专利名称：使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法
使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法
技术领域：
本发明是关于一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法，尤其指一种 具有低制造成本及不会造成环境污染的环保制程，其制得的不织布成品属于长纤维型态， 而具有良好的透气性与吸水率等物性，可被应用于纺织品、医疗卫生材料、过滤材料、生物 科技材料及光电晶圆擦拭等用途上。
背景技术：
目前人造合成纤维所制成的不织布，是由熔融的高分子聚合原料，以直接挤出法 (spimlaid)经过挤出延伸形成连续的长纤维后，再将其堆栈成网形而成，因此该长纤维能 赋予不织布具有良好的透气性与吸水率等物性，故已大量地被广泛应用在诸如卫生用品、 擦拭材、医疗防护与过滤材等领域上；另前述直接挤出法所生产的不织布产量，其市占率根 据美国不织布工业协会(INDA)的统计，已从1994年的33. 5% (第二位)成长至2009年的 43.7% (第一位)，整体的产量并达到每年2. 7百万吨，而其生产中所使用的最大量原料，依 序为聚丙烯(PP)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)与尼龙(Nylon)，共计占总使用量的96%，故当 这些大量人造合成纤维不织布经使用后成为废弃物时，由于无法被自然环境分解，反而对 环境产生巨大的不良冲击结果，再者，这些人造合成纤维的原料亦非取之不尽，伴随着石化 原料的短缺，其取得的成本也会逐渐升高，近来生产不织布的业者，乃进而逐渐转向使用天 然原料来取代人造合成纤维原料，但却又发现该天然素材所生产制造不织布的方式，因必 须采用制程较长的湿式法或水针法才能达成，除成本较直接挤出法为高之外，其纤维型态 又属于短纤维，致使不织布产品的透气性与吸水率等性能被减弱，因此，如何以天然纤维原 料及低成本制程来制得长纤维型态的不织布产品，便成为急待突破之要务。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方 法，其是以木浆(pulp)为原料而加入氧化甲基玛琳(N-methylmorpholineN-oxide，简称 ΝΜΜ0)溶剂，使其相混合溶解成黏液(dope)，再以纺黏方式(spimbond)将该黏液从纺口挤 压出来形成长纤维素丝束，使该长纤维素丝束先经由空气隔距(air gap)冷却拉伸而进入 凝固液中凝固再生、再经气流牵伸器高速拉伸后于收集网上堆栈成网形而成不织布，该不 织布又经水洗、水针轧、干燥及卷取等程序后，即可制得具有连续长纤维型态的天然纤维素 纤维不织布，由于该制程短使得制造成本降低，且因使用无毒性的氧化甲基玛琳作为溶剂 并能充分循环使用，而成为不会对环境造成污染的环保制程。本发明的另一目的在于提供一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方 法，依该方法所制得的天然纤维素纤维不织布，属于连续长纤维型态，除具有与人造合成纤 维不织布相同的良好透气性与吸水率等物性外，其使用后成为废弃物时，能在环境中自然 分解，而不会对环境造成破坏。一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法，其步骤包含
a.以木浆为原料；b.加入氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide，简称ΝΜΜ0)及苯基恶 唑安定剂(l，3-phenylene-bis 2-oxazoline,BOX)于木浆中，以50°C 80°C低温进行高速 搅碎，再以80°C 120°C加热在10分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%而形成黏 液(dope)；c.以纺黏方式(spimbond)将该黏液从纺口挤压出来形成长纤维素丝束，并将该 长纤维素丝束施以空气隔距(air gap)冷却拉伸；d.将冷却拉伸后的长纤维素丝束进入凝固液中凝固再生；及e.经凝固液再生后的长纤维素丝束，以气流牵伸器进行高压高速拉伸，并使其在 收集网上堆栈成网形的不织布，再依序经水洗、水针轧、干燥及卷取等程序，即可制得具有 连续长纤维型态的天然纤维素纤维不织布。其中，步骤a中该木浆原料是选用α-纤维素含量在65%以上的长、短纤维的木浆 纤维素，其纤维素聚合度介于500 1200。其中，步骤b中该氧化甲基玛琳溶剂的浓度为45% 75%。其中，该步骤b中黏液的纤维素含量为6wt% 15wt%，黏液的黏度为1000 10000(poise)，黏液的透光指数为1. 470 1. 495，黏液的熔融指数为100 1000。其中，步骤c中该空气隔距的距离为2公分 30公分，使用冷却风的温度为5°C 30°C，其相对湿度为60% 99% ；其中，步骤d中该凝固液的温度为5°C 30°C，且其内部氧化甲基玛琳的浓度为 0 30wt%其中，步骤e中该天然纤维素不织布的卷取速度为每分钟2 200公尺。其中，步骤e中该天然纤维素不织布的基重为10g/m2 300g/m2，该天然纤维素不 织布的纤维纤度为1 15um，该天然纤维素不织布的透气度为100 3500 (Cm3/Cm2/min)， 该天然纤维素不织布的吸水率为300% 2000%。其中，步骤e中该天然纤维素不织布的机械方向(MD)拉伸强度为20kgf以上，而 垂直方向(⑶)的拉伸强度为Ukgf以上。其中，步骤e中该气流牵伸器进行的牵伸速度为20m/min 3000m/min。本发明一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法，其优点及功效在 于该方法制程短使得制造成本降低，且因使用无毒性的氧化甲基玛琳作为溶剂并能充分 循环使用，而成为不会对环境造成污染的环保制程。依该方法所制得的天然纤维素纤维不 织布，属于连续长纤维型态，除具有与人造合成纤维不织布相同的良好透气性与吸水率等 物性外，其使用后成为废弃物时，能在环境中自然分解，而不会对环境造成破坏。
图1是本发明的制造流程方块图。图2是本发明所使用氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide，简称 ΝΜΜ0)的化学结构图。图3是本发明中纺黏长纤维素丝束之作动示意图。图4是本发明的制造流程示意图。
图5是本发明所制得天然纤维素不织布的外观示意图。图中具体标号如下1-齿轮泵2-纺口模具3-纺 口D-黏液
具体实施方式下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明。请参阅图1至图5所示，本发明使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法， 其步骤包含a.以木浆(pulp)为原料；选用α -纤维素含量在65%以上的长、短纤维的木浆纤 维素，其纤维素聚合度(degree of polymerization，简称DP)介于500 1200 ；b.加入氧化甲基玛琳溶剂(N-methylmorpholine N-oxide，简称ΝΜΜ0，其化学结 构如图2所示)及苯基恶唑安定剂(1,3-phenylene-bis 2-oxazoline，BOX)于木浆中，使 其相混合溶解成黏液(dope)；其是利用卧式调浆机，将该木浆纤维素、氧化甲基玛琳溶剂 及苯基恶唑添加剂一起置入后，以50°C 80°C低温进行高速搅碎，并借由氧化甲基玛琳对 纤维素膨润性大、溶解性高及溶解速率快等功效，来达成快速相互混合溶解，再利用真空薄 膜蒸发器以80°C 120°C加热，在5分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%，即可形 成黏液(dope)；c.以纺黏方式(spimbond)将该黏液从纺口挤压出来形成长纤维素丝束，并将长 纤维素丝束施以冷却拉伸；如图3所示，该黏液D由齿轮泵1打入纺口模具2内，再经纺口 3向外以空气隔距(air gap)冷却方式进行拉伸，其中，空气隔距的距离为2公分 30公 分，使用冷却风的温度为5°C 30°C，其相对湿度为60% 99% ；d.将冷却拉伸后的长纤维素丝束进入凝固液中凝固再生；其中，凝固液的温度为 5°C 30°C，且其内部氧化甲基玛琳的浓度为0 30wt% ；及e.经凝固液再生后的长纤维素丝束，又以气流牵伸器进行牵伸速度为20m/min 3000m/min的高压高速拉伸，并将其在收集网上堆栈成网形的不织布(如图3所示)，再依 序经水洗、水针轧、干燥及卷取等程序(如图4所示)，即制得具有连续长纤维型态的天然纤 维素纤维不织布(如图5所示)。其中，步骤b所加入之苯基恶唑安定剂(l，3-phenylene-bis 2-oxazoline, BOX) 可降低纤维素黏液的色泽及聚合度的衰退，且该氧化甲基玛琳为无毒性溶剂，于水洗过程 中被洗出后，再经过滤、脱色及减压浓缩蒸馏后可被回收再使用，其损耗率低且回收率可达 99. 5%以上，不但可降低制造成本，也不会造成环境的污染，完全符合环保制程的规范。又步骤b中该黏液的纤维素含量为6wt% 15wt%，其黏液的黏度为1000 10000(poise)，而黏液的透光指数为1. 470 1. 495以及黏液的熔融指数为100 1000。另步骤e中气流牵伸器进行拉伸速度为20m/min 3000m/min所使用的木浆也可 为α-纤维素含量在65%以上的长、短纤维的纸浆。为进一步证明本发明的特点及实施功效，乃进行完成各项试验实例并说明如后首先，如表一中样品1至样品15的黏液组成表所示，其是分别将聚合度为650 1050的木浆纤维素与氧化甲基玛琳(NMMO)溶剂，于50°C 80°C下高速搅拌成浆液，然后利用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，以80°C 120°C加热，10分钟内排除水分至5% 13%，即可将纤维素溶解成黏液(dope)，接着，以纺黏方式(spimbond)经纺口挤压形成长 纤维素丝束，经空气隔距(air gap)冷却拉伸后，长纤维素丝束进入凝固液中凝固再生、再 经气流牵伸器高速拉伸后于收集网上长纤维丝堆栈成网形成不织布，并依序进行水洗、水 针轧、干燥及卷取后，即完成表一中样品1至样品15的各黏液组成表。表一样品1至样品15的黏液组成表
权利要求
1.一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法，其特征在于其步骤包含a.以木浆为原料；b.加入氧化甲基玛琳溶剂及苯基恶唑安定剂于木浆中，以50°C 80°C低温进行高速 搅碎，再以80°C 120°C加热在10分钟内蒸发溶解混合后的水份排除至5 13%而形成黏 液；c.以纺黏方式将该黏液从纺口挤压出来形成长纤维素丝束，并将该长纤维素丝束施以 空气隔距冷却拉伸；d.将冷却拉伸后的长纤维素丝束进入凝固液中凝固再生；及e.经凝固液再生后的长纤维素丝束，以气流牵伸器进行高压高速拉伸，并使其在收集 网上堆栈成网形的不织布，再依序经水洗、水针轧、干燥及卷取程序，即可制得具有连续长 纤维型态的天然纤维素纤维不织布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中该木浆原料是选用α-纤维素 含量在65%以上的长、短纤维的木浆纤维素，其纤维素聚合度介于500 1200。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中该氧化甲基玛琳溶剂的浓度为 45% 75%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该步骤b中黏液的纤维素含量为6wt% 15wt%，黏液的黏度为1000 10000，黏液的透光指数为1. 470 1. 495，黏液的熔融指数 为 100 1000。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中该空气隔距的距离为2公分 30公分，使用冷却风的温度为5°C 30°C，其相对湿度为60% 99% ；
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d中该凝固液的温度为5°C 30°C， 且其内部氧化甲基玛琳的浓度为0 30wt%
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中该天然纤维素不织布的卷取速 度为每分钟2 200公尺。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中该天然纤维素不织布的基重为 10g/m2 300g/m2，该天然纤维素不织布的纤维纤度为1 15um，该天然纤维素不织布的透 气度为100 3500cm7cm2/min，该天然纤维素不织布的吸水率为300% 2000%。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中该天然纤维素不织布的机械方 向拉伸强度为20kgf以上，而垂直方向的拉伸强度为Ukgf以上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤e中该气流牵伸器进行的牵伸速度 为 20m/min 3000m/mino
全文摘要
本发明是提供一种使用湿式纺黏方式制备天然纤维素不织布的方法，是以木浆(pulp)为原料而加入氧化甲基玛琳(N-methylmorpholine N-oxide，简称NMMO)溶剂，使其相混合溶解成黏液(dope)，再以纺黏方式(spunbond)将该黏液从纺口挤压出来形成长纤维素丝束，使该长纤维素丝束先经由空气隔距(airgap)冷却拉伸而进入凝固液中凝固再生、再经气流牵伸器高速拉伸后于收集网上堆栈成网形而成不织布，该不织布又经水洗、水针轧、干燥及卷取等程序后，便可制得具有连续长纤维型态的天然纤维素纤维不织布。
文档编号D01F2/00GK102127840SQ201010000628
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者周文东, 赖明毅, 黄坤山 申请人:聚隆纤维股份有限公司