[发明专利]非对称硅浸渍的无纺布纤维和无纺布的制造方法及其应用

说明书

本发明涉及的是非对称硅浸渍的无纺布纤维及其制造方法，以及无纺布特别是在包装材料领域的应用。

本发明涉及的是非对称硅浸渍的无纺布纤维及其制造方法，以及无纺布特别是在包装材料领域的应用。

众所周知，可通过对纸绒(Papiervlies)进行改性来改变表面特性。通常设有复合材料，其中在纸绒的表面上存在改性层。例如揭示过由纸张和聚乙烯构成的复合材料。这些复合材料通过将纸张表面与聚乙烯薄膜层压在一起来获得。从而产生若干层复合体，其在一面或双面上具有疏水表面特性。采用这些技术无法在纸绒内部实现化学浸渍的各向异性分布。此外，这类复合材料难以回收利用或根本无法回收利用(关键词：微塑料)。主要缺点在于，例如为了进行涂布而需要相对大量材料。

纸张也可以用所谓的施胶剂(如烷基烯酮二聚体(AKD))来疏水。就此方案而言，迄今为止同样未描述过化学各向异性梯度的设定，可能的原因在于：分子在统计上仅与纤维上的官能发生反应，但相互之间不会发生反应。

Dubois等人描述过改变纸绒的表面特性的另一方案(Langmuir,2017,33(1),S.332–339)。该文揭示一种由纸张和SiO₂构成的混合材料，其与非改性纸张相比具有疏水程度高得多的表面特性。但未曾描述过SiO₂梯度。也就是说，该文所揭示的材料既不具有带不同吸水特性的表面，又不具有相对亲水的芯部。其可能的原因在于：无纺布在施加浸渍溶液后首先会在低温下保持相对较长的时间，因而在溶剂大量蒸发前，可能在无纺布的表面和内部形成均匀分布的聚合物浸渍。

化学浸渍的各向异性分布(也可以称为非对称分布)具有大量优点。在此情况下能够以相同的效果施覆涂覆重量轻得多的功能涂层。此外还能通过针对性地设定材料浓度来在材料使用最小的一个处理步骤中产生复杂的结构(如纸张中的夹层式通道)。通过各向异性的化学结构而在无纺布中产生有利的特性曲线，如阻挡效果。例如能够获得一种无纺布，其外部未被流体(如水)润湿，但在内部可吸收相同的流体(并加以释放、转运等等)，下文将对此进行说明。

本发明的目的是克服现有技术中的上述缺陷。特别是提供无纺布纤维，如纸绒，其如此地官能化，使其在横截面中具有化学各向异性的特性。所述无纺布可通过某种方法而制成，该方法能够为纤维(特别是纸纤维)赋予局部疏水或亲水的特性。所述方法较为简单且能够实现不复杂的增量。此外还能获得不同于现有技术中所知的聚合物涂层的生物相容材料。通过形式为梯度的SiO₂分布，该无纺布(特别是纸张)的一面能够吸水，另一面斥水，或者两个表面均斥水并且只能在材料内部吸水，此举类似于化学的夹层结构。此外，还能通过SiO₂设定来设定吸水特性的量。

本发明用以达成上述目的的解决方案尤指一种非对称硅浸渍的无纺布纤维，其中所述无纺布具有两个主表面，其中SiO₂重量比例从所述两个主表面中的至少一个出发朝所述无纺布的内部递减。本发明用以达成上述目的的另一解决方案为一种制造非对称硅浸渍的无纺布纤维，特别是本发明的无纺布纤维的方法，包括以下步骤：

a)提供无纺布纤维，

b)提供浸渍溶液，其中所述浸渍溶液含有硅烷组分，

c)用所述浸渍溶液浸渍所述无纺布，

d)在70℃至190℃的温度下对所述无纺布进行干燥，

其中在步骤c)中的所述浸渍的结束与步骤d)中的所述干燥的开始之间存在最多60秒的时间段。

发明人所研发的方法优选仅使用硅烷组分(特别是优选预聚合的硅酸四乙酯(TEOS))以及无纺布纤维，特别是纸绒，来构建该各向异性的(非对称的)浸渍。所述硅烷组分可以在简单的浸入步骤中被置入纸张。也可以采用其他浸渍法。优选地，所述方法的步骤c)中用浸渍溶液浸渍无纺布是用某种浸渍方法来实现的，该浸渍方法选自由以下构成的群组：浸涂、喷涂(可选地双面)、压胶、辊涂、刮涂和幕涂。特别优选采用浸涂和喷涂。最佳采用浸涂。优选将浸渍溶液均匀分布至无纺布的表面和内部。