本发明涉及具有疏水特性的显示更大柔软度和蓬松度的纤维素纤维及其制备方法。
背景技术：
：纤维素人造纤维以其亲水吸水性为人所知。相反，合成纤维如聚酯、聚乙烯和聚丙烯为固有疏水性的，这意味着它们不会将水吸收进其内部结构中。一些天然生长的纤维如棉具有天然蜡，所述天然蜡在自然界中保护所述植物且使原纤维为疏水性的。通常除去这些蜡以获得用于织物和无纺加工的吸水性的柔软棉纤维。粘胶纤维类和莫代尔类的纤维素纤维是根据粘胶纤维法制备的。这类纤维已由bisfa(国际人造纤维标准化局(theinternationalbureauforthestandardisationofmanmadefiber))给予了通用名称，粘胶纤维和莫代尔纤维。近年来已经确立了“氧化胺法”或“莱赛尔法”作为粘胶纤维法的替代方法，其中纤维素在不形成衍生物的情况下溶解在有机溶剂氧化胺，特别是n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)中。由所述溶液制备的纤维素纤维被称为“溶剂纺丝”纤维且已被bisfa(国际人造纤维标准化局)给予了通用名称莱赛尔纤维。其它人造纤维素纤维可以用化学法(例如铜铵法)或用其它直接的溶剂（如离子液体）制造。对于卫生应用来说，合成纤维如聚酯由于在无纺织物和纺织物应用中提高了蓬松度、不透明性和柔软度，所以被广泛使用。由于生态原因，纤维素纤维且尤其是人造纤维素纤维由于它们是由可再生原料制造且是生物可降解的，所以变得日益重要。因此，对于柔软、疏水、显示较高的蓬松度和生物可降解的纤维素纤维的需求日益增长。技术实现要素：本发明的目的在于提供生物可降解和抗水的疏水性纤维素纤维。所述纤维格外柔软且在无纺布中显示了较高的蓬松度。通过包含疏水性表面处理剂的纤维素纤维达到了所述目的，并且所述纤维特征在于根据大锤试验(sledgetest)所述纤维的柔软度比同样类型的未经处理的纤维素人造纤维的柔软度高至少1.3倍。所述纤维素纤维可以如棉一样是天然生长的，或者是人造纤维素纤维，如粘胶纤维、莫代尔纤维或莱赛尔纤维。所述纤维素人造纤维也可以a)物理改性，例如在形状上(三叶片型、多叶片型)或长度上(棉束、连续纤维的短切)b)具有掺合材料，如彩色颜料、阻燃剂、离子交换树脂、炭黑c)化学改性，例如如莫代尔纤维或交联纤维的情况。在本发明中，术语“未经处理的纤维”是指其中纤维的表面未被改性的纤维。在新纺的纤维，即：从未干燥的纤维(never-driedfibre)的情况下，该表面最初是未改性的。市售纤维通常含有柔软整理剂（finish），所述整理剂必需完全除去以便在疏水性处理之前得到未改性的表面。术语“相同类型”意思是相同的性质、纤度和长度的纤维。使用如式(1)所示的烷基或烯基烯酮二聚物(akd)作为疏水剂，其中r1和r2是带有8-40个碳原子的烃基并且二者可以都是饱和或不饱和的、直链或支化的。具有类似作用的配制剂是取代的环状二羧酸酐，如取代的琥珀酸酐或戊二酸酐等。优选的烷基烯酮二聚物通过例如r.adams,org.reactions卷iii,第129页johnwiley&sonsinc.ny1946或j.c.saner;journaloftheamericanchemicalsociety,卷69,第2444页(1947)所描述的方法由酰基氯制备。众所周知烷基烯酮二聚物(akd)在造纸工业中用以提高表面的抗水性，例如用于食品包装。已知使用akd用于上胶纸张，如由gb2252984a和ep0228576b1已知。wo99/37859中描述了联合使用akd和asa(烷基琥珀酸)。akd通常在造纸机的湿润端使用。在用于制备具有疏水特性的纤维素纤维的方法中，所述方法特征在于如下步骤：a)提供具有未改性表面的纤维素纤维b)用疏水剂处理纤维素纤维疏水剂可以在人造纤维生产过程中施加，这意味着在纤维已经形成和进行洗涤后但在干燥之前施加，即：从未干燥的纤维。在此情况下所述表面是未改性的。如果使用包含整理剂的市售纤维素纤维，则所述整理剂必须除去。所述疏水剂如akd配制剂是市售的(例如kemira所售的hydrores©化合物)。最常用的是具有大约5-25%活性化合物的配制剂。在实施例的情况下，配制剂a是具有大约10-12%活性材料的酸性溶液，而配制剂b是具有大约20-22%活性化合物的酸性乳液。所述纤维素纤维优选用akd配制剂处理，其浓度范围基于纤维素纤维计为0.0001%-10%，优选0.001%-5%，并最优选0.001%-3%。具体实施方式本发明通过如下实施例示出。一般程序用lenzing粘胶纤维、lenzing天丝(tencel)或棉进行试验。表1显示了已使用的主要纤维类型。使用akd配制剂如kemira的hydrores®作为疏水剂。市购的配制剂用水稀释以得到实施例中所示的浓度。akd1意味着用于处理的akd溶液由配制剂a制备，akd2意味着用于处理的akd溶液由配制剂b制备。实施例a粘胶纤维(样品6)将7g绝对干燥的粘胶纤维，其中已经用醇除去了柔软整理剂，浸泡在100ml含0.07gakd(1%akd，基于纤维素计)的室温hydrores©水溶液中(液体比1:15)。搅拌30分钟后，将纤维离心分离直到其具有50%的含水量，在70℃下在干燥器的室中干燥至含水量为6%。所得纤维为蓬松、柔软的并显示疏水特征。实施例b粘胶纤维(样品4和5)将14g得自粘胶纤维法的后处理之前的粘胶纤维加压至含水量为50%(从未干燥的粘胶纤维)并放入装有100ml含0.035gakd(0.5%akd，基于纤维素计)的室温hydrores©水溶液(液体比大约1：15)的盆中。搅拌30分钟后，将所述纤维离心分离至含水量为50%并在70℃下在干燥器的室中干燥至含水量为6%。所得纤维为蓬松、柔软并显示疏水特征。实施例c天丝(样品12)将7g绝对干燥的天丝纤维，其中已经用醇除去了柔软整理剂，浸泡在100ml含0.07gakd(1%akd，基于纤维素计)的室温hydrores©水溶液中(液体比1:15)。搅拌30分钟后，将所述纤维离心分离至含水量为50%并在70℃下在干燥器的室中干燥至含水量为6%。所得纤维为蓬松、柔软并显示疏水特征。实施例d天丝(样品10和11)将取自莱赛尔生产在后处理之前的湿润的14g从未干燥的天丝纤维加压至含水量为50%并浸泡到含0.035gakd(0.5%akd，基于纤维素计)的室温hydrores©水溶液中(液体比大约1：15)。搅拌30分钟后，将所述纤维离心分离至含水量为50%并在70℃下在干燥器的室中干燥至含水量为6%。所得纤维蓬松、柔软并显示疏水性。实施例e棉(样品14和15)将7g绝对干燥的经漂白的棉纤维，其中先前已经用醇除去了任何柔软整理剂，浸泡在含0.035g的akd(0.5%akd，基于纤维素计)的室温水溶液中(液体比1:15)。搅拌30分钟后，将所述纤维离心分离至含水量为50%并在70℃下在干燥器中干燥过夜。所得棉纤维为抗水的且非常柔软。表1显示了根据实施例a-e的纤维样品的概述。表1：纤维样品概述纤维样品号粘胶纤维1.7/40无光的(整理剂已除去)1粘胶纤维1.7/40无光的(商品级)1c粘胶纤维1.7/40无光的+0.1%akd12粘胶纤维1.7/40无光的+0.1%akd23粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd14粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd25粘胶纤维1.7/40无光的+1%akd26天丝1.7/38无光的(整理剂已除去)7天丝1.7/38无光的(商品级)7c天丝1.7/38无光的+0.1%akd18天丝1.7/38无光的+0.1%akd29天丝1.7/38无光的+0.5%akd110天丝1.7/38无光的+0.5%akd211天丝1.7/38无光的+1%akd212未经漂白的棉13经漂白的棉+0.5%akd114经漂白的棉+0.5%akd215大锤试验：通过en1202pps中描述的大锤试验测定纤维的柔软度。此试验的关键要素是：收集5g纤维样品并用例如mtda-3rotorring设备梳理两次。根据edana指示(ert60.2-99)将纤维调理至少24小时且使用靠模板切成小段。将所述材料置于试验机器中并安装大锤(负重2000g)且将其放于所述样品上。开始测试并于10秒之后测量拖拽大锤需要的力量。纤维表面越柔软，向前拉动大锤需要的力量越小。为了比较各种样品的柔软度，计算拖拽经处理的纤维样品较之于拖拽类似的市售样品或除去柔软整理剂的类似的市售样品的力量比。例如，表2中可以看出：用疏水剂处理过的粘胶纤维的柔软度比同等的市售产品高2.23倍。表2：对典型的商品纤维的大锤试验结果样品纤维样品大锤试验[n]柔软度1c粘胶纤维(商品级)9.816粘胶纤维+1%akd24.42.237c天丝(商品级)9.3112天丝+1%akd25.31.75在第二试验系列中，从未干燥的纤维素纤维已用较低浓度的akd处理(表3)。表3：在较低浓度的akd下的大锤试验结果样品纤维样品大锤试验[n]相对于未经整理纤维的柔软度相对于商品纤维的柔软度1粘胶纤维1.7/40m(未经整理的)11.5410.851c粘胶纤维1.7/40m(商品级)9.81.1812粘胶纤维+0.1%akd15.012.31.963粘胶纤维+0.1%akd24.862.472.024粘胶纤维+0.5%akd14.812.42.045粘胶纤维+0.5%akd24.902.362.07天丝1.7/38m(未经整理的)10.9110.857c天丝1.7/38m(商品级)9.321.1718天丝+0.1%akd15.491.991.699天丝+0.1%akd25.651.931.6510天丝+0.5%akd15.721.911.6311天丝+0.5%akd25.272.071.77试验结果显示：使用低含量的疏水剂处理的纤维素纤维具有的柔软度也比未经处理的、未经整理的人造纤维素纤维高大约2-2.5倍并且比同等市售纤维素人造纤维高大约1.7-2倍。表4中的结果显示用疏水剂处理对于明亮纤维或无光纤维、对具有不同线性密度的纤维和对具有多叶片横截面的纤维同等有效。表4：对各种人造纤维素纤维的大锤试验结果纤维样品大锤试验[n]柔软度因子粘胶纤维1.2/36明亮的14.062.91粘胶纤维1.2/36明亮的+0.1%akd24.831粘胶纤维2.8/30无光的12.222粘胶纤维2.8/30无光的+0.1%akd26.11莱赛尔纤维6.7/60明亮的14.452.04莱赛尔纤维6.7/60明亮的+0.1%akd27.081多叶片粘胶纤维3.3/3015.252.28多叶片粘胶纤维3.3/30+0.1%akd26.681在第三试验系列中，评价疏水剂对棉的影响(表5)。表5在经处理的棉上的大锤试验结果纤维样品大锤试验[n]柔软度因子未经漂白的棉10.021经漂白的棉(商品级)6.71.50经漂白的棉+0.5%akd17.111.41经漂白的棉+0.5%akd26.971.43尽管带有额外的柔软整理剂的市售漂白棉比天然未经漂白的同等物更柔软，但这是以损失其疏水特征为代价而达到的。使用疏水剂可以维持此疏水性同时产生比天然存在的产品柔软1.4倍且类似于经漂白和经整理的市售产品的纤维。所述材料可以用所有最新无纺技术，包括例如针刺法、水刺法和气流成网法进行加工。常规纺织物加工途径也是可以的。本发明的纤维可以用于不同应用中，尤其是用于无纺织物，例如用于具有高柔软度和蓬松度的生物可降解抹布或具有提高的静电性能的家用抹布，用于卫生棉，尤其是用于具有高柔软度和低摩擦的卫生棉包覆材料(coverstock)或用于线绳应用，用于医疗领域，例如用于抗血液和液体的盖片和布单或长袍和面罩应用，用于
技术领域：
，例如用于汽车内饰、汽车座椅的疏水层，土工(geo)织物和农业织物，用于过滤，特别是用于油的过滤、或脂肪除去、用于棉束、油漆分散体和作为增强纤维，用于纺织物应用，用于家用纺织物，例如填料、垫料和寝具、羽绒被、棉被(comforter)、枕头、床垫、一次用毯，用于运动领域，作为毛线类，尤其是用于双面都极柔软的，动物衣服和寝具。无纺布本发明的另一目的是提供无纺布，其显示较低的堆密度和较高的柔软度，这是在许多应用中所希望的。经处理的纤维可以用最新的无纺技术，例如针刺法、水刺法和气流成网法进行加工。特别地，因为akd与再生纤维素纤维之间的化学键合如此之强，所以经处理的纤维可以经受相对严格的水刺加工条件。根据本发明的无纺网和织物的特征在于：它们含有根据本发明的疏水性纤维素纤维。所述织物可以由疏水性纤维素纤维单独制成或由与人造丝、天丝、聚酯或无纺生产中使用的任何其它纤维的共混物制成。为了证明本发明在织物性能方面的益处，用针刺和水刺技术制备一些样品并用抗弯刚度和handle-o-meter试验测试这些样品的柔软度和挠性以及堆密度。针刺织物在tectex(意大利)建造的中试生产线上进行生产并制成60gsm(g/m2)或120gsm的织物，以每单位刺100-200针从两面刺针并且针入深度为16-18mm。水刺织物在中试设备上在niri生产得到55gsm的基础重量。根据edanawsp90.5(05)测试抗弯刚度用于弯曲长度。在此试验中，织物条一端固定，另一端自由并支撑在水平平台上。所述织物条在平台边缘上前进直到所述试样的前沿已到达穿过所述平台边缘的平面并且在该水平面以下呈41.5°角倾斜。此刻，悬垂长度等于所述试样弯曲长度的2倍，由此可以计算弯曲强度。抗弯刚度根据wsp法在4个方向上测量：所述织物的前面和背面的md(机器方向)和cd(横向)。将这些值平均并与由未经处理的纤维制成的重量相当的织物相比较。handle-o–meter试验根据wsp90.3.0(05)进行。在此试验中，待测的无纺织物穿过受限的开口通过柱塞使其变型并记录所需要的力。所需要的力较低等同于更柔软更挠性的织物。根据edana法由面积重量[wsp130.1(05)]和厚度[wsp120.6(05)]计算堆密度。对于所有试验，将各结果标准化为由未经处理的纤维制成的织物的相关对比并以百分比表示。对于所有试验，低于100的百分比结果显示性能的提高，如较低的弯曲长度、较低的抗弯刚度、handle-o-meter试验中需要的较低的力或较低的堆密度，并因此对于相同的基础重量来说形成较厚的织物。结果可在表6、7和8中找到。针刺织物的实施例：实施例f从未干燥的粘胶纤维1.7dtex/40mm用根据实施例b的0.5%akd溶液处理。将经干燥的纤维进行加工形成标称基础重量为60gsm和120gsm的织物。实施例g从未干燥的天丝纤维1.7dtex/38mm用根据实施例d的0.5%akd溶液处理。将经干燥的纤维在针刺中试设备中进行加工形成标称基础重量为60gsm和120gsm的织物。表6显示了根据实施例f和g的针刺织物的柔软度/挠性结果。在所有情况下，使用经处理的纤维导致更柔软/更挠性的织物，相比于由标准的未经处理的纤维制成的织物高了17-61%。在抗弯刚度和handle-o-meter试验之间存在良好的相关性。表6针刺织物的柔软度/挠性结果织物样品基础重量gsm抗弯刚度%handle-o-meter%粘胶纤维1.7/40无光的标准的60100100粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd1608283粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd2607870粘胶纤维1.7/40无光的标准的120100100粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd11205379粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd21206074天丝1.7/38无光的标准的60100100天丝1.7/38无光的+0.5%akd1608366天丝1.7/38无光的+0.5%akd2605139天丝1.7/38无光的标准的120100100天丝1.7/38无光的+0.5%akd11205656天丝1.7/38无光的+0.5%akd21205956水刺织物的实施例在水刺中试设备上将根据样品b和d制成的纤维转化并加工形成标称基础重量55gsm的织物。制成100%的织物和与市售粘胶纤维和天丝的共混合物的织物。表7和8显示了通过handle-o-meter测量的对织物柔软度的影响。使用经处理的纤维对通过handle-o-meter测量的织物柔软度和挠性具有非常显著的影响，其中100%经处理的纤维得到了超过50%的柔软度提高。表7：55gsm粘胶纤维水刺织物的柔软度/挠性结果织物样品handle-o-meter%100%粘胶纤维1.7dtex/40mm无光的标准的100100%粘胶纤维1.7/40无光的+0.5%akd248加入即使较小共混百分比的经处理纤维对通过handle-o-meter测量的织物柔软度也具有非常显著的影响，其中柔软度随着共混百分比增加而增加(表8)。表8：55gsm天丝/经处理的粘胶纤维共混物水刺织物的柔软度/挠性结果织物样品共混物handle-o-meter%100%天丝1.7dtex/38mm无光的nw10090%天丝1.7/38与10%粘胶纤维1.7/40+0.5%akd255.680%天丝1.7/38与20%粘胶纤维1.7/40+0.5%akd241.370%天丝1.7/38于30%粘胶纤维1.7/40+0.5%akd237.8由经处理的纤维制成的织物显示出比由相同的未经处理的纤维制成的织物更低的堆密度并且通常在针刺织物中在相同厚度情况下使得基础重量能够降低10%。表9：针刺织物的堆密度：样品基础重量[gsm]堆密度%粘胶纤维1.7/40无光的标准的120100粘胶纤维+0.5%akd112089粘胶纤维+0.5%akd212092天丝1.7/38m无光的标准的60100天丝+0.5%akd16090天丝+0.5%akd26092天丝1.7/38无光的标准的120100天丝+0.5%akd112075天丝+0.5%akd212080当使用经处理的纤维作为相同的未经处理纤维的100%的替代物时，堆密度降低超过25%(表10)：表10：55gsm的水刺织物的堆密度样品堆密度%100%粘胶纤维1.7dtex/40mm无光的标准的100100%粘胶纤维1.7/40+0.5%akd272经处理的纤维降至5%的低比例共混物降低了所述织物的堆密度(表11)：表11：经处理纤维的较小比例共混物对55gsm天丝水刺织物的堆密度的影响样品堆密度%100%天丝1.7dtex/38无光的标准的10095%天丝1.7/38无光的标准的与5%粘胶纤维1.7/40+0.5%akd297总的来说，根据本发明的无纺布显示出增加的柔软度并且其特征在于：所述无纺织物的抗弯刚度(刚度)比由可比的未经处理纤维组成的无纺织物的刚度低至少15%但最高达49%。还发现在相同条件下根据本发明的无纺织物与未经处理的纤维相比显示出较低的堆密度，其中由100%经处理的纤维制成的织物堆密度降低最高达25%。用疏水剂处理的纤维素网或织物还可以用疏水剂处理由标准人造纤维素纤维或漂白棉制成的纤维素织物，条件是首先除去织物上的任何柔软整理剂。在水刺织物的情况下，除去柔软整理剂可以通过水刺法本身或随后在单独的除去步骤中完成。如果需要完全疏水的织物，则此方法是有用的。实施例h：将由标准市售天丝或标准市售粘胶纤维样品生产的水刺织物样品放入0.1%akd2溶液中并搅拌。5分钟后取出样品，挤压并放入70℃的干燥器的室中干燥。所得织物为完全抗水和柔软的。用前面描述的handle-o-meter法测量相对于未经处理的织物的柔软度，结果示于表12和13中。用疏水剂处理的织物的柔软度为标准的未经处理水刺织物的柔软度的大约50%。表12：handle–o-meter：用疏水剂处理的水刺粘胶纤维织物织物-纤维类型和织物处理handle-o-meter[%]100%粘胶纤维1.7/40mm无光的，未经处理100100%粘胶纤维1.7/40mm无光的，用0.1%akd2处理52表13：handle–o-meter：用疏水剂处理的水刺天丝织物织物-纤维类型和织物处理handle-o-meter[%]100%天丝1.7/38无光的，未经处理100100%天丝1.7/38无光的，用0.1%akd2处理4280%天丝1.7/38无光的/20%粘胶纤维1.7/40无光的，用0.5%akd2处理45生物可降解性/可堆肥性：将由用疏水剂处理的纤维制成的针刺织物(选自用于评估柔软度和堆密度的那些，参见表6和9)切成大约3x4cm的小片，称重和然后埋于土壤中。2周、1个月和2个月之后取出样品并称重以检查生物降解水平。2个月后所有样品均完全降解。结果在表14中给出。根据astmd6400(或dineniso14855或dinen14046)的试验说明：如果所有的有机化合物都分解为也是自然代谢产物的不同的化学结构，则材料是生物可降解的。这必须在有机堆肥期间发生。由粘胶纤维和莱赛尔纤维(市售的且用akd2处理过)组成的无纺织物满足这些参数。表14：样品的重量减少：土壤掩埋时间当前第1页12