纤维状单丝
阅读：460发布：2021-09-18
专利汇可以提供纤维状单丝专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 涉及包含木浆 纤维 的纤维状单丝。纤维状单丝包含至少30重量％的木基天然 纤维素 纤维。，下面是纤维状单丝专利的具体信息内容。
1.一种直径为20-400μm的纤维状单丝，包含至少30重量％的木基天然纤维素纤维，其中所述木基天然纤维素纤维是非再生的。
2.根据权利要求1所述的纤维状单丝，还包含人造纤维素纤维，含有1至50重量％的人造纤维素纤维，优选1至30重量％的人造纤维素纤维，更优选1至20重量％的人造纤维素纤维。
3.根据前述权利要求所述的纤维状单丝，还包含人造纤维素莱塞尔纤维，含有1至50重量％的人造纤维素莱塞尔纤维，优选1至30重量％的人造纤维素莱塞尔纤维，更优选1至20重量％的人造纤维素莱塞尔纤维。
4.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，还包含再循环的纺织品废纤维，含有1至50重量％的再循环的纺织品废纤维，优选30至50重量％的再循环的纺织品废纤维，更优选40至50％重量的再循环的纺织品废纤维。
5.根据权利要求4所述的纤维状单丝，其中所述再循环的纺织品废纤维包括热粘合纤维，任选地包含聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯/聚酯和双组分短切纤维中的至少一种。
6.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，还包含来自消费前纺织品废物的再循环的纺织品废纤维，含有1至50重量％的再循环的消费前纺织品废纤维，优选30至50重量％的再循环的消费前纺织品废纤维，更优选40至50重量％的再循环的消费前纺织品废纤维，这样的再循环的消费前纺织品废纤维根据预处理回收的棉纤维的方法制备，其中所述预处理回收的棉纤维包括金属去除阶段和氧化漂白阶段。
7.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述人造纤维素纤维的长度为
1至10mm，优选2至10mm，更优选4至6mm；和/或纱线支数为0.7至7分特，优选0.9至1.7分特。
8.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述纤维状单丝包含30至99重量％，或50至99重量％，或70至99重量％的木基天然纤维素纤维。
9.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述木基天然纤维素纤维彼此机械地和化学地互连，并且任选地其中所述化学互连通过木基天然纤维素纤维之间的氢键提供。
10.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述木基天然纤维素纤维源自化学纸浆、热机械纸浆、机械纸浆或废纸纸浆。
11.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述单丝还包含0.01至30重量％的添加剂，或优选0.05至20重量％的添加剂，或更优选0.1至15重量％的添加剂。
12.根据权利要求11所述的纤维状单丝，其中所述添加剂包括以下中的至少一种：藻酸盐、藻酸、果胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酰胺、纳米纤维素和树脂如乙酸乙烯酯。
13.根据权利要求11或12所述的纤维状单丝，其中所述纤维状单丝包含添加剂，包括热塑性纤维，任选地以下热塑性纤维中的至少一种：聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯/聚酯和双组分短切纤维。
14.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，其中所述纤维状单丝的密度为800
3
至1700kg/m。
15.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，线性质量密度为5-100克/1000米，为5-100特；或线性质量密度优选为5-50特。
16.根据前述权利要求中任一项所述的纤维状单丝，当根据ASTM D5035测定时，韧度为
5 - 25 cN/特。
纤维状单丝
技术领域
[0001] 该申请涉及包含木浆纤维的纤维状单丝。
[0002] 背景在纺织工业中，存在若干显著不同类型的纱线：
最常见的是这样的纱线，其为包含加捻的具有限定长度的纤维的细绳，所述纤维如棉、羊毛或其他天然纤维或如由聚酯、尼龙或其他合成聚合物制成的合成短纤维。
最常见的是这样的纱线，其为包含加捻的具有限定长度的纤维的细绳，所述纤维如棉、羊毛或其他天然纤维或如由聚酯、尼龙或其他合成聚合物制成的合成短纤维。
[0003] 同样常见的是由无端长丝束组成的长丝纱线。典型的实例包含天然长丝如丝或人造长丝如聚酯、尼龙、粘胶或莱塞尔。
[0004] 又一类型的纱线是由纸张制造成的纸纱线。将纸切成长而窄的带状条带，该条带在特殊的纺轮上加捻。将纸纱线卷成大卷并根据纱线的所需最终性质(疏水性、颜色、摩擦等)进行后加工。最后，纱线卷绕成较小的客户线轴。这意味着在微观尺度上纸纱线具有与纸相同的结构，即它可以退捻成薄纸条带。纸纱线所实现的性质可能限制它的使用和应用。例如，分层或折叠结构通过层之间的毛细管力提高了润湿。折叠结构是多孔的，即所述结构包括纸层之间的间隙，这增加了纸纱线的刚度和厚度。
[0005] 概述本申请的一个目的是提供纤维状单丝，所述单丝包括适于多种用途的性质。这些性质如强度和厚度可能影响纤维状单丝的应用可能性。
[0007] 根据本发明的一个方面，纤维状单丝包含至少30重量％的木基天然纤维素纤维。木基天然纤维素纤维是非再生的。纤维状单丝可包含30至99重量％，或50至99重量％，或在
70至99重量％的木基天然纤维素纤维。
70至99重量％的木基天然纤维素纤维。
[0008] 木基天然纤维素纤维可以机械地和化学地彼此互连。化学互连可以通过木基天然纤维素纤维之间的氢键提供。
[0009] 纤维状单丝还可包含人造纤维素纤维。人造纤维素纤维可具有1至10mm，优选2至10mm，更优选4至6mm的长度和/或0.7至7分特，优选0.9至1.7分特的纱线支数。
[0010] 纤维状单丝还可包含再循环的纺织品废纤维。纤维状单丝还可包含添加剂。纤维状单丝的密度可为800至1700kg/m3。纤维状单丝的直径可为20-400μm。纤维状单丝的线性质量密度可为5-100克/1000米，为5-100特；或优选地线性质量密度为5-50特。当根据ASTM D5035测定时，纤维状单丝的韧度可为5 - 25cN/特。
[0011] 附图用附图更详细地描述了本发明的以下方面，其中
图1示出了根据一个实施方案的20特的纤维纱线的纱线断裂力与纱线拉伸的关系，图2a示出了根据一个实施方案的动态拉伸测试实验期间的力与位置变化的关系，图2b示出了根据一个实施方案的动态拉伸测试实验期间的力与纱线拉伸的关系，图3示出了纤维状单丝的透射显微图(比例条500µm)，
图4示出了在拉伸测试期间纱线断裂之后的20特的纤维状单丝的断裂位置的显微图(比例条500µm)，
图5示出了部分退捻的纸纱线的实例(比例条5000µm)，
图6示出了退捻的纸纱线的透射显微图(比例条100µm)，
图7示出了纤维状单丝的纵向截面，
图8示出了根据一个实施方案的20特的纤维状单丝的截面，
图9示出了从火炬松的不同位置(年轮)收集的木材纤维的应力-应变曲线的实例。
图1示出了根据一个实施方案的20特的纤维纱线的纱线断裂力与纱线拉伸的关系，图2a示出了根据一个实施方案的动态拉伸测试实验期间的力与位置变化的关系，图2b示出了根据一个实施方案的动态拉伸测试实验期间的力与纱线拉伸的关系，图3示出了纤维状单丝的透射显微图(比例条500µm)，
图4示出了在拉伸测试期间纱线断裂之后的20特的纤维状单丝的断裂位置的显微图(比例条500µm)，
图5示出了部分退捻的纸纱线的实例(比例条5000µm)，
图6示出了退捻的纸纱线的透射显微图(比例条100µm)，
图7示出了纤维状单丝的纵向截面，
图8示出了根据一个实施方案的20特的纤维状单丝的截面，
图9示出了从火炬松的不同位置(年轮)收集的木材纤维的应力-应变曲线的实例。
[0012] 实施方案的描述在本说明书和权利要求书中，除非另有说明，否则涉及原料量的百分比值是重量百分比(重量％)。措辞“包含”可以用作开放式术语，但也包括封闭式术语“由......组成”。使用以下参考数字和标记：
1 纤维状单丝，
2 纤维素纤维，
3 纤维状单丝的表面，
4 纤维素纤维的末端，
5 氢键，
x 纵轴。
1 纤维状单丝，
2 纤维素纤维，
3 纤维状单丝的表面，
4 纤维素纤维的末端，
5 氢键，
x 纵轴。
[0013] 纱线支数—特是指“线性质量密度”，即每单位长度的质量(1特=1g/1000米；和1分特=1dtex=1g/10000米)。
[0014] 术语“纤维状单丝”(为了本发明的目的也简称为“长丝”)是指集合的各个纤维的连续长度。纤维可以互锁在一起以便形成永久的单丝结构。单丝不能打开或拆卸。集合在一起纤维不能通过例如机械切割、研磨或化学分离手段分成子结构如纤维带或条带。纤维状单丝的瓦解仅产生各个纤维。纤维状单丝包括数米或数千米的连续长度。
[0015] 天然纤维是指源自植物基原料来源如木材的纤维。天然木基纤维由半纤维素和木质素的基质中的纤维素原纤维组成。纤维素是具有若干葡萄糖单糖单元的线性多糖聚合物。天然纤维素纤维可以在化学或机械制浆工艺中从木材原料分离并且纸浆包括纤维素纤维状材料。
[0016] 纤维素纤维是指源自纤维素、优选源自木基纤维素如木浆的有机纤维。纤维素是包含通过β-(1,4)糖苷键连接的D-葡萄糖单元的线性链的有机化合物。纤维素纤维包括植物基纤维，如木基纤维。纸浆是纤维素纤维混合物的一个实例。天然形式的纤维素纤维是指天然纤维素纤维。天然纤维素纤维尚未经历纤维素聚合物结构的化学或物理改性。
[0017] 根据本发明的一个方面并参考图3和4，纤维状单丝1包括纤维2，也称为纤维状元件，其互锁在一起，使得纤维是永久性纤维状单丝的一部分。至少部分纤维是源自植物基纸浆的纤维素纤维。另外，至少部分纤维可以是人造纤维素纤维(例如莱塞尔、粘胶或莫代尔)。参照图7，单丝结构1的纤维素纤维2通过氢键5彼此互锁。这些氢键可以例如通过使用水或另一种水溶液破坏，以便使纤维状单丝结构返回单独的初级纤维素纤维。
[0018] 根据本发明的一个方面，纤维状单丝由水性悬浮液制成。水性悬浮液包含水、纤维素纤维和至少一种流变改性剂。水性悬浮液可包含木基纸浆纤维或其他短天然纤维素纤维如棉或亚麻或其他短人造纤维素纤维即再生纤维素纤维如粘胶、铜氨或莱塞尔。在制造期间，水性悬浮液被引导通过小喷嘴，在此纤维与流动良好地对齐(取向)(参见后面关于取向的描述)。喷嘴将水性悬浮液进料到加捻和脱水工段，随后是干燥，以获得纤维状单丝。纤维状单丝通过一步法生产。这避免了附加步骤的任何需要，如纸的制造或加工。如此制造的纤维状单丝是连续的，但可以后加工成较短的长度。纤维状单丝的厚度可以至少部分地通过调整制造速度、水性悬浮液浓度和喷嘴几何形状来实现。
[0019] 纤维纤维素纤维是天然纤维，其源自植物基原料来源。植物基原料可来源于纤维素纸浆、精磨纸浆、化学纸浆、热机械纸浆、机械纸浆或废纸纸浆。纤维素纤维可以使用生物、化学、机械、热机械或化学-机械制浆方法从任何含纤维素的材料分离。
[0020] 纤维素纤维可源自纳米纤维素，包括纳米结构的纤维素和纳米尺寸的纤维。有纳米纤维素的若干广泛使用的同义词。例如：纳米原纤化纤维素、微米原纤纤维素、纳米原纤纤维素、纤维素纳米纤维、纳米级原纤化纤维素、微米原纤化纤维素(MFC)或纤维素微纤维。纳米纤维素纤维包括高纵横比，纵横比为长度与宽度的比率。纳米纤维素纤维的宽度或横向尺寸可小于200纳米，优选2-20纳米，特别优选5-12纳米。纳米纤维素纤维的长度或纵向尺寸可例如为1至数微米。纳米纤维素纤维可以从任何含纤维素的材料例如木浆分离。纤维或纤维束的尺寸取决于原料和分离方法。纳米纤维素纤维可以通过高压高温和高速冲击均匀化从木基纤维分离。均匀化过程用于脱层或瓦解纤维的细胞壁并释放其子结构原纤和微纤维。也可以使用木材纤维的酶促和/或机械预处理。纳米纤维素纤维可以天然形式，其没有经历任何化学改性。或者，纳米纤维素纤维可以化学预改性，例如N-氧基介导的氧化。
[0021] 纤维素纤维可包含源自植物的天然纤维。植物基纤维可包括初生或再循环植物材料或其组合。植物基纤维可以源自木材或非木材。植物可包括木材，如软木、硬木或其任何组合。软木可包括云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松、铁杉。硬木可包括桦木、白杨、杨树、桤木、桉树、金合欢。备选地或另外地，纤维素纤维可以源自其他植物(非木材)，如棉花、大麻、亚麻、剑麻、黄麻、洋麻、竹子、泥炭或椰子。非木纤维素纤维也可以来自农业残余物、草或其他植物物质，如稻草、叶子、树皮、种子、壳、花、蔬菜或水果。
[0022] 纤维状单丝包含至少30％重量，优选至少50重量％的天然纤维素纤维。在一个实例中，天然纤维素纤维为30至99重量％，优选50至99重量％，并且最优选70至99重量％。如上所述，天然纤维素纤维是非再生的。因此，天然纤维素纤维尚未经历纤维素聚合物结构的化学再生或物理改性。天然纤维素纤维是非再生的并且主要由纤维素I的结晶结构组成。纤维素I可具有结构Iα和Iβ。人造纤维素纤维是再生的且晶体结构主要不同于纤维素I。纤维素I向纤维素II(或其他形式，如纤维素III或纤维素IV)的转化为不可逆的。因此，这些形式是稳定的并且不能转化回纤维素I。
[0023] 天然纤维素纤维的化学组成、纤维尺寸和纵横比以及长丝中的取向影响纤维状单丝的机械和物理性质。例如，纤维素纤维的机械和物理性质受其化学组成主要是纤维素、半纤维素和木质素的影响。例如，用包含结晶纤维素的纤维可以获得更高的拉伸强度和更高的延展性。随着晶体与无定形区域比率的提高，纤维素纤维的刚性增加且其柔韧性降低。随着初始原纤角(primary fibril angle)的减小，纤维拉伸强度增加且拉伸减少。
[0024] 在单丝结构中，纤维素纤维的纵横比(纤维长度与纤维直径的比率)可以为10至300，优选30至100。纤维的高纵横比对单丝的柔韧性有影响。
[0025] 根据本发明的一个方面，纤维状单丝包含天然形式的纤维素纤维，即天然纤维素纤维。天然纤维素I可能对纤维素或纤维素纤维的结构有序程度有影响。此外，天然纤维素I可能对纤维状长丝的刚性和密度有影响。
[0026] 另外，纤维状单丝可包含其他纤维，如天然植物基纤维、改性或再生天然纤维或合成纤维。纤维状长丝的纤维可包括人造纤维，如粘胶、莫代尔、醋酸酯、人造丝或合成纤维，如聚酯或聚酰胺和再循环的纺织品废纤维。
[0027] 可以将人造纤维素纤维添加到天然纤维素纤维混合物中。人造纤维素纤维可包括纤维长度和直径方面的窄分布，原因是它们来自工业过程，而不是从自然界分离。从自然界分离的天然纤维与人造纤维素纤维相比在纤维长度和直径方面可具有相当宽的分布。薄且长的人造纤维素纤维可以改进纤维状单丝的拉伸强度和拉伸。作为一个实例，纤维状单丝可以完全由人造纤维素纤维制成，这进一步改善了其性质。
[0028] 单丝可包括源自人造纤维素工艺的人造纤维素纤维。人造纤维素纤维是再生纤维素纤维。单丝可包含1至50重量％的人造纤维素纤维，优选1至30重量％的人造纤维素纤维，更优选1至20重量％的人造纤维素纤维。一种这样的方法是所谓的莱塞尔法，其中纤维和其他模塑制品可以从纤维素在含水有机溶剂中的溶液获得。更具体地，NMMO (N-甲基-吗啉-N-氧化物)的水溶液已经是用于商业规模超过二十年的溶剂。通常，在相关的生产设备中使用包含约13重量％纤维素的纺丝原液。纸浆是优选的纤维素原料，但是，根据情况，也可以使用其他纤维素原料如棉短绒。单丝可包括人造莱塞尔纤维。
[0029] 纤维状单丝可包括再循环的纺织品废纤维。纤维状单丝可含有1至50重量％的再循环的纺织品废纤维，优选30至50重量％的再循环的纺织品废纤维，更优选40至50重量％的再循环的纺织品废纤维。再循环的纺织品废纤维可包括热塑性或热粘合纤维，如聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯/聚酯和双组分短切纤维。双组分是指短切纤维的内部结构和外部表面之间的不同材料和/或性质。例如，双组分的外部表面层(一个或多个)可包含热粘合材料。再循环的纺织品废纤维可以均匀地分布在单丝结构中并在后处理步骤中热粘合。热粘合可能导致纤维状单丝的所需性质，例如增加的韧性和更好的可洗性。
[0030] 再循环的纺织品废纤维可以从包含一种纤维类型或不同纤维类型的混合物的消费前或消费后废纺织品分离。消费前(或工业后)废物在纺织品制造工艺期间累积，其中产生显著量的废材料，例如，纺纱废物或来自缝制的切割物。一旦织物被用户丢弃，就会产生消费后废物。用于纺织品再循环的现有途径仅涵盖少量纺织品废物，包括例如向慈善组织捐赠消费后纺织品或者从消费后废切割物生产擦拭物或用于隔绝材料的劣质纤维。WO2015/077807和US2016/237619描述了一种在由再生纤维素生产模塑体中再循环的消费前纺织品废纤维的方法，这两个文献的全部内容以引用的方式并入本文中。根据用于预处理回收的棉纤维的方法制备这样的再循环的消费前纺织品废纤维，其中回收的棉纤维的预处理包括金属去除阶段和氧化漂白阶段。
[0031] 因此，在本发明的一个特定实施方案中，纤维状单丝含有1至50重量％的再循环的消费前纺织品废纤维，优选30至50重量％的再循环的消费前纺织品废纤维，更优选40至50％重量的再循环的消费前纺织品废纤维，这样的再循环的消费前纺织品废纤维根据预处理回收的棉纤维的方法制备，其中回收的棉纤维的预处理包括金属去除阶段和氧化漂白阶段。
[0032] 根据WO2015/077807，棉纤维可从消费前棉废物或消费后棉废物回收。它们可能包括从棉布块制备的纸浆。此外，回收的棉纤维可在其使用前进行机械切碎、研磨或打开。
[0033] 特别是根据WO2015/077807，金属去除阶段可以是酸性洗涤处理和/或用络合剂处理，并且回收的棉纤维可以通过络合剂的水溶液处理。特别地，通过向酸性洗涤处理中添加络合剂可以在一个步骤中组合两种处理。此外，根据WO2015/077807，氧化漂白阶段可包括氧漂白处理和/或过氧化物漂白处理。氧化漂白阶段还可包括臭氧漂白处理。氧化漂白阶段可包括一系列根据上述的氧化漂白处理。
[0034] 服装纺织品废料可由43％的棉、36％的油基纤维(如聚酯、丙烯酸类或类似物)以及21％的天然基纤维(如粘胶、丝绸或类似物)组成，覆盖51％的市场份额，公开于Wrap，2011，“Textiles flow and market development opportunities in the UK”。家用纺织品显示出30％棉和70％其他纤维例如油基和天然纤维的类似组成。该纤维组合物适合作为纤维状单丝生产的原料。纤维状单丝可包含至少30重量％的再循环纺织品纤维素基废纤维，更优选40-50重量％的再循环纺织品纤维素基废纤维。此外，纤维状单丝可包括聚酯、丙烯酸类或聚丙烯纤维或其混合物，其可以确保热粘合并且影响纤维状单丝的所需性质，如增加的韧度或更好的可洗性。
[0036] 取向图4示出了拉伸试验期间在纱线断裂后20特的纤维状单丝的断裂位置的显微图(比例条500μm)。在图4中，纤维状单丝1包括纤维素纤维2。纤维状单丝的各个纤维素纤维主要沿纤维状长丝的长度(即，纵轴x)取向。以单个纤维的纵向尺寸基本上对应于纤维状单丝的纵向尺寸的方式使纤维取向(对齐)。参照图6，从薄纸条带制造的纸纱线的纤维状元件沿加工方向MD具有随机取向并且对应于纱线的纵向方向x。
[0037] 纤维状单丝的初始纤维取向可以在喷嘴中在制造阶段期间实现。喷嘴具有小于或等于纤维的最大长度加权纤维长度的喷嘴出口直径时，纤维基本上在离开喷嘴的悬浮液的纵向x上取向。在加捻和脱水单元中可以进一步控制纤维取向。沿纤维状长丝的长度方向的纤维取向为长丝提供了强度。
[0038] 添加剂除了纤维状元件之外，纤维状单丝可以包含添加剂(一种或多种)。例如，多糖添加剂(一种或多种)如粘合剂、阳离子活性试剂(一种或多种)、交联剂(一种或多种)、分散剂(一种或多种)、颜料(一种或多种)和/或其他改性剂(一种或多种)。在纤维状单丝中添加剂(一种或多种)的总量可以为0.01至30重量％，0.05至20重量％，优选0.1至15重量％。
[0039] 添加剂可包括多糖添加剂，如藻酸盐、藻酸、果胶、角叉菜胶或纳米纤维素或其组合。在纤维状单丝的制造期间，多糖添加剂如藻酸盐可能对形成水凝胶有影响。在纤维状单丝中，多糖添加剂可以设置为与至少一种试剂例如阳离子活性试剂反应。所述试剂可包括盐，如氯化钙或亚硫酸镁。多糖添加剂和试剂之间的化学反应提供了水性悬浮液的粘度和屈服应力的快速增加。增加水性悬浮液的粘度具有提高纤维状单丝的强度的作用。此外，多糖添加剂如藻酸盐可以作为纤维状单丝结构中的粘合剂(一种或多种)。藻酸盐可能引起交联，这可能影响纤维状单丝的纤维的结合。藻酸盐基质可以在纤维周围交联并包裹纤维。
[0040] 添加剂可包括交联剂和试剂对。交联剂可以设置成在喷嘴出口处与试剂反应。交联剂和试剂对之间的交联反应产生了水性水凝胶，并由此影响纤维状悬浮液的初始强度。纤维状单丝可包括0-25重量％的交联剂。交联剂(crosslinking agent)与交联试剂(crosslinking reagent)一起产生了水凝胶，这使得纤维状悬浮液在接下来的制造阶段期间保持其性质。例如，加捻和快速脱水可能会对纤维状悬浮液造成高应力。水凝胶另外影响纤维状长丝的拉伸强度。
[0041] 添加剂可包括分散剂。分散剂可包括阴离子长链聚合物、纳米纤维素、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)或其组合。纤维状单丝可包括0-20重量％的分散剂。分散剂可能对纤维状单丝的剪切强度有影响。
[0042] 根据一个实施方案，纤维状单丝包括30至99重量％的天然纤维素纤维，和另外的0.1至15重量％的粘合剂如藻酸盐。
[0043] 根据一个实施方案，纤维状单丝包含50至99重量％，或70至99重量％的天然纤维素纤维，和另外的0.1至15重量％的粘合剂如藻酸盐。
[0044] 根据另一个实施方案，纤维状单丝包含50至99重量％，或70至99重量％，或优选90至99重量％的天然纤维素纤维，和另外的0.1至10重量％的粘合剂如CMC(羧甲基纤维素)或淀粉。
[0045] 粘合剂对通过氢键化学键合天然纤维素纤维有影响，并因此增加纤维状单丝的机械性质。
[0046] 结构和性质各个纤维(即纤维状单丝的纤维元件)组装(互锁/集合)在一起并且大多数纤维沿纤维状单丝的长度尺寸x取向。
[0047] 参考图3，纤维状单丝包含永久性单丝型结构1。纤维状单丝包括不可取消或不可逆结构。使用机械或化学手段不能将纤维状单丝的结构转化或拆解成整体的子结构如条带或带。由于纤维状单丝通过一步法制备，因此不存在可取消或可逆的这种子结构、中间体或在初始悬浮液和纤维状单丝之间的中间相。纤维状单丝1的瓦解仅产生各个纤维素纤维2。参考图4，纤维状单丝通过牵伸切断，示出了长丝的切断端处的各个纤维素纤维2。图4示出了在拉伸试验期间纱线断裂后20特的纤维状单丝的断裂位置的显微图(比例条500μm)。
[0048] 纤维状单丝的形状可以通过制造工艺来控制。纤维状单丝可具有圆形截面。或者，截面可以是扁平的如椭圆形。在制造工艺期间，如在水性悬浮液的进料期间或在纤维状单丝的干燥工艺期间，可以控制长丝的形状。图8中示出了根据一个实施例关于20特的纤维状单丝的纤维状单丝的截面形状。
[0049] 纤维状单丝结构(不管长丝的形状如何)的特征在于具有均匀且密实的表面纹理3，如图3所示。纤维状单丝不能退捻或以其他方式机械地打开成任何子结构，如纤维带或条带。纤维状单丝的纤维状元件彼此机械地和化学地(例如经由氢键)互连。图5示出了退捻或部分地退捻的纸纱线的实例(比例条5000μm)。在图5中，由纸薄条带制造的纸纱线具有折叠结构，其可以是退捻的。折叠的类似结构导致纸纱线的高度多孔的表面。
[0050] 此外，在外表面单丝的纤维元件2的纵向尺寸也基本上平行于长丝的纵轴x对齐，由此形成紧密和密实的表面结构3。换句话说，完整的单丝表面不包括从单丝的外周表面突出的纤维素纤维的切割端4。紧密的表面结构对增加表面密度和降低纤维状单丝的毛细管吸引力有影响。紧密的表面结构也可能对防止小颗粒进入单丝内部有影响。参考图6，图6显示了退捻的纸纱线的显微图，观察到纵轴MD上的随机纤维取向。还可以观察到从外周表面突出的纤维素纤维的切割端4，形成松散和开放的表面结构。这种表面结构可导致增强的毛细管力并进一步增加小颗粒异物的积聚。
[0051] 根据至少一些/所有实施方案，纤维状单丝可具有800至1700kg/m3的密度。根据至少一些/所有实施方案，纤维状单丝可具有1000至1500kg/m3的密度。作为一个实例，包含70至90重量％的天然纤维素纤维的纤维状单丝可表现出1300 kg/m3的密度。
[0052] 纤维状单丝的纤维可以基本上在纤维状单丝的纵向上设置。另外地或备选地，纤维可具有不规则设置。例如，纤维可以围绕纵轴加捻。在所有情况下，纤维状单丝的结构是不可取消的(/不可逆的)。因此，不可能打开/拆卸单丝结构或将纤维状单丝的纤维退捻。纤维状单丝的直径可为20-400 µm。纤维状单丝的线性质量密度可优选为5-100特，即5-100克/1000米，特别优选纤维状单丝的线性质量密度可为5-50特。
[0053] 图1示出了根据一个实施方案的20特的纤维纱线的纱线断裂力与纱线拉伸的函数关系。在图1的实施方案中，纤维状单丝的断裂力从0.06至0.23kgF (0.6 - 2.3 N)变化。线性质量密度为5-20特的纤维状单丝的韧度为11-15 cN/特。线性质量密度为20-50特的纤维状单丝20的韧度为5 cN/特。断裂力根据标准ASTM D5035确定。
[0054] 纤维状单丝的断裂伸长率可为2％至6％。单丝的纤维对断裂伸长率有影响。例如，热粘合纤维具有提高纤维状单丝的断裂伸长率值的作用。纤维状单丝的结构和其机械和触觉性质可以通过改变在制造纤维状单丝期间的纸浆浓度和水性悬浮液的加工参数来逐渐改变。
[0055] 纤维基原料可对纤维状单丝的性质有影响。纤维状单丝可包含0-99重量％的源自植物基原料来源的纤维素纤维。纤维状单丝可包含至少30％或至少50％的源自木浆的纤维素纤维。纤维状单丝可任选地包含源自合成材料的初生或再循环纤维，如玻璃纤维、聚合物纤维、金属纤维，和/或源自天然纤维，如羊毛纤维或丝纤维。纤维状长丝可以任选地包括棉、亚麻、大麻、人造纤维素纤维和/或由纺织品废物制成的纸浆。
[0056] 具有“2至3mm”的平均纤维长度(描述短纤维)的纤维和具有“5至10mm”的平均纤维长度(描述长纤维)的纤维的组合可用于积极地影响纤维状长丝的强度和拉伸。
[0057] 具有“1至2mm”的平均纤维长度(描述短纤维)的纤维和具有“2至4mm”的平均纤维长度(描述长纤维)的纤维的组合可用于积极地影响长丝均匀度。
[0058] 图9示出了从火炬松的不同位置(年轮)收集的木材纤维的应力-应变曲线的实例。起源和不同的纤维来源可以改变纤维性质且还可以改变纤维状单丝的性质。纤维可以例如包括不同的：纵横比、直径、弯曲刚度、断裂强度。例如，在春季生长的纤维(描述早材)和在夏末生长的纤维(描述晚材)具有不同的密度、强度和拉伸。低龄木材纤维和高龄木材纤维也具有不同的机械性质。低龄松木纤维的平均拉伸可高至8％，或一些可高至25％，且平均最大拉伸应力为400 MPa，而高龄松木纤维可具有4％的平均拉伸和1200 MPa的最大拉伸应力，如图9中所示(Mechanical properties of individual southern pine fibers. Part III: Global relationships between fiber properties and fiber location within an individual tree. Groom等人，Wood and fiber science. 2002, 34(2), pp. 238-
250)。
250)。
[0059] 纤维状单丝的纤维素纤维的长度可能对纤维状单丝的强度性质有影响。长纤维素纤维(例如北方软木的纤维)能够提供具有良好强度性质的薄纤维状单丝。纤维状单丝的厚度可小于0.1mm。例如，松树可以用作长纤维的来源材料而桉树作为短纤维的来源。源自松木的初生纤维可具有2-3mm的平均长度加权纤维长度。纤维的平均长度加权纤维长度(使用L＆W纤维测试仪测量)是指至少90％的纤维在该平均长度范围内时的长度加权纤维长度。
[0060] 在一个实例中，交联剂-试剂对可能对纤维状单丝的性质有影响。例如，不同试剂可能在强度和拉伸还有其他性质方面有差异，因此进一步影响纤维状单丝的机械和物理性质。
[0061] 在一个实例中，细磨水平(纤维的原纤化)可能对纤维状单丝的性质具有影响。纤维的机械原纤化增加了纤维表面积并因此产生了与其他纤维的更多键合。这改变了纤维状单丝的机械性质。
[0062] 图2a示出了在动态拉伸测试实验期间测量力与位置变化的函数关系。图2b示出了在动态拉伸测试实验期间测量力与纱线拉伸的函数关系。在该测试中，一根纤维状单丝在钳夹之间被循环地拉伸至不同长度并返回到初始长度。在实验期间测量钳夹之间的距离和力。结果显示纤维状单丝可以承受反复拉伸。图2a和图2b还示出纤维状纱线是弹性的。当拉伸力减小时，长丝长度也减小。
[0063] 纤维状单丝的颜色可以通过将纤维状单丝的各个纤维染色或将纤维状单丝本身染色来改变。这可以使用熟练技术人员熟知(例如来自造纸工艺)的方法做到。使用这些染色方法，所得长丝的整个截面具有均匀的颜色。在这种情况下，即使当施加机械应力(例如洗涤、摩擦)时，纱线不会改变颜色。纤维状单丝也可以使用纺织品染料进行染色。例如，可以使用普通的棉和纤维素染料。在制造纤维状单丝之前，水性悬浮液中的各个纤维可以进行染色。这可能对所需的染料量、染料渗透性、染料的磨耗、色调、质量和色调的稳定性具有积极影响。
[0064] 根据本发明的至少一些或所有方面，由于纤维状单丝的可变性质，纤维状单丝使得能够在多个应用中使用该纤维状单丝。纤维状单丝的性质可根据用途进行选择。可以根据纤维状单丝、由纤维状单丝制成的材料、包含纤维状单丝的材料的最终用途和/或包含纤维状单丝的材料的用途来选择纤维状单丝的用途和所需性质。可将若干纤维状单丝型纱线加捻以形成复丝型纤维状结构。
[0065] 纤维状单丝的性质可包括所需的厚度和强度，取决于应用和用途。例如，性质如柔软性、柔韧性、可持续性、耐磨性、形状稳定性、弹性/非弹性和/或与其他材料或纱线的可组合性可能对纤维状单丝的应用可能性有影响。
[0066] 根据本发明的至少一些方面，纤维状单丝具有小水足迹的作用。纸浆基纤维的使用能够利用和再循环木材、纸浆和废纸浆材料。
[0067] 根据至少一些实施方案，纤维状单丝为服装工业提供可持续和生态的手段。在一些应用中，纤维状单丝能够替代例如棉。大规模棉花种植需要大量水源。在已经出现水和食物短缺的地区广泛开展棉花种植。棉花种植减少了食品生产的可用耕作面积，增加了水消耗，并使食物和水供应问题恶化。棉花的使用是不可持续的，需要代替的纤维来源。以前提出的纸纱线的性质和生产方法无法确保替代棉花。
[0068] 根据本发明的至少一些或所有方面，纤维状单丝具有生物降解性效果。天然基纤维的使用确保能够再循环、再利用和重新利用纤维状单丝和由其制成的材料和产品。
[0069] 先前呈现的描述是对本发明的多个方面的说明。在不偏离如权利要求中所限定的本发明范围的情况下，部分或细节可以被替换、改变、组合或省略。
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