CN101534668B - 具有染色和焊接的微孔层的可透气防水织物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合材料挡风织物，所述织物具有在保持高湿气透过率同时控制透气率的能力。所述织物具有任选地焊接到织物层并且与其呈面对面关系的纳米纤维层。任选地，第二织物层焊接到相邻的纳米纤维层上并与其呈面对面关系，并且位于所述纳米纤维层的与所述第一织物层相对的一侧。所述织物具有介于约1.2m3/m2/min和约7.6m3/m2/min之间的弗雷泽透气率和根据ASTM E-96B方法测得的大于约500g/m2/天的湿气透过率。所述纳米纤维层在其表面的至少一部分上或其整个表面上或在这两者上同时被染色。

Description

具有染色和焊接的微孔层的可透气防水织物
发明领域
本发明涉及具有湿气和水分控制的多层织物以及含有这种织物的衣服。受权利要求书保护和公开的本发明在外衣中有特定应用。
发明背景
在雨天和其他潮湿条件下穿着的防护服应能够通过防止水分渗入到衣服中并通过使汗水从穿着者身上蒸发到大气中来保持穿着者干燥。确实允许汗液蒸发的“可透气的”材料易于被雨水湿透，因此它们无法做到真正的防水。油布、涂覆有聚氨酯的织物、聚氯乙烯薄膜以及其他材料是防水的，但无法获得令人满意的汗水蒸发效果。
已用硅氧烷、碳氟化合物以及其他防水剂处理过的织物通常允许汗水蒸发，但防水能力有限；在极低的压力下水会渗透这些织物，并且在摩擦或机械挠曲时常会自发渗漏。雨衣必须能承受雨淋和暴风雨的冲击力，并能承受在衣服折叠和褶皱中产生的压力。
普遍认为衣服必须是“可透气的”以达到穿着舒适的效果。有助于衣服舒适度的两个因素包括：透过或未透过衣服的空气量，以及从内部透到外部的汗水量，以使得内衣不会变湿，从而实现自然蒸发的冷却效果。然而，即便是最新开发的采用微孔薄膜的可透气织物制品，如果要控制透气率，往往也会限制湿气透过率。
现行许多防水结构包括应用疏水涂层的多层织物结构。该织物结构通常由织造织物层、膜式微孔层、以及另一织造材料层制成。该微孔层是用来提供目标应用必需的合适透气率和湿气透过率的构造的功能层。有关这种构造的实例，可参见美国专利5,217,782、4,535,008、4,560,611和5,204,156。
当前应用于多种防水和/或防风可透气衣服的材料为白色的膨胀聚四氟乙烯(e-PTFE)微孔结构。由于无法对此材料进行染色，因此在切割或缝入衣服时会产生白边。该白边在目标为该微孔结构的较高端市场应用中是不可接受的。在包含e-PTFE的任何织物结构的最终构造中，必须包括用于隐藏白边的后处理步骤。
因此，需要能够被染色以匹配织物结构中的其他层的颜色的微孔层。该着色可在制造亚微米非织造结构期间或之后完成。对于微孔层进行的该着色将省去隐藏白边所需的任何后处理步骤。
还需要可被热粘结以除去织物结构中的缝合的微孔层。该热粘结将生成完全无缝的防水和/或防风结构并可除去必须在缝合点完成以重新获得织物结构的防水和/或防风功能的任何后处理。
虽然熟知例如e-PTFE是用于衣服中防水、可透气和挡风织物的理想材料，但e-PTFE的高熔点以及其他不可取的方面意味着在与常见纺织物材料例如尼龙或聚酯相同的温度下不易熔化。在衣服中，通过热或超声焊接技术来密封接缝越来越受欢迎。
这些技术取决于所涉及材料的熔融温度。较低的熔融温度更适用于这些技术。此外，多组分结构的相似熔融特性是更可取的，以便在焊接中材料可更适当地结合。
本发明涉及用于衣服的层状材料，该材料在高透气率下可提供受控的液态水阻力，从而可高度防水并且还可染色和焊接。
发明概述
在一个实施方案中，本发明涉及一种能够透出湿气同时为穿着者挡风和/或防水的衣服。该衣服包括与纳米纤维层相邻并且呈面对面关系的至少一个织物层构成的复合织物。纳米纤维层包括聚合物纳米纤维的至少一个多孔层，该聚合物纳米纤维具有介于约50nm和约1000nm之间的数均直径，介于约1g/m2至约100g/m2之间的基重，并且该复合材料织物具有介于约1.2m3/m2/min和约7.6m3/m2/min之间的弗雷泽透气率，以及根据ASTME-96B测得的大于约500g/m2/天的湿气透过率，所述纳米纤维层的整个表面或部分表面被染色。
附图简述
图1示出了本发明的染色的双层织物构造的实例。
图2示出了本发明的染色的三层织物构造的实例。
发明详述
在一个实施方案中，本发明包括与织物层相邻的纳米纤维层，并且任选地纳米纤维层粘结到织物层表面的至少一部分上。术语“纳米纤维层”和“纳米纤维网”在本文中可互换使用。
如本文所用，术语“纳米纤维”是指数均直径或横截面小于约1000nm，甚至小于约800nm，甚至介于约50nm和500nm之间，并且甚至介于约100和400nm之间的纤维。如本文所用，术语“直径”包括非圆形形状的最大横截面。
术语“非织造材料”是指包括多根无规分布的纤维的纤维网。纤维通常可以彼此粘结，或者可以不粘结。纤维可以是人造短纤维或连续纤维。纤维可包含一种材料或多种材料，也可以是不同纤维的组合或者是分别包含不同材料的类似纤维的组合。
“压延”是将纤维网穿过两个辊之间的辊隙的过程。辊可以彼此接触，或者可以在辊表面之间有固定的或可变的间隙。有利的是，辊隙在软辊和硬辊之间形成。“软辊”是指在为了保持两辊在压延机中接触而施加的压力下会变形的辊。“硬辊”是具有下述表面的辊，该表面在工艺压力下不会发生对工艺或产品产生显著影响的变形。“无图案的”辊是指在能够制造它们的过程中具有平滑表面的辊。当纤维网穿过辊隙时，没有点或图案使得可在纤维网上特意生成图案，这不同于点粘合辊。
“熔喷纤维”是指通过以下方法形成的纤维：将熔融热塑性材料通过许多细小的、通常为圆形的模具毛细管挤成熔融线或长丝，然后进入会聚的通常为热的和高速的气体(如空气)流中，使熔融热塑性材料的长丝变细并形成纤维。在熔喷工艺期间，熔融长丝的直径通过牵伸空气减小至所需尺寸。之后，熔喷纤维由高速气流携带并沉积在收集表面上以形成无规分散的熔喷纤维的纤维网。这样的工艺在例如授予Buntin等人的美国专利3,849,241、授予Lau的美国专利4,526,733、和授予Dodge，II等人的美国专利5,160,746中有所公开，所有专利据此以引用方式并入本文。熔喷纤维可以为连续的或不连续的。
在一个实施方案中，本发明涉及能保持高湿气透过率并具有微孔层的可透气织物，所述微孔层可被染色和/或焊接到衣服中的其他织物上。该织物包括纳米纤维层，该纳米纤维层继而包括至少一个聚合物纳米纤维的多孔层，所述聚合物纳米纤维具有介于约1g/m2和约100g/m2之间的基重。
本发明还包括与纳米纤维层相邻并且与其呈面对面关系的第一织物层，并且任选地还包括与纳米纤维层相邻并且与其呈面对面关系并且位于纳米纤维层上与第一织物层相对侧的第二织物层。
本发明的阻隔织物还具有介于约1.2m3/m2/min和约7.6m3/m2/min之间的弗雷泽透气率，以及根据ASTM E-96B方法测得的大于约500g/m2/天的湿气透过率。
非织造纤维网可主要包括或仅包括通过静电纺纱生成的纳米纤维，例如通过传统的静电纺纱或电吹，在某些情况下通过熔喷方法生成。传统的静电纺纱是美国专利4,127,706中所述的技术，该专利全文并入本文中，其中向溶液中的聚合物施加高电压以生成纳米纤维和非织造垫。非织造纤维网中的纤维也可以为熔喷纤维。
用于制造纳米纤维网的“电吹”工艺公开于世界专利公布WO03/080905中，该文献全文以引用方式并入本文。包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从储罐喂送至喷丝头的一系列纺丝喷嘴，向喷嘴施加高电压并且聚合物溶液通过喷嘴被排出。同时，任选加热的压缩空气由空气喷嘴排出，空气喷嘴设置在纺丝喷嘴的侧面或周边。通常向下引导空气形成吹气流，所述吹气流包裹住新排出的聚合物溶液并将其前送，并且有助于形成纤维网，所述纤维网被收集在真空室上方的接地多孔收集带上。电吹方法允许在相对短的时间周期内形成商用尺寸和数量的纳米纤维网，所述纳米纤维网的基重超过约1gsm，甚至高达约40gsm或更大。
本发明的织物组分可以布置在收集器上以便收集和混合在织物上纺成的纳米纤维网，以便可将混合的纤维网用作本发明的织物。
可用于形成本发明的纳米纤维网的聚合物材料并未特别限制，并包括加成聚物和缩聚物材料，例如聚缩醛、聚酰胺、聚酯、纤维素醚和酯、聚烯化硫、聚亚芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物以及它们的混合物。这些种类中优选的材料包括：交联和非交联形式的、不同水解程度(87％至99.5％)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸类树脂)、聚苯乙烯、以及它们的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。优选的加成聚合物趋于是玻璃状的(Tg高于室温)。聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯聚合物混合物或合金或低结晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一类优选的聚酰胺缩聚物为尼龙材料，例如尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙6，6-6，10等等。当通过熔喷法形成本发明的聚合物纳米纤维网时，可使用能够熔喷成纳米纤维的任何热塑性聚合物，包括聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯)、聚酯(例如聚(对苯二甲酸乙二酯))以及聚酰胺(例如上面所列的尼龙聚合物)。
本发明的初生纳米纤维网可被压延以便为本发明的织物赋予所需的物理特性，如提交于2006年9月20日的共同未决的美国专利申请11/523,827中所公开，该专利申请全文以引用方式并入本文。可将初生纳米纤维网喂入两个无图案的辊之间的辊隙中，其中一个辊是无图案的软辊，一个辊是无图案的硬辊，硬辊的温度保持在Tg和Tom之间，其中Tg在本文中被定义为聚合物由玻璃态向橡胶态转变时的温度，Tom在本文中被定义为聚合物开始熔融的温度，以使得纳米纤维网的纳米纤维在穿过压延辊隙时处于塑性状态。辊的组成和硬度可以变化，以生成织物的所需最终使用特性。一个辊可以是硬金属，例如不锈钢，另一个辊是软金属或聚合物涂覆的辊或硬度小于Rockwell B 70的复合材料辊。纤维网在两个辊之间的辊隙中的停留时间由纤维网的线速度控制，所述线速度优选地介于约1m/min和约50m/min之间，并且两辊之间的占有距离为纤维网与双辊同时接触时的纵向距离。该占有距离受施加在两辊之间的辊隙处的压力控制，并通常以辊的每线性横向尺寸上的力来测定，所述占有距离优选地介于约1mm和约30mm之间。
此外，纳米纤维网可被拉伸，任选地同时加热至纳米纤维聚合物的Tg和最低Tom之间的温度。拉伸可以在将纤维网喂入压延辊中之前和/或之后进行，可以在纵向或横向上，或两个方向上同时进行。
多种天然和合成织物是已知的，并且可用作本发明的一个或多个织物层，例如用于构造服装，例如运动服、耐用外衣和户外用品、防护服等(例如手套、围裙、皮套裤、裤子、靴子、防潮鞋罩(gators)、衬衫、夹克、外套、袜子、鞋子、内衣、背心、高筒防水胶靴或裤、帽子、橡胶长手套、睡袋、帐篷等)。通常，设计用作结实耐用的外衣的衣服由相对疏松织造织物构成，该织物由具有相对低强度或韧度的天然和/或合成纤维(例如尼龙、棉、羊毛、丝绸、聚酯、聚丙烯酸类、聚烯烃等)制成。每种纤维的拉伸强度或韧度可以小于约8克/旦尼尔(gpd)，更典型地小于约5gpd，并且在一些情况下小于约3gpd。此类材料可具有多种有益特性，例如可染性、透气性、亮度、舒适度，以及在某些情况下的耐磨性。
可使用不同的编织结构和不同的编织密度来形成几种可供选择的织造复合织物，作为本发明的组成。可使用编织结构例如平纹结构、增强平纹结构(具有双或多经线和/或纬线)、斜纹结构、增强斜纹结构(具有双或多经线和/或纬线)、缎面结构、增强缎面结构(具有双或多经线和/或纬线)、针织物、毡、抓绒和针刺结构。拉伸织造物、格子布、多臂织物、提花织物也适用于本发明。
将纳米纤维网焊接到织物层表面的一部分上，并可通过本领域的技术人员已知的任何方法焊接到织物层上，例如热焊接或使用粘合剂，任选地使用超声场。
适用于本发明的实践的染料包括适用于纳米纤维网包含的一种或多种聚合物的任何类型。染料的选择并非旨在限制本发明，可使用酸性染料，例如下列颜色指数(C.I.)染料：酸性黄24、40、59、159、184、204、和246；酸性橙142和156；酸性红50、51、52、138、151、299、361、362；酸性绿104和108；酸性蓝113、171、185、193、277、和324；酸性紫90；酸性棕298；酸性黑52、131:1、132:1、172、187和194。此外，也可采用下列非颜色指数染料：Lanaset蓝2R、Lanaset藏青R、Lanaset红G、Lanaset红2GA、Lanaset紫B、Lanaset棕B、Burconyl砖红AF-3b、Burconyl宝石红AF-GR、Burconyl橙AF-3R、Burconyl绿AF-B、Burconyl亮蓝AF-R、Burconyl品蓝AF-R、Burconyl亮黄AF-4G、Erionyl红A-3G、Erionyl蓝RL 200、以及Nylanthrene亮蓝2RFF。
制造商还提供纯染料的混合物。混合物可用于本发明的实践，并且可优选为纯形式的染料的混合物，理由与所需色调和/或性能特性有关。例如，CI酸性红337与CI酸性红426的混合物提供蓝红酸性染料混合物。当在一般的尼龙染色系统中用作红色组分时，其组合物形式具有与CI酸性红337相似的染色行为，但CI酸性红337与CI酸性红426的混合物与仅使用酸性红337作为红色组分的染色相比可提供改善的光不褪色性。
优选地，用于本发明实践的染料混合物的蓝色组分包含一种或多种选自下列的染料：酸性蓝25、酸性蓝40、酸性蓝41、酸性蓝78、酸性蓝129、酸性蓝205、酸性蓝260、酸性蓝277、酸性蓝288、酸性蓝324、酸性绿25、或它们的混合物。在尤为优选的实施方案中，蓝色组分包含酸性蓝324。
优选地，用于本发明实践的红色组分包含一种或多种选自下列的染料：酸性红42、酸性红57、酸性红257、酸性红266、酸性红337、酸性红361、酸性红396、酸性红426、或它们的混合物。在尤为优选的实施方案中，红色组分包含酸性红337、酸性红426、酸性红361、或它们的混合物。
用于本发明实践的黄色组分还可包含一种或多种选自下列的染料：酸性黄49、酸性黄135、酸性黄159、酸性黄159:1、酸性黄174、酸性黄198、酸性黄216、酸性黄219:1、酸性黄230、酸性黄240、酸性橙47、酸性橙67、酸性橙II16、酸性橙152、或它们的混合物。
现在，将通过以下具体实施例阐述本发明：
实施例
在实施例1中，制备了由尼龙格子布(基重为100gsm)和纳米纤维网(由尼龙6，6制成)制成的双层织物构造。使用“288图案”凹版辊施加60psi的压力，通过使用溶剂型聚氨酯粘合剂将尼龙格织物层压到纳米纤维网上来制成双层织物构造。随后使用得自Aakash Chemicals&Dye-stuffs，Inc的常压工序(编号53-1110)对最终的双层织物构造进行染色，并示于图1中。
在实施例2中，使用“288图案”凹版辊施加60psi的压力，通过溶剂型聚氨酯粘合剂制备了由尼龙格子布(基重为100gsm)、纳米纤维网(由尼龙6，6制成)和尼龙经编针织材料(基重为35gsm)构成的三层织物构造。随后使用得自Aakash Chemicals&Dye-stuffs，Inc.的常压工序(编号53-1110)对最终的三层织物构造进行染色，并示于图2中。

Claims (8)

1.一种具有透过湿气的能力并同时为穿着者挡风和/或防水的衣服，所述衣服包括与纳米纤维层相邻并与其呈面对面关系的至少一个织物层的复合织物，其中所述纳米纤维层包括至少一个聚合物纳米纤维的多孔层，所述纳米纤维具有介于50nm至1000nm之间的数均直径，介于1g/m2和100g/m2之间的基重，并且其中所述复合织物具有介于1.2m3/m2/min和7.6m3/m2/min之间的弗雷泽透气率，以及根据ASTM E-96B测得的大于500g/m2/天的湿气透过率，所述纳米纤维层的整个表面或部分表面被染色，其中所述纳米纤维层包含选自下列的聚合物：聚缩醛、聚酰胺、聚酯、纤维素醚、纤维素酯、聚烯化硫、聚亚芳基氧化物、聚砜、改性的聚砜聚合物和它们的混合物。
2.权利要求1的衣服，其中所述纳米纤维层通过静电纺纱或电吹制成或被熔喷。
3.权利要求1的衣服，其中所述纳米纤维层包含聚合物，所述聚合物来自交联和非交联形式的下列物质：聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇。
4.权利要求1的衣服，其中所述纳米纤维层包含选自下列的聚合物：尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙6，6-6，10。
5.权利要求1的衣服，其中所述纳米纤维层被压延。
6.权利要求5的衣服，其中所述纳米纤维层在与所述至少一个织物层接触的同时被压延。
7.权利要求1的衣服，其中所述至少一个织物层由选自下列的材料织造：尼龙、棉、羊毛、丝绸、聚酯、聚丙烯酸类、聚烯烃以及它们的组合。
8.权利要求1的衣服，其中所述至少一个织物层由韧度低于8克/旦尼尔(gpd)的纤维织造。
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