CN107250458B

CN107250458B - 热塑性纤维材料及其制备方法

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Publication number: CN107250458B
Application number: CN201680007679.4A
Authority: CN
Inventors: M·朱瓦嫩; T·海杰尔特; J·柯拓佳; A·哈若林
Original assignee: Finnish National Technical Research Center Joint-Stock Co
Current assignee: Finnish National Technical Research Center Joint-Stock Co
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2036-01-28
Also published as: JP2018503756A; EP3250751A1; FI127679B; KR20170109243A; FI20155062A; CN107250458A; EP3250751B1; US20170362775A1; WO2016120528A1; JP6636032B2

Abstract

本发明涉及一种用于制造热塑性纤维材料的方法，包括：形成至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体；通过将包括长纤维的纤维分散在所述至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体中而形成分散体；将所述分散体与包括至少一种热塑性聚合物的可发泡液体或分散体混合；形成至少一种泡沫分散体；以及将所述泡沫分散体或分散体输送至多孔载体并通过多孔载体排出液体以形成幅材或片材，以获得热塑性纤维材料。本发明还涉及可通过该方法获得的材料和制品及与其相关的用途。

Description

热塑性纤维材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及热塑性纤维材料或制品、制造热塑性纤维材料的方法以及所述热塑性纤维材料用于制造热塑性纤维制品的用途。此外，本发明涉及长纤维用于改善热塑性纤维材料的伸长率的用途。可以获得适于深拉应用的热塑性纤维材料或幅材(web)、纸幅或纸板幅材、或纸张或纸板等。

背景技术

纤维，特别是木纤维在制造可模制热塑性幅材中的应用受到限制，因为通常认为纤维类幅材缺乏可模制性能。特别地，这种纤维材料的伸长率不足。来自木纤维的纤维网的伸长率通常非常低(2％-4％)。对于通过使用深拉法将幅材变成3D对象的应用来说，这种伸长率水平太低。

可模制的纤维制品例如可模制的纸浆材料通常用作包括装蛋箱、小型机床包装、育苗盆、小型电子装置用包装等的小包装的包装材料。由这种可模制纸浆材料形成的模制制品通过如下制造：将通常由诸如报纸的废纸制成的可模制纸浆涂布到多孔模具或具有筛网的模具中，然后分几个阶段将可模制纸浆的涂布层进行脱水、压制和干燥。这些模制制品的可视外观通常是朴素的，例如因为它们不被制成幅材形式，因此他们缺乏具有高品质多色印刷装饰品的可行性。此外，添加高性能阻挡层的可行性受到限制。这例如在食品包装应用中将非常重要。

US5785817A描述了一种制造模制纸浆制品的方法，包括以下步骤：将包括主要的纸浆成分、淀粉粘合剂和可热膨胀中空颗粒的可模制纸浆材料与有效使淀粉粘合剂糊化的水混合；将与水混合的可模制纸浆材料填充在模具组件中并在模具组件中压缩可模制纸浆材料；并且将压缩的可模制纸浆材料加热到至少使淀粉粘合剂糊化的糊化温度，由此使淀粉粘合剂糊化以制备可模制纸浆材料的模制纸浆制品。

在本领域中已经提出了几种其它的方法和试剂(例如酶)以改进纤维制品、特别是纤维幅材的性能例如可模制性能。湿幅材可以比干幅材更易拉伸和成形，然而，通常，制品的强度低且表面性能差。

FI 20061049描述了一种用于制造可模制纤维幅材的方法，其中将纤维幅材用化学改性聚合物例如淀粉衍生物、聚合木质素衍生物等的分散体或溶液浸渍。

WO 2014080084描述了包括泡沫成形纤维材料、浸渍在幅材中的至少一种聚合物的可模制纤维制品及其制备方法。在形成幅材或片材之后浸渍聚合物。

JP 2012041657描述了一种增强片材，通过对含有天然纤维和可选的热塑性合成纤维和/或非热塑性化学纤维的组合物进行造纸而得到。

US 5308663描述了可生物降解的非织造纤维素织物模制容器和过滤器。将包括纤维素结构的纤维幅材用作为纤维间粘合剂的细纤维素-壳聚糖复合材料或用物理粘结装置缠结的纤维进行处理。

JP 2000136478描述了通过如下制成的可生物降解的非织造织物：将具有不同熔点的两种聚合物熔融纺丝在一起以形成鞘-芯双组分纤维，将纤维固化，抽吸纤维并将纤维开孔以形成纤维幅材，将幅材热处理以得到具有纤维-纤维熔融粘合部的分散形式的幅材。

热成形塑料材料广泛用于包装用途，特别是在改性气氛包装应用中。在药品包装中，利用由PVC和铝箔制成的泡罩包装。然而，这些不能被焚烧，并且它们不是可生物降解的。还提出了由纤维和塑料制成的具有高的塑料含量的复合制品。

存在与根据现有技术的可模制制品相关的实质性缺点。更具体地，在与纤维材料的纸或纸板相关的领域中。例如，由于低伸长率，与相应的塑料膜相比，所制成的形状的设计和几何形状非常有限，从而限制了成品部分。

因此，本发明的目的是消除与已知技术相关的至少部分缺点，并且提供与之前在利用纤维幅材或纤维类材料的纸和板制造领域中所实现的相比具有显著更高伸长性能的改进的纤维材料。

发明目的

本发明的目的是提供热塑性纤维材料。特别地，提供具有高伸长性能的热塑性泡沫成形纤维材料。

本发明的另一个目的是提供包括热塑性泡沫成形纤维材料的热塑性纤维制品。

本发明的另一个目的是用于制造热塑性纤维材料的方法。

本发明的又一个目的涉及在深拉伸应用中具有高伸长率的热塑性纤维材料用于制造模制纤维制品的用途。

本发明的又一个目的涉及长纤维用于改善热塑性泡沫成形纤维材料的伸长率的用途。

定义

除非另有说明，在说明书和权利要求书中使用的术语具有纸、板、纸板和纸巾工业领域，特别是纸和纸浆化学和工业领域中通常使用的含义。具体地，以下术语具有以下含义。

术语“纤维材料”在此是指包括纤维的纤维幅材、纤维片材、纤维毡或纤维毯。

术语“热塑性纤维材料”是指包括纤维并且还包括热塑性聚合物材料例如聚氨酯的纤维幅材、纤维片材、纤维毡或纤维毯。

术语“可模制纤维制品”在此是指可以借助热和/或湿度被模制成所需的形状、尺寸和形式的纤维材料。

术语“热塑性纤维制品”在此是指由可模制热塑性纤维材料获得的制品。

术语“泡沫成形纤维材料”在此是指由泡沫成形工艺获得的如上所定义的纤维材料。

发明内容

本发明是基于以下构思：具有良好伸长性能的热塑性泡沫成形纤维材料可以通过如下获得：利用长纤维并在泡沫成形步骤中加入已包括热塑性聚合物的液体或分散体。所得到的热塑性泡沫成形纤维材料可以转变成具有改善的伸长性能的可模制纤维制品。通过本发明的方法获得的热塑性纤维材料特别适于热成形，用于提供预定形状和尺寸的模制制品。

附图说明

图1示出了实施例中使用的断裂处应变测量装置。

图2示出了根据实施例的热成形样品。

具体实施方式

关于本发明，令人惊奇地发现，通过使用长纤维、少量的热塑性聚合物和新的制造方法，能够获得具有良好伸长性能的热塑性可模制纤维材料。本发明的纤维材料是纤维幅材、纤维网等，并且它们包括热塑性材料。这些材料特别适于其中制造具有预先设计的形状、形式和尺寸的模制纤维制品的深拉应用。热塑性纤维材料和制品可用于各种领域(例如包装)中的应用。

来自木纤维的纤维网的伸长率通常在2-4％的范围内。本发明将纤维网的伸长率提高到全新的水平，并使伸长率值达到或高于20％。因此，通过本发明的方法获得的热塑性纤维材料适于通过使用深拉方法将纤维幅材材料形成为3D对象的应用。

纤维幅材/网材料由泡沫成形方法形成。发明人发现，如果纤维长度增加，即如果在纤维材料中使用长纤维，则会实现纤维网的大的平均断裂应变。这是令人惊讶的，因为已知长纤维增加强度并且通常用于纤维幅材和纸幅作为再增强材料。如果在模制过程中纤维间结合的密度降低，也也是有利的。在该方法中使用热塑性聚合物液体或分散体，并且在幅材形成阶段之前已经将其加入到混合阶段中。

发明人已经研究了与本发明相关的纤维幅材和纤维网。已经提出，长纤维能够以三种不同的方式改善纤维网的断裂应变：a)作为比纤维长度更小的初始裂纹上的再增强物，b)具有比较短纤维更大的断裂应变(假定纤维间结合非常强)，c)使得能够得到不均匀的局部网应变。本方法的目的在于机制c)，而不是通常在纸材料中的再增强物。因此，发现长纤维应该优选具有使得与其它纤维的直接接触面积最小化的圆形横截面形状。此外，发现光滑的纤维表面是优选的，使得少量的热塑性材料能够均匀地覆盖纤维表面并改善在升高温度下局部网滑动。

在以下部分中，基于发明人的观察和使用文献中的公式提出了与纤维网相关的理论。

纤维网中的局部应变可能与宏观应变显著不同。这种“非仿射”行为对于粘合随机纤维网也是通用的。非仿射应变波动越大，则越容易实现大的宏观应变。不仅对于局部弹性应变可见非仿射行为，而且对于蠕变应变也可见非仿射行为。

局部应变变化对于低网密度尤其突出。在关于粘结网的文献中的理论研究表明，非仿射弹性行为的阈值密度ρ_NA取决于纤维纵横比α(定义为半径/长度)：

其中L是纤维长度。因此，通过减小纤维的纵横比，非仿射行为出现在较高的网密度处。这主要由增加网局部变形的纤维的较小弯曲刚度引起。

在极低密度下，网弹性模量E对密度和纤维半径r的依赖性变得非常强：

E≈(ρ-ρ_th)^6.7r^3.8 (2)

其中ρ_th是网获取刚度的临界密度。换句话说，如果网的密度变得非常低，则我们能够预期弹性应变会迅速增加。对于典型的木质纤维网(即纸类材料)，已经在大约350kg/m³的密度下观察到清楚的非线性行为。当密度进一步降低时，非仿射行为变得更强。由于弹性应变与弹性模量成反比，所以平均弹性应变(对于恒定平均应力)在低的网密度下显著增大。

局部弹性应变的变化导致局部应力变化。对于木纤维，非弹性蠕变应变随应力呈指数增长，因此应力变化加速蠕变。换句话说，非仿射行为不仅在弹性蠕变应变中而且在非弹性蠕变应变中都造成显著增大。实际上，蠕变应变通常超过非仿射区域中的弹性应变。通过提高水分含量或温度，纤维素纤维网中的塑性蠕变应变可以进一步提高。

总之，在低密度和高纤维纵横比的粘结网中，大的应变变得可能。这些条件可以提供网的非仿射行为。在非仿射区域中，弹性应变和蠕变应变都能够变大。然而，

ρ_NA～1/(L^0.65r^0.35) (3)

其中L是纤维长度，r是纤维半径。因此，在恒定的粘结密度(和r)下仅增加纤维长度L降低ρ_NA，使网更加仿射。换句话说，必须减少(直接)粘结密度以及纤维长度以达到大的应变。

纤维网可以部分或完全地非粘结。通过仅改变直接粘结密度而不改变纤维密度，弹性模量可以变化几个数量级。如前所述，需要这种直接粘结的减少，尤是与长纤维。如果不降低粘结密度，则对于长纤维来说，网变得太仿射且坚硬。

例如，假设纤维长度乘以因子10，保持纤维半径恒定。则为了维持网的非仿射行为，直接粘结密度需要降低1/10^0.65＝4.45倍。一个实际的情况可能是用20毫米长的粘胶纤维代替2mm长的牛皮纸纤维。这里，纤维半径也大致减小2倍。在这种情况下，为了维持非仿射行为，有效的粘结密度需要降低3.5倍。换句话说，如果在牛皮纸纤维网的密度为350kg/m³下可见非仿射行为，则对于20mm粘胶纤维，在100kg/m³有效粘合密度下将可见非仿射行为。实际上，这可以通过施加热使纤维之间的热塑性接点弱化来实现。

总之，局部非仿射应变变化对于低网密度和低纤维弯曲刚度(即对于小的半径/长度)而言尤其突出。认为如果纤维长度增加，则需要通过热塑性材料来减少纤维之间的直接粘结密度以维持非仿射网行为和大的平均断裂应变。同时，网的弹性模量和弯曲刚度也可能衰减。这种衰减能够通过在纤维网中添加较短的刚性纤维成分来补偿。

在下面的部分中，更详细地描述本发明和本发明的实施方式。

用于制造热塑性纤维材料的方法包括以下步骤：

-形成至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体，

-通过将包括长纤维的纤维分散在所述至少一种包括水和至少一种发泡剂的发泡液体中来形成分散体，

-将该分散体与包括至少一种热塑性聚合物的可发泡液体或分散体混合，

-形成至少一种泡沫分散体，和

-将该泡沫分散体或分散体输送至多孔载体并通过该多孔载体排出液体以形成幅材或片材，以获得热塑性纤维材料。

形成至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体、通过将包括长纤维的纤维分散在所述至少一种包括水和至少一种发泡剂的发泡液体中而形成分散体、将该分散体与包括至少一种热塑性聚合物的可发泡液体或分散体混合以及形成至少一种泡沫分散体的步骤可以作为单独步骤进行。或者，两个或几个步骤可以组合。

该方法可以包括将幅材或片材干燥，即可选地在已经形成幅材或片材之后进行干燥。通过任何合适的装置适当地对所形成的幅材或片材进行干燥，例如通过用在制造无纺布、纸和纸巾制品中常规使用的装置进行加热。

在本发明方法中使用的纤维包括长纤维。根据本发明的一个实施方式，长纤维的平均长度至少为6mm。适当地，长纤维的平均长度为至少8mm、至少10mm或至少12mm。长纤维的平均长度可以更长，例如至少15mm、至少20mm或至少24mm。

长纤维的平均宽度通常小于500μm。适当地，长纤维的平均宽度为5μm-500μm。根据一个实施方式，长纤维的平均宽度为15μm-250μm。

适当地，长纤维具有基本圆形，即圆形的横截面。此外，纤维是适当光滑的纤维。光滑的纤维具有均匀(光滑的)外表面，与具有不均匀外表面的粗纤维形成对比。认为具有基本圆形横截面的光滑纤维是有益的，因为与其它纤维的直接接触减少。此外，光滑的纤维表面使得少量的热塑性材料均匀地覆盖纤维表面，并且改善通常在升高的温度下进行的模制期间的局部网滑动。

在一个实施方式中，该方法包括通过将包括长纤维的纤维分散在至少一种包括水和至少一种发泡剂的发泡液体中来形成分散体，其中长纤维的量为分散体中的纤维总量的1重量％至50重量％。长纤维的量可以是例如分散体中的纤维总量的40重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％、10重量％或5重量％。

通常，在所得的热塑性纤维材料中，热塑性聚合物的量为10重量％以下。在所得的热塑性纤维材料中热塑性聚合物的量例如可以为9重量％以下或8重量％以下。根据一个实施方式，在所得的热塑性纤维材料中热塑性聚合物的量为7重量％以下。

长纤维优选包括粘胶纤维。长纤维可以包括其它纤维，例如聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙交酯、人造丝、莱赛尔、尼龙及其任何组合。此外，长纤维可以包括玻璃、聚乙酸酯、芳族聚酰胺、碳及其任何组合。

在本发明的热塑性材料中使用的纤维可以包括植物来源的纤维(天然纤维)或合成纤维，或其任何组合。

天然纤维(植物来源的纤维)可以选自化学纸浆，例如硫酸盐和亚硫酸盐纸浆；有机溶剂纸浆；回收纤维；和/或机械纸浆，包括例如精磨机机械纸浆(RMP)、加压精磨机机械纸浆(PRMP)、预处理精磨机化学碱性过氧化物机械纸浆(P-RC APMP)、热机械纸浆(TMP)、热机械化学纸浆(TMCP)、高温TMP(HT-TMP)RTS-TMP、碱性过氧化物纸浆(APP)、碱性过氧化物机械纸浆(APMP)、碱性过氧化物热机械纸浆(APTMP)、热磨纸浆、磨木浆(GW)、石磨木浆(SGW)、加压磨木浆(PGW)、超压磨木浆(PGW-S)、热磨木浆(TGW)、热石磨木浆(TSGW)、化学机械纸浆(CMP)、化学精磨机机械纸浆(CRMP)、化学热机械纸浆(CTMP)、高温CTMP(HT CTMP)、亚硫酸盐改性热机械纸浆(SMTMP)、筛渣CTMP(CTMPR)、磨木CTMP(G-CTMP)、半化学纸浆(SC)、中性亚硫酸盐半化学纸浆(NSSC)、高产率亚硫酸盐纸浆(HYS)、生物机械纸浆(BRMP)、以及根据OPCO工艺、***制浆工艺、双螺旋(Bi-Vis)工艺、稀释水磺化工艺(DWS)、磺化长纤维工艺(SLF)、化学处理的长纤维工艺(CTLF)、长纤维CMP工艺(LFCMP)制得的纸浆、牛皮纸木浆、改性纤维、纳米纤维素、平均粒度小于1000nm的纤维素纤维及其改性物和组合。纸浆可以是漂白或非漂白纸浆。纸浆可以源自硬木或软木，包括桦木、榉木、山杨例如欧洲山杨、桤木、桉树、槭树、合欢、混合热带硬木、松木例如火炬松、冷杉、铁杉、落叶松木、云杉例如黑云杉或挪威云杉、再生纸浆、包括纤维并源自食物和纸浆造纸工业的废物流和旁流、及其任何混合物。

可以使用非木质植物原料例如种毛纤维、叶纤维、韧皮纤维、植物纤维，其可以提供自例如粮食作物秸秆、小麦秸秆、草芦、芦苇、亚麻、***、红麻、黄麻、苎麻、种子、剑麻、蕉麻、椰壳、竹子、甘蔗渣、木棉、马利筋、菠萝、棉花、水稻、芦苇、茅草、虉草及其组合。

合成纤维可以包括粘胶纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙交酯纤维、人造丝纤维、莱赛尔纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、聚乙酸酯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维及其任何组合。

此外，可以使用可选的添加剂。所述添加剂可包括润湿剂、增湿剂、着色剂、防火剂(例如硼酸盐、磷酸盐、三水合镁)、软化剂、无机填料及其任何组合。

多孔载体是例如丝网(wire)。作为多孔载体，可以使用加工工业例如造纸通常使用的所有解决方案。

适合于借助真空或通过重力过滤进行排水。真空泵可用于提供真空。

根据该方法的一个实施方式，在包括水和至少一种发泡剂的发泡液体中，发泡剂的量为至少一种发泡剂的0.005重量％-5重量％、优选0.01重量％-2重量％、特别优选0.01重量％-1重量％的范围内。

根据该方法的一个实施方式，泡沫分散体(或分散体)由0.1重量％-20重量％、优选0.5重量％-15重量％、特别优选1重量％-10重量％的包括长纤维和可选地选自合成纤维、天然纤维的另外的纤维及其组合的纤维形成。

可选地，至少一种另外的泡沫分散体通过将由选自天然纤维和合成纤维的纤维分散在包括水和至少一种发泡剂的可发泡液体中而形成。可选地，所述泡沫分散体作为单独层被输送至多孔载体，随后排水。如果在载体上单独输送另外的泡沫分散体，则获得包括至少两个单独的纤维层的制品。

在本发明方法中形成的泡沫分散体通常包括55体积％至75体积％或60体积％至70体积％的空气。空气在此是指具有超过50体积％氮气含量的所有气体，其包括大气或从大气得到的气体。

根据本发明的方法将与包括纤维的分散体以及至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体混合的包括至少一种热塑性聚合物的可发泡液体或分散体，是指包括分散在其中的热塑性聚合物颗粒的水分散体或包括悬浮在其中的热塑性聚合物颗粒的悬浮体。所述分散体或悬浮体可以包括20重量％-50重量％，或例如30重量％-40重量％的热塑性聚合物。液体也可以是熔融液体聚合物或包括熔融液体聚合物。

一方面，包括至少一种热塑性聚合物的可发泡液体或分散体不是粉末、颗粒或其它粗粒料或混合物。

优选使用包括热塑性聚合物的分散体或悬浮体，因为分散体或悬浮体中的颗粒尺寸相当小。这可以为包括至少一种热塑性聚合物的液体或分散体提供成膜性能。含有热塑性聚合物的液体或分散体的成膜性能有利于纤维材料的热成形和伸长性能。结果是获得了在升高的温度下具有较高伸长性能、在例如深拉应用中具有改进的模制性能的制品。

发泡剂可以用作表面活性剂，使得能够形成泡沫，此外，其可以在所形成的结构中作为粘合剂。

发泡剂选自阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂以及表面活性剂、蛋白质及其任何组合，包括聚乙烯醇和可发泡淀粉。适当地，所述发泡剂选自阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂、聚乙烯醇和可发泡淀粉。

可选地，可以使用传统的添加剂，例如粘合剂。

在泡沫铺设方法中，在此可以使用在纸巾和无纺布制造中在泡沫成形工艺中使用的任何设备和装置，例如在GB 1397378、EP 481746和US 3716449中所提到的。可以得到包括一种或多种泡沫沉积层的制品。

与湿法铺设工艺相比，泡沫成形技术有助于减少工艺中所需的水量和能量，并且可以使用完全封闭的工艺。

根据本发明的热塑性纤维材料是热塑性泡沫成形纤维材料。所述纤维材料可以选自纤维幅材、纤维毡、纤维毯、纸幅、板幅材、纸巾幅材或从任何所述幅材中切割而成的片材。所述纤维材料可以由合成纤维和/或植物来源的纤维(天然纤维)或其任何组合形成。

根据本发明的热塑性泡沫成形纤维材料可以通过根据本发明的方法获得或得到。在热塑性泡沫成形纤维材料中，至少一种热塑性聚合物的量为材料总重量的10重量％以下。该量可以是例如9重量％以下或8重量％以下。根据一个实施方式，至少一种热塑性聚合物的量为7重量％以下。

根据本发明的方法提供良好的伸长性能，即使所获得的热塑性纤维材料与现有技术方案相比含有较少的热塑性聚合物。原因被认为是该方法使得热塑性聚合物通过均匀分布并且在整个热塑性纤维材料中靠近纤维而达到最佳位置。因为原料昂贵，所以热塑性聚合物的量减少是有利的，因此能够降低制造成本。

热塑性泡沫成形纤维材料可以包括选自由纤维幅材、纸幅，板幅材和从任何所述幅材切割而成的片材组成的组中的纤维材料。

通常，热塑性泡沫成形纤维材料所含的纤维量为至少80重量％、优选至少85重量％、更优选至少90重量％。百分数是基于所述热塑性泡沫成形纤维材料的总重量。

热塑性泡沫成形纤维材料的克重通常相当低，但是仍能获得良好的伸长性能。根据一个实施方式，热塑性泡沫成形纤维材料的克重为400g/m²以下，例如在10g/m²至400g/m²之间。优选地，克重在50g/m²至400g/m²之间。克重也可以是例如350g/m²以下、300g/m²以下、250g/m²以下、200g/m²、150g/m²以下或100g/m²以下。

热塑性聚合物优选为聚氨酯。热塑性聚合物可以选自碳水化合物衍生物、聚乳酸、聚氨酯和聚烯烃。合适的碳水化合物衍生物的实例是纤维素衍生物、淀粉和糊精衍生物以及两种或多种衍生物的混合物。这种衍生物的实例是：纤维素C_1-4烷基酯、氧化纤维素C_1-4烷基酯、淀粉C_1-4烷基酯、氧化淀粉C_1-4低级烷基酯以及相应的醚以及酯和/或醚的混合物。合适的衍生物是纤维素以及淀粉酯和醚，特别是低级烷基酯，例如甲酯、乙酯、丙酯和丁酯(纤维素或淀粉甲酸酯、-乙酸酯、-丙酸酯和-丁酸酯)。

根据本发明的热塑性泡沫成形纤维材料可用于制造热塑性纤维制品。因此，本发明还涉及包括通过根据本发明的方法获得或可获得的热塑性泡沫成形纤维材料的热塑性纤维制品。

根据本发明的热塑性纤维材料可以用于制造模制纤维制品或物品的深拉应用中。

根据本发明，长纤维用于改善热塑性泡沫成形纤维材料的伸长率。

热塑性泡沫成形纤维材料通常包括0.001重量％至0.1重量％的至少一种发泡剂。

热塑性纤维制品可以是包括多于一层的多层制品。多层制品可以在两个纤维层之间包括至少一个阻挡层。

与在纸或板制造领域中的已知方法和材料相比，本发明能够实现相当大的优点，包括：

·用特别高的纤维含量和特别低的热塑性聚合物含量实现了高伸长率，

·本发明使得能够制造出以前不可能生产的特别深的3D形状的低基重纤维幅材或片材。

可能的应用领域是目前使用塑料作为商品原料、用深拉法转化为成品的所有行业。

可通过本发明的方法获得的热塑性纤维材料和制品可以包括一层纤维材料(单层制品)或多于一层的纤维材料、以及包括热塑性化合物的一层或多层。可以通过层压、粘合剂、阻隔层等将层结合，由此获得多层结构。该方法可以可选地进一步包括涂布步骤，由此可以使用涂料分散体进行本领域中已知的涂布方法。

可以在模制装置中借助热和可选的湿气对热塑性纤维材料和制品进行选自切割、波浪化、热成形或模制的步骤，以获得具有预定形状和尺寸的制品。

因此，通过本发明的方法，可以获得泡沫成形热塑性纤维材料，并且其可以用于制造可被加工成各种模制制品的可模制纤维制品。所述模制制品可以用作易碎和精美制品的包装，用于食品包装、消费品包装、用于药物的泡罩包装和需要这种包装的其它制品。

本发明提供一种热塑性单层或多层热塑性纤维制品，其具有比以前在纤维幅材领域中已经实现的伸长性能显著高的伸长性能。

热塑性纤维材料和制品能够容易地通常通过加热而被模制成所需的形状或结构。热塑性纤维材料或制品的模制适当地在升高的温度下在没有水分下进行，其中通过加热将在制品中包括的聚合物活化并且使得能够容易地模制。可替选地，也可以在升高的温度下在水分存在下进行模制。

在下文中，通过实施例对本发明进行说明。

实施例

实施例1断裂应变

片材制备

通过泡沫成形方法制备热塑性纤维材料的片材，并在限制条件下在室温下在板上进行干燥。使用各种长度的粘胶纤维和未磨碎的漂白松木纸浆作为纤维原料。使用聚氨酯(PU)分散体作为热塑性添加剂。将含有纤维的分散体与热塑性聚合物分散体混合。因此，所有原料被混合在一起，然后将悬浮体倾倒在丝网上并借助于真空除去水。干燥片材的基重在240g/m²至350g/m²之间变化。

性能表征

测量所制备的片材的断裂应变值。使用如下装置进行测量：其中具有弯曲表面的加热模具挤压所附接的样品滑块并且记录断裂伸长率值。在120℃下进行测量。该设备如图1中所示。

结果

断裂应变值示于表1中。当用粘胶纤维代替50％的有效粘结的松木纤维时，伸长率值增加了50％。通过比较特别是样品1与样品2以及样品4与样品6的值，检测PU添加对断裂应变值的积极作用。

表1.沿机器(MD)和交叉方向(CD)的断裂应变值。样品的基重水平为350g/m²。PU的量为3重量％-7重量％。

实施例2热成形

片材制备

如实施例1中那样制备热塑性纤维材料的片材。所使用的原料是粘胶纤维和PU。

性能表征

通过实验室规模的热成形评价纤维长度对所制备的材料的伸长性能的影响。将样品附接至置于压板之间的模具。成形期间的温度为100℃，模具深度为3cm。

结果

热成形结果如图中所示。粘胶纤维长度的增加明显改善了结果。

图2示出了热成形样品，其由粘胶纤维和PU制备：6mm粘胶纤维+PU(左侧)以及12mm粘胶纤维+PU(右侧)。样品的基重为约240g/m²，PU量为所形成的热塑性纤维材料的约7重量％。

Claims

1.一种用于制造热塑性纤维材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-形成至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体，

-通过将包括长纤维的纤维分散在所述至少一种包括水和至少一种发泡剂的泡沫液体中而形成分散体，其中所述长纤维的平均长度为至少6mm，其中在所述分散体中，所述长纤维的量为纤维总量的1重量％-50重量％，

-将所述分散体与包括至少一种热塑性聚合物的分散体混合，所述至少一种热塑性聚合物选自碳水化合物衍生物、聚乳酸、聚氨酯和聚烯烃，

-形成至少一种泡沫分散体，和

-将所述泡沫分散体输送至多孔载体并通过所述多孔载体排出液体以形成幅材或片材，以获得所述热塑性纤维材料，其中将所述幅材或片材干燥，并且在得到的热塑性纤维材料中，热塑性聚合物的量为10重量％以下。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维的平均长度为至少10mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维的平均长度为至少12mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维的平均宽度小于500μm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维的平均宽度为5μm-500μm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维的平均宽度为15μm-250μm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维具有圆形的横截面。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长纤维包括选自由聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙交酯、人造丝、莱赛尔、尼龙、玻璃、聚乙酸酯、芳族聚酰胺、碳及其任何组合组成的组中的材料的长纤维。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述幅材或片材干燥，并且在得到的热塑性纤维材料中，热塑性聚合物的量为7重量％以下。

10.一种能够通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法获得的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述热塑性泡沫成形纤维材料包括选自碳水化合物衍生物、聚乳酸、聚氨酯和聚烯烃的至少一种热塑性聚合物，并且所述至少一种热塑性聚合物的量为所述材料总重量的7重量％以下。

11.根据权利要求10所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，其包括纤维材料，所述纤维材料选自由纤维幅材、纸幅、板幅材和从任何所述幅材切割的片材组成的组。

12.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述纤维的量为所述材料总重量的至少80重量％。

13.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述纤维的量为所述材料总重量的至少85重量％。

14.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述纤维的量为所述材料总重量的至少90重量％。

15.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述热塑性泡沫成形纤维材料的克重为400g/m²以下。

16.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述热塑性泡沫成形纤维材料的克重为10g/m²-400g/m²。

17.根据权利要求11所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述热塑性泡沫成形纤维材料的克重为50g/m²-400g/m²。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的热塑性泡沫成形纤维材料，其特征在于，所述热塑性聚合物是聚氨酯。

19.一种热塑性纤维制品，其包括根据权利要求10-18中任一项所述的热塑性泡沫成形纤维材料。

20.根据权利要求10至18中任一项所述的热塑性泡沫成形纤维材料在用于制造模制纤维制品或物品的深拉应用中的用途。