里奥塞尔纤维及其制法的制作方法

专利名称：里奥塞尔纤维及其制法的制作方法
本申请要求拥有1996年8月23日提出申请的临时申请系列号60/023,909和60/024,462两者的优先权。
本专利涉及具有新奇性质的里奥赛尔(Lyocell)纤维及其制法。本申请还涉及用这些纤维生成的纱线和含有这些纤维的织物和无纺织物。具体地说，此方法包括先将纤维素溶解在氧化胺中形成纺丝原液。然后，将纺丝原液经小孔挤入拉伸纤维素溶液潜丝的空气流中，或将纺丝原液经小孔离心排出制成潜纤维。然后，将潜纤维在液体非溶剂中再生形成纤维。无论那种方法都可以生产自粘合无纺织物。
用粘胶法和铜铵法再生的纤维素的强力纤维已经有100多年历史。后一方法在1890年取得专利，两年后粘胶法也获得专利。在粘胶法中，先将纤维素浸入碱化浓度苛性钠中生成碱纤维素，然后同二硫化碳反应生成纤维素黄原酸酯，随之，将纤维素黄原酸酯溶于稀苛性钠溶液。经过滤和脱气后，将黄原酸酯溶液从液面下的喷丝嘴挤入硫酸、硫酸钠、硫酸锌和葡萄糖的再生浴中形成连续长丝。得到的所谓粘胶人造丝目前广泛用于纺织工业，过去曾广泛用于橡胶制品的增强，如轮胎和传送带。
纤维素也可溶于氨的氧化铜溶液中，这一性质构成制造铜氨人造丝的基础。将纤维素溶液经过液面下的喷丝嘴进入5％苛性钠溶液或稀硫酸中形成纤维。经脱铜和洗涤后，得到的纤维具有高的湿强度。铜氨人造丝可制成很低旦的纤维，全部用于纺织工业。
最近开发了其它的纤维素溶剂，一种这样的溶剂是基于四氧化氮在二甲基甲酰胺。尽管进行了许多的研究，但是还没有用这种方法制造再生纤维素纤维的工业方法。
相当时间以来已经知道叔胺-N-氧化物可以用作纤维素的溶剂。Graenacher在美国专利2,179,181中公开了一组适用作溶剂的氧化胺的物质。但是该发明人仅能制成低浓度的纤维素溶液，并且溶剂回收成为主要问题。Johnson在美国专利3,447,939中讨论使用无水N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)和其它的胺N-氧化物作为纤维素和其它许多天然和合成聚合物的溶剂。但是这些溶液仍然是固体含量很低。在其后的美国专利3,508,941中，Johnson提出在溶液中混合各种天然和合成聚合物同纤维素形成紧密混合物。为降低纺丝原液粘度，加入纤维素的非溶剂如二甲基亚砜。将此聚合物溶液直接在冷甲醇中纺丝，但是得到的丝强度相当低。
然而，1979年开始，公布了一系列专利用各种的胺氧化物作溶剂制备再生的纤维素纤维。具体地说，约含12％水的N-甲基吗啉-N-氧化物是特别有效的溶剂。在加热的条件下，一般为90-130℃，将纤维素溶解于此溶剂中，并经有大量细孔的喷丝嘴挤入空气中。纤维素纺丝原液丝连续经在空气中机械拉伸约3-10倍，使分子取向。然后使纤维进入非溶剂，一般为水中，使纤维素再生。还提出了其它的再生溶剂，如低级脂肪醇。此方法的实例在McCorsley和McCorsley等人的美国专利4,142,913、4,144,080、4,211,574、4,426,221和4,416,698等有过详细讨论。Jurkovic等人在美国专利5,252,284和Michels等人在美国专利5,417,909中专门讨论了溶于NMMO中的纤维素纺丝的挤出喷嘴的几何学。Brandner等人的美国专利4,246,228是许多专利的代表，这些专利公开了使用各种化合物作为稳定剂以防止纤维素和/或溶剂在热的NMMO溶液中降解。Franks等人在美国专利4,145,532和4,196,282讨论了将纤维素溶于胺氧化物溶剂以及达到较高纤维素浓度的困难。
由NMMO溶液纺丝的纤维素纺织纤维被称作里奥赛尔纤维。里奥赛尔纤维是由有机溶液沉淀出的纤维素组成的纤维的一般的名称，其中，未发生羟基取代和不生成化学中间体。一种由Courtaulds,Ltd.生产的里奥赛尔产品是市场上出售的Tencel纤维。这些纤维是0.9-2.7旦重量和更重。旦是9000米纤维的重量的克数。由于很细，由其制成的纱线制备的织物具有极好的手感。
现在制成的里奥赛尔纤维的一个限制是其几何功能。它们是连续形成的，一般具有非常均匀的，通常为圆形或椭圆形截面，纺丝时缺乏卷曲，具有相当光滑的带光泽的表面。这使其作为短纤维不太理想，因为难于在梳理过程达到均匀的分开，得到不均匀的混合和不均匀的纱线。为部分校正直线纤维的问题，在切短之前，人造短纤维总是要在辅助过程中进行卷曲。在Sellars等人的美国专利5,591,388或5,601,765中可看到卷曲的实例，其中，拉出的纤维在填塞箱经压缩并用干气流加热。还应指出，具有连续均匀截面和有光泽的表面得到常具有“塑料”外观的纱线。由热塑性聚合物制造的纱线常需要在纺丝前加入褪光剂，如二氧化钛。Wilkers等人在美国专利5,458,835中讨论了具有十字形截面和其它形状截面的粘胶人造丝纤维。Michels等人在美国专利5,417,909中公开了使用异型喷丝嘴生产具有非圆形截面的里奥赛尔纤维，但该发明人不知道这种方法的任何商业用途。
Kaneko等人在美国专利3,833,438中讨论了用铜氨人造丝方法制造自粘合的纤维素无纺织物。但据本发明人所知，自粘合的里奥赛尔无纺织物尚未出现。
通过许多挤出法已生产了合成聚合物的低旦纤维。其中三种方法与本发明有关。一种称为“熔喷”法。将熔融聚合物经过一系列小直径孔挤出到通常与挤出纤维平行流动的空气流中。随着冷却拉伸纤维。拉伸有两种目的一定程度的分子的纵向取向，以及降低纤维的最终直径。另一种相似的方法叫“纺粘”法，纤维被挤进管中经过管端真空产生的经过管中的空气流拉伸。总之，纺粘法纤维是连续的，而熔喷法的纤维一般呈分离的短长度。另一方法叫“离心纺丝”法，区别在于，熔融聚合物经快速旋转滚筒侧壁的小孔排出，随着滚筒转动由空气阻力稍稍拉伸。但是一般没有象熔喷那样的强空气流存在。这三种方法都可以用来制造无纺织物。因为已经多年来商业生产，这些方法已有广泛的专利和技术文献。熔喷的代表性专利是Weber等人的美国专利3,959,421和Milligan等人的美国专利5,075,068。Weber等人的专利使用在气流中喷水以迅速冷却纤维。在PCT Publication WO91/18682中讨论了稍稍有关的方法，这方法涉及用改进的熔喷法涂纸。所建议的涂布材料是含水液体，如“淀粉、羧甲基纤维、聚乙烯醇、胶乳、细菌纤维素悬浮液的水溶液或任何的含水材料、溶液或乳液”。但是，此方法是将挤出的材料雾化而不是形成潜纤维。Zikeli等人在美国专利5,589,125和5,607,639中提出在纤维离开喷丝嘴时用空气流横跨挤出的里奥赛尔纺丝原液。此空气流只用于冷却而不拉伸纤维。
在Rook等人的美国专利5,242,633和5,326,241中例举了离心纺丝法，Okada等人在美国专利4,440,700中讨论了用于热塑性材料的离心纺丝法。当材料排出时，在喷丝嘴周围纤维呈环形被扑集住并由流动的冷液幕向下移动。适用于此法的聚合物包括聚乙烯醇和聚丙烯腈。在这两种材料的情况下，材料经“湿”纺，即在溶液中纺丝，用凝固浴代替了冷却液幕。
除了上述的Kaneko等人的专利外，类似于熔喷、纺粘和离心纺丝的方法从未用于纤维素材料，因为纤维素本身基本上是不熔的。
极细纤维，叫作“微旦纤维”，一般是指1.0旦或更低的纤维。由各种合成聚合物如聚丙烯、尼龙或聚酯制成的熔喷纤维的直径低至0.4微米(约0.001旦)。但是这些纤维的强度和“韧度”一般较低，当用于服用织物时，吸水性差是不利因素。只在不久前才由粘胶法制成0.5旦的微旦纤维素纤维。
本发明制成新的里奥赛尔纤维，克服了由合成聚合物生产的纤维、人造丝和目前得到的里奥赛尔纤维的许多限制。可以生成低旦和旦分布的纤维。同时，每支纤维具有粗杂表面，沿其长度有各种形状的截面和直径以及明显的天然卷曲。所有这些都是大多数天然纤维所有的而目前商业生产的里奥赛尔纤维所没有的性能。
本发明涉及再生纤维素纤维和织物的生产方法以及所生产的纤维和织物。这里所用的“纤维素”和“再生纤维素”等词范围相当宽，包括纤维素同其它天然和合成聚合物的混合物，这些混合物可以相互溶于纺丝溶剂中，其中纤维素占重量的大部分。具体说，本发明涉及由纤维素在胺N-氧化物的溶液通过相似于熔喷或离心纺丝方法得到的低旦纤维。在使用“熔喷”、“纺粘”或“离心纺丝”等法时，应理解是指相似于用于生产热塑性纤维的方法，尽管纤维素是在溶液中和纺丝温度只是中等高。“连续拉伸”一词是指现在的商业制作里奥赛尔纤维的方法，使用机械法拉伸，先经过空气间隙以使纤维伸长和分子取向，然后经过再生浴。
本方法包括将纤维素原料溶于含某些水的胺氧化物，具体说，优选为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)中。可以通过已知的技术，如在上述的McCorsley或Franks等人的专利中讨论的方法制备此纺丝原液或纤维素在NMMO中的溶液。在本发明的方法中，然后将纺丝原液在稍高的温度下用约90-130℃的泵或挤出机转移到纺丝设备中。最终，纺丝原液经过许多小孔进入空气。在熔喷情况下，挤出的纤维素纺丝原液股线由与丝的途径平行方向流动的扰动气流收集。随着纤维素溶液经小孔挤出，在离开小孔后的连续流线中，液体线或潜丝被拉伸(或直径明显降低和长度增加)。扰动引导了自然卷曲以及纤维之间和沿单独纤维长度最终纤维直径有一些变化。这与连续拉伸的纤维明显不同，后者的直径是均匀的，缺少卷曲或必须在后纺丝过程引入卷曲。这些卷曲是不规则的，峰-峰波幅大于约一纤维直径和周期大于约5个纤维直径。
纺粘可以看作熔喷的一种，纤维收集和拉伸在空气流中而没有机械拉伸。在本发明中，熔喷和纺粘应看作功能相同。
当用离心纺丝生产纤维时，纺丝原液股线经小孔排入空气中，由纺丝头赋予的惰性拉伸。然后将丝进入再生溶液或将再生溶液喷于丝上。再生溶液是非溶剂，如水、低级脂肪醇或这些化合物的混合物。用作溶剂的NMMO可以从再生浴中回收再使用。
当用熔喷和纺粘制备时，潜纤维股周围的空气的扰动和振动被认为是其独特几何形状的原因。
低至0.1旦或更低旦的丝可以很容易地制成。旦可以通过许多因素控制，包括但不限于孔的直径、气流速度、喷丝头速度和纺丝原液粘度。纺丝原液粘度又决定于纤维素聚合度和浓度。纤维的长度同样地可以由挤出孔周围的空气流的设计和速度控制。根据纺丝条件可以得到连续纤维或相当短的短纤维。可以很容易地改进设备以形成单独纤维或使之成为纤维素无纺织物织物。在后者的情况下，在纤维素再生前，可以形成织物并成为自粘合的。然后，由此，从再生介质连续回收纤维，经进一步洗涤、如果需要则漂白、干燥、和处理。
在缺乏褪光剂下，纤维的光泽明显低于连续拉伸的里奥赛尔纤维，所以没有“塑料外观”。这被认为是由于在高倍显微镜下显示的独特的“粗杂”表面。
通过适当地控制纺丝条件，可以得到具有不同的截面形状和相当窄的纤维直径分布的纤维。直径和截面构型的某些不同一般沿单独纤维的长度和纤维之间出现。对再生纤维素来说这些纤维是独特的，在形态上类似于天然纤维。
由熔喷或离心纺丝得到的纤维具有天然卷曲，非常有别于由填塞箱所赋予的卷曲。由填塞箱所赋予的卷曲相当规则，具有相当低的波幅，一般低于一个纤维直径，以及短的峰-峰周期，一般等于2-3个纤维直径。本发明的纤维的卷曲具有不规则的大于一个纤维直径的幅度，不规则度很高的超过约5个纤维直径的周期。纤维具有卷曲的或波形的外观。
本发明的纤维的性能可以与传统的纺织方法的梳理和纺丝相匹配。尽管具有许多天然纤维的属性，但是可以得到天然纤维没有的微旦纤维。可以直接制成自粘合织物或紧密卷绕的多层纱。
本发明的一个特别的优点是能形成纤维素同本来认为不能相容的聚合物材料的混合物。胺氧化物是极有效的溶剂，可以溶解除纤维素外的许多其它的聚合物，因此能形成纤维素同材料如木质素、尼龙、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、淀粉、聚乙烯醇、聚酯、酪素、纤维素醋酸酯、链淀粉、胶淀粉、阳离子淀粉等的混合物。每种材料同纤维素的均匀混合物可以制成具有新的和独特性质的纤维。
本发明的目的是提供由在胺氧化物-水介质的溶液中通过类似于熔喷、纺粘或离心纺丝方法生成低旦再生纤维素纤维或纤维素混合物纤维的方法。
本发明还有一个目的是提供具有生成纱线的有利的几何形状和表面特性的低旦纤维素纤维。
本发明还有的一个目的提供具有天然卷曲和低光泽的纤维。
本发明的另一个目的是提供具有许多性能类似或超过天然纤维的再生纤维素纤维。
本发明还有一个目的是提供一个所有的化学品可以方便地回收和再利用的方法生产上述类型纤维。
本发明的另一个目的是提供自粘合的里奥赛尔无纺织物织物。
在阅读下面的详细叙述和参考附图后，这些和许多其它目的对熟悉本领域的技术人员就会容易理解。


图1是用于本发明实际的步骤的流程图。
图2是本发明所用的典型离心纺丝设备的部分透视图。
图3是本发明适用的熔喷设备的部分透视图。
图4是可用于上述熔喷设备的典型挤出头的截面图。
图5和6各是市售的里奥赛尔纤维在100倍和10,000倍放大的扫描电子显微照片。
图7和8各是由离心纺丝生产的里奥赛尔纤维在200倍和10,000倍放大下的扫描电子显微照片。
图9和10是显示沿单独离心纺丝纤维截面的2,000倍放大的扫描电子显微照片。
图11和12各是熔喷制的里奥赛尔纤维的100倍和10,000倍放大的扫描电子显微照片。
图13是用熔喷法生产自粘合里奥赛尔纤维无纺织物流程图。
图14是用离心纺丝法生产自粘合的里奥赛尔纤维无纺织物流程图。
本发明所用的纤维素原料的类型是不严格的。可以使用漂白或未漂白的木浆，这些木浆可以通过各种方法制备，其中硫酸盐法、预水解的硫酸盐法或亚硫酸盐法是其代表。许多其它的纤维素原料如提纯的棉籽绒同样适用。在溶于胺氧化物之前，纤维素如果呈板状，一般要撕成细绒毛以便于溶解。
可以用已知的方法制备纤维素溶液，如McCorsley在美国专利4,246,221中讨论的方法。这里，纤维素在非溶剂的约40％NMMO和60％水的混合物中是湿的。纤维素与湿NMMO的重量比约为1.5∶1。在约120℃和减压下在双臂西格马浆式搅拌机中将混合物混合约1.3小时直到足量水被蒸出，留下为NMMO约12-14％的水，从而形成纤维素溶液，得到的纺丝原液约含30％的纤维素。或着，开始可以用含适量水的NMMO以排除真空蒸馏的需要。这是在实验室制备纺丝纺丝原液的方便方法，这时市售的40-60％浓度的NMMO可以同仅有约3％水的实验室试剂NMMO混合，得到含7-15％水的纤维素溶液。纤维素中存在的水份可以调节溶剂中所需存在的水份。可以参考Chanzy,H.和A.Peguy，在聚合物科学杂志，聚合物物理版(Journal of Polymer Science,Polymer Physics Ed.).18:1137-1144(1980)的文章和Navard,P.和J.M.Haudin在英国聚合物杂志(British Polymer Journal),174页，1980年2月的文章以制备纤维素在NMMO-水溶剂中的纺丝原液。
参考图1可以看到本发明方法的流程图。如所指出的，纤维素在含水的NMMO的纺丝原液的制备是常规的。非常规的是这些纺丝原液的纺丝方法。纤维素溶液经挤压小孔进入扰动空气流，而不是直接进入象粘胶法和铜氨法那样的再生浴。只是在稍后才是潜丝的再生。但是，本发明的方法也不同于传统的制备里奥赛尔纤维的方法，因为纺丝原液不是作为未断的股线连续地向下拉经过空气间隙进入再生浴。
图2是离心纺丝发的说明。将热的纤维素纺丝原液1进入热的带封闭基座和在侧壁有许多小孔4的通常为中空圆桶或鼓2中。随着圆桶转动，纺丝原液经小孔以细股线8排出。当这些股线遇到来自周围空气的阻力，它们以大倍数被向下拉伸。拉伸量取决于容易控制的因素，如圆桶的转速、孔径和纺丝原液粘度。纺丝原液股线或者由重力下落或者由空气流迫使向下进入装在水槽12中的非溶剂10中，在此，纺丝原液凝固成长度约1-25厘米的单独取向的纤维。或者，纺丝原液股丝8通过由再生溶液源18提供的来自喷嘴环16的喷水部分或全部再生。另外，如后面所述，纺丝原液在再生前或再生中可以制成无纺织物。水是优选的凝固非溶剂，当然乙醇或水-乙醇混合物也是有效的。由此，将纤维收集和洗涤以除去任何残余的NMMO，如需要则漂白和干燥。随后的实施例2将说明实验室离心纺丝的专门细节。
图3和4说明典型的熔喷法的细节。从图3可看出，纺丝原液源(未示出)进入挤出机32，挤出机迫使纤维素溶液到具有许多孔36的喷丝头34。经管线38供给空气或其它气体，围绕和输送挤出的溶液股线40。浴或槽42含有再生溶液44，在其中，股线由溶剂的溶液中再生，得到纤维素纤维。或者，用水喷淋潜纤维，使其再生或部分地再生。拉伸量取决于容易控制的因素，如孔径、纺丝原液粘度、纤维素在纺丝原液中的浓度、以及空气速度和喷嘴的构型。
图4表示典型的挤出孔。孔板20钻有许多孔36。通过一系列的有头螺栓18固定在挤出头22机体上。内部成员24构成纤维素溶液的挤出口26。挤出口26由空气通道28包围，空气通道28围绕挤出的溶液丝40，使其下拉和协助其输向再生介质中。随后的实施例3将详述实验室规模的由熔喷制备纤维。
图5-6所示的是由传统的连续拉伸法制备的里奥赛尔纤维扫描电子显微照片。值得注意的是，这些纤维的直径非常均匀，而且基本上是直线的。从图6中以放大一万倍的照片看是相当光滑的。
图7-10是由本发明的离心纺丝法制造的纤维。在图7中看到的纤维具有不同的直径和稍稍弯曲使其具有天然的卷曲。这种天然的卷曲与在填塞箱得到的规则的波形构型完全不同。无论是波幅和周期都是不规则的，高度和长度至少有几个纤维的直径。大多数纤维是稍微平坦的，有些有大量的扭曲。纤维直径为约1.5-20微米(＜0.1-3.1旦)。大多数纤维接近平均直径12微米(约1旦)。
图8为图7纤维的10,000倍的放大照片。纤维的表面的外观均匀粗杂，完全不同于市售的纤维。从而光泽低和纺丝性能得到改进。
图9和10是在单独离心纺丝纤维上约5毫米间隔取的纤维截面的扫描显微照片。明显显示了沿纤维截面和直径的变化。这种变化是离心纺丝和熔喷纤维的特点。
图11和12是熔喷纤维低和高倍放大的扫描显微照片。纤维直径尽管仍有变化，但低于离心纺丝纤维。然而，这些样品的卷曲则大得多。图12的10,000倍放大的显微照片显示粗杂表面很象离心纺丝纤维。
这两种方法得到的纤维的整个形态学对形成细的紧密纱线是有利的，因为许多特征相似于天然纤维。这被认为是本发明的里奥赛尔纤维的特点。
图13说明用改进的熔喷法制备自粘合的里奥赛尔无纺织物的方法。将纤维素纺丝原液50送到挤出机52，由此进入挤出头54。当从挤出头下降时，空气供应56在挤出孔拉伸纺丝原液股线58。过程参数的选择应使得得到的纤维是连续的而不是杂乱的短长度。这些纤维落在由滚筒62和64支持和驱动的连续移动的有孔带60上，在此形成潜无纺织物织物66。上面的滚筒(未示出)用来压紧纤维确保在交叉点粘合。尽管仍支持在带60上，当织物66沿其路经进行时，由喷雾器70向下喷再生溶液68。从带端将再生产物72除去，由此可进一步加工，如进一步洗涤、漂白和干燥。
图14用离心纺丝制备自粘合无纺织物的另一种方法。将纤维素粘液80送进在侧壁具有许多小孔的快速转动的鼓82中。经孔84将潜纤维排出，受空气阻力和转动的鼓赋予的惰性拉伸或拉长。它们撞击在接受器表面88的的内部侧壁，接受器同轴地位于鼓的周围。接受器可任选具有逐渐收缩圆锥形下部90。再生溶液的幕或喷雾由接受器88的壁周围的环94向下流，将撞击到接收器侧壁的纤维素织物部分凝固。环94的位置可以如图所示，或如果潜纤维自粘合成无纺织物需要更多的时间，也可移到更低的位置。将部分凝固的无纺织物96从接受器的下部90连续机械拉伸进入容器100的凝固浴98。随着织物沿其路经移动，由圆桶形构型变成平面的两层无纺织物结构。取物滚筒106从浴中除去完全凝固的两层织物108。当在滚筒102、104下移动时，织物保持在浴内。任何或所有的滚筒100、102或104可以驱动。然后，织物108连续进入洗涤和/或漂白操作(未示出)，此后进行干燥供储存。可以经撕开或打开成单层无纺织物或需要时保持两层材料。
实施例1纤维素纺丝原液的制备用于此和随后的实施例的纤维素浆是标准的漂白南方软木硫酸盐浆，Grade NB 416，是由北卡莱罗纳州的New Bern的Weyerhaeser Company制造的。其α纤维素含量约88-89％，聚合度约1200。使用前，用纤维分离机将木浆板破碎成基本上单独的纤维和小纤维块。在250毫升的三颈玻璃烧瓶中加入5.3克的分离的纤维素、66.2克97％NMMO、24.5克50％的NMMO和0.05克棓酸丙酯。将烧瓶浸于120℃的油浴中，插入搅拌器连续搅拌约0.5小时。得到直接适用于纺丝的易流动的纺丝原液。
实施例2由离心纺丝法制备纤维所用的纺丝装置是改进的“棉花糖”型，相似于Fuisz等人在美国专利5,447,423中所示的设备。预热到120℃的转子直径为89毫米，以2800转/分钟的速度转动。可以通过封住孔使孔数为1-84。直径700微米的8个孔用于下面的实验。将也是120℃的纺丝原液倾入纺丝转子的中央。涌出的细纺丝原液股线通过重力落在环绕转子的水槽中含有的室温水中。在此再生。尽管偶然有些纤维相互粘合，但大多数仍保持单独的，长度为几厘米。
除了刚讨论的方法外，由漂白和未漂白的硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、微晶纤维素和纤维素同含达30％玉米淀粉或聚丙烯酸的混合物也可成功地制造相似的微旦纤维。
可以通过几种方法控制直径(或旦)。纺丝原液的粘度越高，常生成重的纤维。而纺丝原液粘度又受包括纤维素固体含量或纤维素聚合度的控制。较小的纺丝孔径或较高的鼓转速得到小直径的纤维。具有直径约5-20微米(0.2-3.1旦)的纤维可以重复制造。直径20-50微米(3.1-19.5旦)的较重纤维也能容易地制成。纤维的长度可为约0.5-25厘米，相当程度上取决于系统的几何形状和操作参数。
实施例3通过熔喷法制备纤维将在实施例1制备的纺丝原液保持在120℃并送到原来为制造熔喷合成聚合物的设备中。孔的总长度约50毫米，直径635微米，逐渐降到排放端的400微米。在经过约20厘米的扰动空气浪后，纤维落入水浴中再生。再生的纤维长度不同。形成一些短纤维，但是大部分长度为几厘米几十厘米。挤出参数的不同使可以生成连续纤维。令人吃惊的是，多根纤维沿纤维长度的截面是不均匀的。这一特点预期在用本发明的微旦材料进行紧密纱线的纺丝是特别有利的，因为纤维的整个形态更象天然纤维。
在上述方法的变化中，可以在进入再生浴前使纤维撞击到移动的不锈钢筛带上，可以得到粘合良好的无纺织物。
可以理解，里奥赛尔无纺织物不需要自粘合。它们只可以是部分自粘合或完全不自粘合。在这些情况下，它们可以通过任何已知的方法粘合，包括但不限于水缠绕法，使用粘合剂如淀粉或各种聚合物乳液或这些的方法配合。
实施例4使用微晶纤维素配料制备熔喷里奥赛尔纤维为增加纺丝原液中的固体含量使用微晶配料而不用木浆重复进行实施例1的方法。所用的产品是Avicel型PH-101微晶纤维素，是特拉华州Newark的FMC Corp.的产品。用15克和28.5克微晶纤维素(干重)同66.2克97％NMMO、24.5克50％NMMO和0.05克棓酸丙酯制备纺丝原液。方法如实施例1中所讨论的。得到的纺丝原液各自含有约14％和24％的纤维素。将这些纺丝原液进行如实施例3的熔喷。得到的纤维在形态上基本上相同于实施例2和3的纤维。
可以理解，纤维的旦取决于许多可控制的因素。其中有溶液的固体含量、在挤出头的溶液压力和温度、孔的直径、空气压力、以及熟悉熔喷和离心纺丝技术的人员所知的其它变量。通过熔喷或离心纺丝法可以始终如一地生产具有平均0.5旦或更低的里奥赛尔纤维。0.5旦的纤维相当于平均直径(根据相同的圆截面面积的估计)约7-8微米。
本发明的纤维由X-射线分析测定了结晶度和结晶类型。也同示于下面表中的其它纤维素纤维进行了比较。微旦纤维的数据取自实施例2的离心纺丝材料。
表1不同纤维素纤维的结晶性质纤维 本发明的 普通里奥赛尔 Tencel棉花微旦纤维素 纤维结晶度指数 67％ 65％ 70％ 85％微晶 纤维素Ⅱ 纤维素Ⅱ 纤维素Ⅱ 纤维素Ⅰ在测定单独纤维的抗张强度中遇到一些困难，所以在下面表中的强度数字是估计的。另外，本发明的微旦纤维同许多其它纤维进行了比较。
表2纤维物理性质的测定纤维棉 So.Pine 人造丝(1)丝 离心纺丝 Tencel里奥赛尔典型长度微米 40.540 ＞1045-25可变典型直径微米 20 40 16 10 5 12抗断强度克/旦 2.5-3.0- 0.7-3.2 2.8-5.2 2.1 4.5-5.0(1)粘胶法具有平均直径约5微米的离心纺丝里奥赛尔纤维相当于约0.25旦的纤维。
本发明纤维的粗杂表面造成所希望的低光泽而不需要任何的内部的褪光剂。尽管光泽是难测的性质，但下面的试验将是由实施例2方法制造的纤维和市售的里奥赛尔纤维之间的典型差别。由各自的纤维制成小的湿法的手抄纸，并进行了光反射测定。实施例2材料的反射率是5.4％，而市售纤维的反射率是16.9％。
本发明已讨论了实现本发明的最好的模式。对其它熟悉此领域的人员将可以是理解未曾举出的许多变化应包括在本发明的广阔范围内。
权利要求
1．里奥赛尔纤维，其特征是沿纤维长度和纤维与纤维的横截面直径和横截面构型的可变性。
2．权利要求1的里奥赛尔纤维，包括当以放大倍数10,000观察和如在图8和12中看到的纤维，这些纤维具有均匀的粗杂表面。
3．权利要求1的里奥赛尔纤维，这些纤维具有不规则的卷曲，卷曲的波幅约大于一个纤维的直径，卷曲的周期约大于5个纤维的直径。
4．由离心纺丝法制造的里奥赛尔纤维，这些纤维的特征是沿纤维长度和纤维与纤维的横截面直径和横截面构型的可变性。
5．权利要求4的里奥赛尔纤维，包括当以放大倍数10,000观察和如在图8中看到的纤维，这些纤维具有均匀的粗杂表面。
6．权利要求4的里奥赛尔纤维，这些纤维具有不规则的卷曲，卷曲的波幅大于约一个纤维的直径和卷曲周期约大于5个纤维直径。
7．由熔喷法制造的里奥赛尔纤维，这些纤维的特征是沿纤维长度和纤维与纤维的横截面直径和横截面构型的可变性。
8．权利要求7的里奥赛尔纤维，包括当以放大倍数10,000观察和如在图12中看到的纤维，这些纤维具有均匀的粗杂表面。
9．权利要求7的里奥赛尔纤维，这些纤维具有不规则的卷曲，卷曲的波幅大于约一个纤维的直径和卷曲的周期约大于5个纤维直径。
10．由在接收表面上沉积许多股纤维素溶液然后使纤维素再生制造的里奥赛尔无纺织物。
11．权利要求10的里奥赛尔无纺织物，其中纤维是自粘合的。
12．权利要求10的里奥赛尔无纺织物，其中纤维由水缠绕、粘合剂组成的方法或由这些方法配合粘合的。
13．权利要求10的里奥赛尔无纺织物，其中纤维素溶液股线由熔喷法形成。
14．权利要求10的里奥赛尔无纺织物，其中纤维素溶液股线有离心纺丝法形成。
15．制造里奥赛尔纤维的方法，此法包括将纤维素溶于胺氧化物中形成纤维素纺丝原液，将纺丝原液进行熔喷形成和拉长潜纤维股线，以及使纤维股线再生得到里奥赛尔纤维。
16．权利要求15的方法，其中溶剂是N-甲基吗啉-N-氧化物的水溶液。
17．权利要求15的方法，其中通过纺粘制成纤维。
18．制造里奥赛尔纤维的方法，此法包括将纤维素溶于胺氧化物中形成纤维素纺丝原液，将纺丝原液进行离心纺丝形成和拉长潜纤维股线，以及使纤维股线再生得到里奥赛尔纤维。
19．权利要求18的方法，其中溶剂是N-甲基吗啉-N-氧化物的水溶液。
20．具有平均旦不高于0.5的里奥赛尔纤维。
21．权利要求1、4或7的里奥赛尔纤维，其中纤维包括各种直径的混合物，所说纤维至少一部分低于约1旦。
22．权利要求1、4或7的里奥赛尔纤维，此纤维包括纤维素同非纤维素聚合物的混合物。
23．包括权利要求1、4或7的多根纤维的纺纱。
全文摘要
本发明涉及特征为在高倍放大下有粗杂表面并在沿纤维和纤维之间有不同的截面和直径的里奥赛尔纤维。这种纤维由离心纺丝、熔喷或其纺粘变种方法制造。纤维可以制成平均重量低至1旦或更低的微旦纤维。这种纤维具有固有的低光泽，可以制成紧密纱线用于制备很软手感的织物。或者，可用此纤维制成自粘合的无纺织物。
文档编号D04H3/03GK1238015SQ97198165
公开日1999年12月8日 申请日期1997年8月22日 优先权日1996年8月23日
发明者M·罗, V·A·洛斯里, A·N·尼奥吉, R·A·杰威尔 申请人:韦尔豪泽公司