中，具体的芯皮结构型功能纤维制备方法可依据实际需要选择应用。
在本发明涉及的采用具有芯皮结构功能纤维与纸张复合制备特种功能纸张的技术中，芯皮结构功能纤维可采用长丝、短纤维丝以单丝或复丝的方式与纸张复合，也可以是长丝、短纤维丝同时以单丝或复丝的方式与纸张复合。在以短纤维丝与造纸材料复合的方式中，依实际要求的不同短纤维丝的两端或一端可采用水溶性或非水溶树酯材料进行封闭，也可以不封闭。芯皮结构的功能纤维可以是复合分布于纸张的局部或全部区域；芯皮结构的功能纤维可以是全部包埋于纸层之中，也可以是部分裸露于纸层之外。具体方式依据不同类型的造纸工艺条件和最终产品的要求来确定。一般来讲，可将本发明涉及的具有芯皮结构的功能纤维切断成所需的长度，例如1～10毫米，在抄纸之前将其按纸浆中成纸材料重量以要求的比例，例如0.01％～0.5％，加入纸浆之中并搅拌均匀后抄纸，就可制备芯皮结构功能纤维以短纤维丝方式均匀分布于纸张之中的功能纸张。也可以采用双层纸网复合的方法，将芯皮结构功能纤维长丝或短丝按一定的分布要求定位或涂布于一层纸网表面后与另一层纸网粘贴复合形成功能纸张。还可以采用在单层纸网上开压沟槽，将芯皮结构功能纤维长丝以直线分布或曲线分布的方式包埋于纸层之中，就可以制备芯皮结构功能纤维长丝在纸层中呈直线或曲线分布的功能纸张。
下面结合实例对本发明涉及的将具有芯皮结构的功能纤维复合于纸张之中制备特种功能纸张的方法作进一步介绍。
实施例1具有光致变色纤维标记的功能纸采用共轴涂层纤维成形技术或其它技术制备的芯皮结构的光致变色纤维直径约为25微米，芯层直径约为20微米。该种芯皮结构的光致变色纤维在发射波长范围为300～500纳米、最大强度发射波长为365纳米的紫外灯近距离照射5～20秒钟后，即由浅粉红色变成深紫色，在暗处放置1～2小时后或经加热即可恢复原来的颜色，并可多次反复显色。
将上述光致变色纤维切断成3～6毫米的短纤维丝，按纸浆中成纸材料重量的0.5％的比例加入抄纸前的纸浆之中，搅拌均匀后进行抄纸，纸网压榨脱水后在60～120℃，最好是80～100℃的条件下干燥1小时，即可制备具有光致变色纤维标记的功能纸。该功能纸中的光致变色纤维丝在上述紫外灯照射下呈相同的显色效果。
实施例2具有抗菌消毒功能的特种纸采用熔体复合纺丝技术或其它技术制备的芯层中包含碘附的芯皮结构功能纤维直径为50微米，芯层直径为40微米。芯层中的碘附可透过皮层材料或纤维丝的两端向外扩散达到控制释放的效果。该种功能纤维无味、无刺激、毒性低，能杀死病毒、细菌、芽孢、真菌等。
将制备的抗菌消毒纤维按5毫米、10毫米、15毫米的长度分别切断，将切下的短纤维丝按5毫米占20％、10毫米占30％、15毫米占50％的重量比例混合，在抄纸前将上述纤维混合体按纸浆中成纸材料重量的2％的比例加入纸浆中并搅拌均匀后抄纸，不经压榨在60～80℃的条件下干燥即可制备具有抗菌消毒的功能纸。与一般直接将抗菌药剂分散于纸浆中或涂布于纸张中制备的抗菌消毒纸相比较，采用本发明涉及的方法制备的抗菌消毒纸具有药物损失少、药物释放更均匀、药效更长久的特征。
权利要求
1.一种采用在造纸材料中复合进具有芯皮结构的功能纤维材料制备各种不同功能的特种功能纸张产品的方法，其特征在于a、所用的具有芯皮结构的功能纤维是具有一个或一个以上芯层的功能纤维。b、所用的具有芯皮结构的功能纤维是功能材料及相关辅助材料处于芯层、芯层直径为5～200微米、保护材料或控制释放膜材料及相关辅助材料处于皮层、皮层外径为7～240微米的功能纤维。c、所用的具有芯皮结构的功能纤维可以是长丝或短纤维丝，可以是单丝或复丝。
2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的芯皮结构功能纤维的芯层包含一种或一种以上的功能材料及辅助材料，其皮层部分包含一种或一种以上的成膜材料及辅助材料。
3.权利要求2所述的芯皮结构功能纤维的芯层部分的功能材料是有机功能材料或无机功能材料，也可以是生化制剂或生物活性材料；其芯层部分包含的辅助材料是指有助于功能材料性能发挥、有助于功能纤维制造或为满足其它需要而加入的有机材料、无机材料、生化制剂或生物活性材料。
4.权利要求2所述的芯皮结构功能纤维的芯层部分的功能材料及辅助材料在芯层的存在形式可以是固态、液态、气态、液晶态或胶体状态，也可以是一种或一种以上的功能材料及辅助材料以不同的形态同时存在于芯层之中。
5.权利要求2所述芯皮结构功能纤维的皮层部分包含的成膜材料是指常用的纺织用成纤材料或其它高分子成膜材料；皮层中包含的辅助材料是指有助于芯层功能材料性能发挥、有助于功能纤维制造或为满足其它要求而加入的有机材料、无机材料、生化制剂或生物活性材料。
6.依据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的具有芯皮结构的功能纤维表面几何形状可以是光滑的，也可以是在纵向或横向具有规则的几何形状或无规则几何形状，可以是由对成形的芯皮结构功能纤维表面进行物理或化学方法后处理所引入的表面几何形状。
7.依据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的具有芯皮结构的功能纤维可以是长丝或短纤维丝以单丝或复丝的方式与造纸材料复合，也可以是长丝、短纤维丝同时以单丝或复丝的方式与纸张复合。在采用短纤维丝的形式与造纸材料复合时，短纤维丝的一端或两端可以是封闭的，也可以是不封闭的。
8.依据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的具有芯皮结构的功能纤维按权利要求7所述的方式与造纸材料复合，所用的具有芯皮结构的功能纤维可以是复合分布于纸张产品的局部或全部区域；可以是复合分布于纸张产品的单面或双面；可以是以全部被包埋于纸层之中或部分裸露于纸层之外的方式与造纸材料复合。
9.依据权利要求1所述的方法，其特征在于可同时使用一种或一种以上的具有芯皮结构的功能纤维与一种或一种以上的其它种类的功能材料或无其它种类的功能材料以权利要求7所述的形式，按权利要求8所述的复合分布方式与造纸材料复合制备多功能特种功能纸张产品。
全文摘要
一种采用将具有芯皮结构的功能纤维与造纸材料复合,制备特种功能纸张的方法,其特征在于:所用功能材料以具有芯皮结构的纤维形态复合于纸张之中;纤维皮层是高分子材料或其它成膜材料及相关辅助材料;功能材料及相关辅助材料处于纤维的芯层,受到皮层的保护。利用这种方法可避免或减轻在纸张的生产和使用过程中各种对功能材料不利因素的影响,改善目前此类产品中功能材料的应用方法,有利于开发和生产多种类型的特种功能纸张。
文档编号D01D5/34GK1324969SQ00114298
公开日2001年12月5日 申请日期2000年5月24日 优先权日2000年5月24日
发明者龚文忠 申请人:龚文忠