CN103154346A - 高度均匀的纺粘非织造织物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高度均匀的纺粘非织造织物，以及相关的纤维、产品、机器和方法。

Description

高度均匀的纺粘非织造织物
相关申请的交叉引用
按照35 U.S.C.§ 119(e)，该申请要求2010年10月14日提交的美国临时申请系列No.61/393,232和2011年6月15日提交的美国临时申请系列No.61/497,241的优先权。母案申请的内容据此通过引用并入。
技术领域
本公开内容涉及高度均匀的纺粘非织造织物，以及相关的纤维、产品、机器和方法。
背景技术
由彼此热粘结的纤维形成的非织造织物已经被生产许多年。两种常见的热粘结技术是面粘结和点粘结。在面粘结中，在非织造织物的纤维彼此接触的位置，粘结被任意地产生遍及整个非织造织物。这可以各种方式来实现，例如通过使热空气、蒸汽或其他气体穿过纤维的未粘结的网以使纤维熔化并在接触点处彼此熔合。面粘结还可以通过使纤维的网穿过主要由被加热成使纤维软化和熔合的两个光滑的钢辊组成的压延机来实现。在点粘结中，使纤维的网穿过经加热的具有两个夹辊的压延机辊隙，两个夹辊中的至少一个具有带突出部图案的表面。通常，经加热的辊中的一个是有图案的辊，且另一个辊是具有光滑表面的协同操作辊。当网运动通过压延机辊时，单个纤维在纤维接触有图案的辊的突出部的分离的点粘结部位处被热粘结在一起，且纤维在这些点粘结部位之间的位置处不被粘结。因此，如此获得的织物包括粘结图案。
发明内容
发明人已经出乎意料地发现，包含具有单峰分子量分布的单一聚合物(例如，具有单一特性粘度的聚合物)的纺粘纤维可以被面粘结，以形成具有类似于或好于湿法成网非织造织物的表面均匀度的高的表面均匀度(例如，具有至多约600的M-4网均匀度指数)，同时相比于湿法成网非织造织物，具有改进的拉伸强度(例如，在机器方向或跨机器方向)和较低的产品成本的纺粘非织造织物。因此，在某些应用中(例如，在膜过滤介质中)，纺粘非织造织物可以用于代替湿法成网非织造织物。
在一个方面，本公开内容以包括包含许多连续纤维的非织造织物的制品为特征。许多连续纤维中的每一纤维包括包含聚酯的单一聚合物。连续纤维被遍及非织造基材任意地粘结。
在另一个方面，本公开内容以包括包含许多纤维的非织造织物的制品为特征。非织造织物具有至多约600的M-4网均匀度指数。当非织造织物具有34gsm的单位重量时，非织造织物在跨机器方向具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的。
在另一个方面，本公开内容以包括包含许多纺粘纤维的非织造织物的制品为特征。非织造织物具有至多约600的M-4网均匀度指数。
在另一个方面，本公开内容以包括包含许多纤维的非织造织物的制品为特征。当非织造织物具有34gsm的单位重量时，非织造织物在跨机器方向具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的。非织造织物不包括具有高于约0.64dl/g的特性粘度的聚合物。
在另一个方面，本公开内容以包括上述制品中的至少一种的膜过滤介质为特征。
在还另一个方面，本公开内容以以下方法为特征：将包含单一聚合物的组合物挤出以形成许多未粘结连续纤维；和对所述未粘结连续纤维进行面粘结以形成包括许多粘结连续纤维的非织造织物。单一聚合物包括聚酯。
实施方案可以包括以下任选的特征中的一个或多个。
每一纤维可以包括单一聚合物，单一聚合物可以包括聚酯。例如，单一聚合物可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙交酯、聚交酯、聚己酸内酯、聚己二酸乙二醇酯、聚羟基链烷酸酯或其共聚物。
单一聚合物可以具有至少约0.5dl/g和/或至多约0.7dl/g的特性粘度。
纤维中的至少一些可以具有圆形横截面。例如，圆形横截面可以具有约6μm至约20μm的平均直径。
纤维中的至少一些可以具有三叶形的、四叶形的、五叶形的或八叶形的横截面。例如，这样的纤维的横截面可以具有约1μm至约6μm的平均直径。
纤维可以被遍及非织造基材任意地粘结。
当非织造织物具有34gsm的单位重量时，非织造织物在跨机器方向可以具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的。
非织造织物可以具有至多约600的M-4网均匀度指数。
非织造织物可以具有至少约5μm和/或至多约125μm的平均孔径。
非织造织物可以具有至少约50μm和/或至多约550μm的厚度。
非织造织物可以具有至少约25μm和/或至多约200μm的泡点。
膜过滤介质可以是反渗透过滤介质。
面粘结可以包括热风粘结未粘结连续纤维以形成非织造基材。
面粘结可以是在至少约145℃和/或至多约250℃的温度下进行的。
在对未粘结连续纤维进行面粘结之前，所述方法还包括使未粘结连续纤维穿过至少两个拉伸辊以形成定向纤维。例如，两个拉伸辊中的每一个具有每分钟至少约1,800米的纤维速度。
在对未粘结连续纤维进行面粘结之后，所述方法还包括对非织造基材压延以形成压延产品。压延可以是在至少约145℃和/或至多约215℃的温度下进行的。压延产品可以包括膜过滤介质。
粘结连续纤维可以包括纺粘纤维。
实施方案可以提供以下优点中的一个或多个。
通过对包含具有某特性粘度值(例如，0.60dl/g至0.64dl/g)的单一聚合物的纤维进行面粘结形成的纺粘非织造织物可以具有类似于或好于湿法成网非织造织物的表面均匀度的高的表面均匀度，同时相比于湿法成网非织造织物，具有改进的拉伸强度(例如，在机器方向或跨机器方向)和较低的产品成本。
使用单一聚合物来制备非织造织物的一个优点是不需要另外的粘合剂聚合物来粘结纤维，由此降低制造成本。
从说明书、附图和权利要求，本发明的其他特征和优点将是明显的。
附图说明
图1是由从单一聚合物制成的连续纤维形成的纺粘非织造织物的透视图。
图2是用于生产纺粘非织造织物的设备的示意图。
图3是包括图1中示出的非织造织物的过滤器系统的部分剖视透视图。
图4是包括图1中示出的非织造织物的反渗透膜过滤器的透视图。
具体实施方式
图1是由许多连续纤维12形成的纺粘非织造织物10的透视图，许多连续纤维12通过遍及整个非织造织物任意地分布的多个间断的粘结处14而被彼此面粘结。如本文使用的，术语“非织造织物”是指包含被粘结在一起，但不是以如在编织或纺织材料中可辨认的方式被粘结在一起的一个或多个纤维层的织物。本文提及的术语“连续纤维”是指以连续工艺形成的、在被合并到包含连续纤维的织物中之前不会被缩短的纤维。非织造织物可以以连续工艺来形成，其中连续纤维被设置在织物中。然后，可以把非织造织物切割成特定的尺寸(具有不同的长度和宽度)，且连续纤维将通常具有等于或大于非织造织物的长度或宽度的长度。相反，切断纤维是指在被合并到织物中之前被缩短的纤维且因此具有独立于和不同于织物的长度或宽度的不同长度。本文提及的术语“纺粘纤维”是指已经被挤出、拉伸和放在运动基材(例如，运动带)上的纤维。一般而言，非织造织物10具有相对柔性的和多孔的平面结构。
一般而言，纤维12由单一聚合物形成。如本文使用的，术语“单一聚合物”是指包含具有相同的化学组成和具有单峰分子量分布的分子的聚合物。本文提及的具有单峰分子量分布的聚合物是指在凝胶渗透色谱法(GPC)的色谱图中具有唯一一个可区别的分子量峰的聚合物。作为一个实例，由具有两种不同的化学组成的聚合物(例如，聚乙烯和聚酯)制成的纤维不是在本公开内容中定义的该术语的意思内的“单一聚合物”。作为另一个实例，由包含具有相同的化学组成但具有多峰分子量分布的分子的聚合物(例如，在GPC色谱图中具有两个可区别的分子量峰的两种聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物的共混物)制成的纤维也不是在本公开内容中定义的该术语的意思内的“单一聚合物”。此外，包含具有相同的化学组成但显著不同的特性粘度值(例如，0.61dl/g和0.67dl/g)的分子的聚合物具有多峰分子量分布。因此，像这样的聚合物也不是在本公开内容中定义的其意思内的“单一聚合物”。
可以用在纤维12中的单一聚合物的实例是聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚交酯或聚乳酸(PLA)、聚己酸内酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羟基链烷酸酯(PHA)或其共聚物。不希望受理论束缚，认为，由聚酯形成的纤维可以向用于过滤器介质中的非织造织物提供合适的刚度。单一聚合物可以是均聚物或共聚物。
一般而言，纤维12被面粘结以形成具有高的表面均匀度的非织造织物10。因此形成的非织造织物10在纤维彼此接触的位置处包含遍及整个非织造织物任意地分布(即，没有粘结图案)的间断的粘结处14。因此，这样的非织造织物可以不同于具有重复的粘结图案的非织造织物，例如通过点粘结(例如，通过使纤维穿过两个经加热的夹辊，夹辊中的至少一个包括图案)制备的那些。在一些实施方案中，在点粘结中使用的夹辊可以具有任意的图案。然而，在夹辊完成一个循环之后任意的图案重复时，因此形成的非织造织物中的粘结仍被视为具有在本公开内容中的该术语的意思内的图案。不希望受理论束缚，认为，通过面粘结制备的非织造织物12可以比通过点粘结制备的非织造织物具有更高的表面均匀度(例如，更高的M-4网均匀度指数)，因为面粘结可以导致具有光滑表面的织物，而点粘结导致在表面上具有熔合纤维的压痕的织物。不希望受理论束缚，认为，对于在膜过滤介质中使用，通过面粘结制备的非织造织物可以是期望的，因为织物可以是遍及整个表面多孔的。相反，当通过点粘结制备的织物包括在其表面上的压痕时，压痕防止在那些点处发生过滤且因此减少可利用的过滤面积，这又可以增加压降和降低过滤器寿命。
面粘结可以通过本领域中已知的各种方法来进行。作为一个实例，面粘结可以通过热风粘结，即，通过使热空气、蒸汽或其他气体穿过纤维的未粘结的网以使纤维熔化并在接触点处彼此熔合来实现。作为另一个实例，面粘结可以通过压延机粘结，即，通过使纤维的网穿过主要由被加热成使纤维软化和然后粘结在一起的两个光滑的钢辊组成的压延机来实现。
面粘结通常是在高温下进行的。例如，纤维12可以在至少约145℃(例如，至少约155℃、至少约175℃、至少约195℃、至少约215℃或至少约225℃)到至多约250℃(例如，至多约245℃、至多约240℃、至多约235℃或至多约230℃)的范围内的温度下被面粘结。通常，面粘结在约225℃和约245℃之间通过使用热风粘结或在约175℃和约245℃之间通过使用平压延来进行。在面粘结过程期间的加热可以通过传导(例如，通过在压延机粘结过程中使用经加热的辊)、对流(例如，通过在热风粘结过程中使用热空气)或振动(例如，通过声波焊接)来实现。一般而言，热量被均匀地应用到全部纤维织物。不希望受理论束缚，当在纤维12中使用的单一聚合物具有相对低的特性粘度(例如，约0.60dl/g至约0.64dl/g)时，认为，单一聚合物在面粘结中使用的温度下软化，且因此，纤维在任何接触点处彼此粘结且因此形成基本上均匀地遍及整个织物而没有任何粘结图案的任意粘结。相反，通过点粘结制备的织物仅在纤维接触有图案的夹辊上的突出部的地方形成粘结处，而使在点粘结部位之间的位置处的纤维是未粘结的。因此，通过点粘结制备的织物包括粘结图案。
非织造织物10可以在机器方向(MD)和/或跨机器方向(CD)具有相对高的Gurley刚度。本文使用的术语“机器方向”是指未粘结的网、粘结的网或非织造织物在生产处理期间的运动方向。未粘结的网、粘结的网或非织造织物的长度通常是在机器方向的尺寸。本文使用的术语“跨机器方向”是指垂直于未粘结的网、粘结的网或非织造织物在生产或处理期间的运动方向的方向。未粘结的网、粘结的网或非织造织物的宽度通常是在跨机器方向的尺寸。例如，非织造织物10在机器方向可以具有在至少约65mg(例如，至少约100mg、至少约200mg、至少约300mg或至少约500mg)到至多约1,800mg(例如，至多约1,600mg、至多约1,400mg、至多约1,200mg或至多约1,000mg)范围内的Gurley刚度。作为另一个实例，非织造织物10在跨机器方向可以具有在至少约45mg(例如，至少约80mg、至少约150mg、至少约250mg或至少约400mg)到至多约850mg(例如，至多约700mg、至多约6000mg、至多约500mg或至多约400mg)范围内的Gurley刚度。本文提及的非织造基材的刚度是指通过使用格利式型试验机根据ASTM D6125-97(2002)测量的刚度。不希望受理论束缚，认为，通过面粘结制备的非织造织物10可以具有比通过点粘结制备的具有相同的单位重量的非织造织物的Gurley刚度高的Gurley刚度。
适合用于纤维12中的单一聚合物具有相对低的特性粘度值。例如，单一聚合物可以具有至多约0.7dl/g(例如，至多约0.69dl/g、至多约0.68dl/g、至多约0.67dl/g、至多约0.66dl/g、至多约0.65dl/g、至多约0.64dl/g、至多约0.63dl/g、至多约0.62dl/g、至多约0.61dl/g或至多约0.60dl/g)或至少约0.5dl/g(例如，至少约0.52dl/g、至少约0.54dl/g、至少约0.56dl/g、至少约0.58dl/g或至少约0.60dl/g)的特性粘度值。通常，单一聚合物具有约0.60dl/g至约0.64dl/g(例如，约0.61dl/g至约0.63dl/g)的特性粘度值。如本文使用的，本文提及的特性粘度是根据ASTM D4603-03中描述的方法来测量的。不希望受理论束缚，认为，如果单一聚合物具有太高(例如，大于约0.7dl/g)的特性粘度，则聚合物不会在面粘结中通常使用的温度下以足以在纤维之间形成粘结的水平软化。此外，不希望受理论束缚，还认为，如果单一聚合物具有太低(例如，低于约0.5dl/g)的特性粘度，则聚合物不具有足以形成对于在过滤器介质中使用来说足够牢固的非织造织物的拉伸强度。
常规上，通过面粘结形成的纺粘非织造织物由包含具有不同的化学组成的聚合物(例如，聚乙烯和PET均聚物、或PET共聚物和PET均聚物)的纤维或包含具有相同的化学组成但显著不同的特性粘度值的聚合物(例如，具有0.61dl/g和0.67dl/g的特性粘度值的聚对苯二甲酸乙二醇酯)的纤维制成。在那些纤维中，聚合物中的至少一种用于提供纺粘非织造织物的机械强度(例如，具有较高的特性粘度或较高的熔点的聚合物)，且在粘结温度下能够容易地软化的聚合物中的至少一种用作粘合剂以在纤维之间形成粘结处(例如，具有较低的特性粘度或较低的熔点的聚合物)。出乎意料地，发明人已经发现，具有在前述段落中讨论的范围(例如，约0.60dl/g至约0.64dl/g)内的一个特性粘度的单一聚合物可以被面粘结，以形成具有高的表面均匀度(即，具有高度光滑的表面)和足够的机械强度的纺粘非织造织物，使得由这样的非织造织物制备的织物适合用作过滤器介质。不希望受理论束缚，认为，使用单一聚合物来制备非织造织物的一个优点是在制造织物中使用的面粘结和/或热压延过程可以被容易地优化(例如，通过调节粘结和/或压延温度)，以产生具有改进的网均匀度的织物，而如果使用两种或更多种聚合物，则可能难以优化这些过程。此外，不希望受理论束缚，认为，使用单一聚合物来制备非织造织物的另一个优点是不需要另外的粘合剂聚合物来粘结纤维，由此降低制造成本。
根据需要，纤维12的横截面可以具有不同的形状。在一些实施方案中，纤维12中的至少一些可以具有圆形横截面(例如，圆形的横向横截面)。在这样的实施方案中，具有圆形横截面的纤维12可以具有在至多约20μm(例如，至多约18μm、至多约16μm或至多约14μm)到至少约4.5μm(例如，至少约5μm、至少约6μm、至少约7μm、至少约8μm或至少约9μm)的范围内的平均直径。一般而言，纤维的平均直径与纤维的线性质量密度成比例相关联，且相关性可以取决于用于形成纤维的聚合物。例如，具有约0.9dtex(即，约1dpf)的线性质量密度的纤维对应于具有约10μm的平均直径的纤维(当纤维由聚酯制成时)和对应于具有平均直径约12.5μm的纤维(当纤维由聚丙烯制成时)。因此，当纤维12由聚酯制成时，具有上述平均直径的纤维12可以具有在至多约1.8dtex(例如，至多约1.6dtex、至多约1.44dtex或至多约1.26dtex)到至少约0.4dtex(例如，至少约0.45dtex、至少约0.54dtex、至少约0.63dtex、至少约0.72dtex或至少约0.81dtex)的范围内的线性质量密度。不希望受理论束缚，认为，具有较小的平均直径(或较小的线性质量密度)的纤维导致具有更好的过滤效率和较高的表面均匀度(即，更光滑的表面)的非织造织物。另一方面，如果非织造织物10中的纤维的平均直径太小，则这样的织物可以具有非常高的压降，这将降低织物的过滤能力。
在一些实施方案中，纤维12可以具有多叶形形状(例如，三叶形的、四叶形的、五叶形的或八叶形的形状)的横截面(例如，横向横截面)。这样的纤维可以具有在至多约18μm(例如，至多约16μm、至多约14μm、至多约12μm或至多约10μm)到至少约1μm(例如，至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少约6μm或至少约8μm)的范围内的平均直径。如本文使用的，多叶形纤维的直径是指从叶的尖端跨过横截面的中心到横截面的在中心的另一侧上的末端的距离。此外，具有上述尺寸的纤维12可以具有在至多约2.4dtex(例如，至多约2.2dtex、至多约2.0dtex、至多约1.8dtex或至多约1.6dtex)到至少约0.45dtex(例如，至少约0.54dtex、至少约0.63dtex、至少约0.72dtex、至少约0.81dtex或至少约0.9dtex)的范围内的线性质量密度。通常，具有多叶形横截面的纤维12可以具有在约1.6dtex和约2.2dtex之间的线性质量密度。不希望受理论束缚，认为，当具有多叶形横截面的纤维每单位重量具有比具有圆形横截面的纤维的每单位重量的表面积大的表面积时，具有相对小的尺寸(例如，相对小的直径或相对小的线性质量密度)的前者纤维可以用于制备具有与由具有相对大的尺寸(例如，相对大的直径或线性质量密度)的后者纤维制备的非织造织物的表面均匀度相似的表面均匀度的非织造织物。因此，相比于由后者纤维制备的非织造织物的过滤效率和拉伸强度，由前者纤维制备的非织造织物可以具有更好的过滤效率和更好的拉伸强度。
纺粘非织造织物10(例如，具有34克每平方米(gsm)的单位重量和/或具有32平方英寸的面积)在机器方向可以具有在至少约10磅(例如，至少约15磅、至少约20磅、至少约25磅或至少约30磅)到至多约50磅(例如，至多约45磅、至多约40磅、至多约35磅或至多约30磅)的范围内的拉伸强度。通常，纺粘非织造织物10在机器方向可以具有在约20磅至约40磅的范围内的拉伸强度。纺粘非织造织物10(例如，具有34gsm的单位重量和/或具有32平方英寸的面积)在跨机器方向可以具有在至少约10磅(例如，至少约15磅、至少约20磅、至少约25磅或至少约30磅)到至多约50磅(例如，至多约45磅、至多约40磅、至多约35磅或至多约30磅)的范围内的拉伸强度。通常，纺粘非织造织物10在机器方向可以具有在约18磅至约24磅的范围内的拉伸强度。如本文使用的，非织造织物10的拉伸强度是通过Grab拉伸方法根据ASTM D4595-09来测量的。一般而言，具有较高单位重量的纺粘非织造织物在机器方向和跨机器方向两者均具有增加的拉伸强度。不希望受理论束缚，认为，纺粘非织造织物10在机器方向和/或跨机器方向每单位重量具有比湿法成网非织造织物的拉伸强度显著更高的拉伸强度。此外，不希望受理论束缚，认为，纺粘非织造织物10的另一个优点是相比于湿法成网非织造织物的起毛等级(fuzz rating)，其具有优良的起毛等级，因为前者织物由连续纤维制成(且因此在织物表面上具有最少量的纤维末端)，而后者织物由通常具有约0.5英寸至约3英寸的纤维长度的切断纤维制成(且因此在织物表面上具有显著量的纤维末端)。
在一些实施方案中，纺粘非织造织物10可以具有在至多约3:1(例如，至多约2.5:1、至多约2:1、至多约1.5:1、至多约1.4:1、至多约1.2:1)到至少约1:1(例如，至少约1.1:1、至少约1.3:1、至少约1.5:1或至少约2:1)的范围内的在机器方向的拉伸强度和跨机器方向的拉伸强度之间的比率。
非织造织物10的平均孔径可以取决于织物如何被制备和织物的预期用途而变化。本文使用的“平均孔径”是在一平方英寸(即，约6.45cm2)样品上通过从PorousMaterials,Inc,Ithaca,NY可得到的毛细管流动孔径分析仪CFP 1200 AEX测量的。例如，在织物被面粘结之后但在其被压延以形成具有减小的孔径的压延产品(例如，用于池或温泉的过滤介质、或干燥器片)之前，非织造织物10可以具有在至少约35μm(例如，至少约45μm、至少约55μm，至少约65μm、至少约75μm或至少约85μm)到至多约125μm(例如，至多约120μm、至多约110μm、至多约100μm、至多约90μm或至多约80μm)的范围内的平均孔径。作为另一个实例，在织物被面粘结和被压延以形成具有减小的孔径的压延产品(例如，过滤介质)之后，非织造织物10可以具有在至少约5μm(例如，至少约7μm、至少约9μm、至少约11μm、至少约13μm、至少约15μm或至少约17μm)到至多约25μm(例如，至多约23μm、至多约21μm、至多约19μm、至多约17μm或至多约15μm)的范围内的平均孔径。
根据需要，非织造织物10的泡点可以改变。本文提及的术语“泡点”是指通过从Porous Materials,Inc可得到的毛细管流动孔径分析仪CFP 1200 AEX测量的在一平方英寸(即，约6.45cm2)样品中的最大孔径。例如，在织物被面粘结之后但在其被压延以形成具有减小的孔径的压延产品之前，非织造织物10可以具有在至少约75μm(例如，至少约85μm、至少约95μm、至少约105μm或至少约115μm)到至多约200μm(例如，至多约190μm、至多约180μm、至多约170μm或至多约160μm)的范围内的泡点。作为另一个实例，在织物被面粘结和被压延以形成具有减小的孔径的压延产品(例如，过滤介质)之后，非织造织物10可以具有在至少约25μm(例如，至少约30μm、至少约35μm、至少约40μm或至少约45μm)到至多约50μm(例如，至多约45μm、至多约40μm、至多约35μm或至多约30μm)的范围内的泡点。
根据需要，非织造织物10的厚度还可以改变。例如，在织物被面粘结之后但在其被压延以形成具有减小的孔径的压延产品之前，非织造织物10可以具有在至少约200μm(例如，至少约250μm、至少约300μm、至少约350μm或至少约400μm)到至多约550μm(例如，至多约500μm、至多约450μm、至多约400μm或至多约350μm)的范围内的厚度。作为另一个实例，在织物被面粘结和被压延以形成具有减小的厚度的压延产品(例如，过滤介质)之后，非织造织物10可以具有在至少约50μm(例如，至少约75μm、至少约100μm、至少约125μm或至少约150μm)到至多约250μm(例如，至多约225μm、至多约200μm、至多约175μm或至多约150μm)的范围内的厚度。
取决于预期的用途，非织造织物10可以具有不同的单位重量。例如，非织造织物10可以具有在至少约15克每平方米(gsm)(例如，至少约34gsm、至少约51gsm、至少约68gsm、至少约85gsm、至少约102gsm或至少约136gsm)到至多约260gsm(例如，至多约255gsm、至多约238gsm、至多约221gsm、至多约204gsm、至多约187gsm、至多约170gsm、至多约153gsm、至多约136gsm或至多约119gsm)的范围内的单位重量。如本文使用的，非织造织物10的单位重量是根据ASTM D3776-96测量的。
一般而言，非织造织物10具有高的表面均匀度。非织造织物10的表面均匀度(即，光滑度)可以通过使用M-4网均匀度指数来量化。
本文使用的M-4网均匀度指数基于非织造织物的四个物理性质(即，厚度、单位重量、泡点和平均孔径)来确定且通过以下一般方法来获得：将某数量的具有某面积(例如，具有1平方英寸，即，约6.45cm2的面积)的样品(例如，30个样品)均匀地取过其M-4网均匀度指数将被确定的非织造织物。偶数的样品应以机器方向和跨机器方向被取出。不应基于视觉外观来选择样品。在已经取出样品之后，测量每一样品的厚度、单位重量、泡点和平均孔径。然后获得每一个性质的平均值。例如，当使用30个样品时，平均厚度(t)通过用所有样品的厚度值的总和(即，tl+t2+t3+...+t30)除以样品数量(即，30)来获得。其他性质的平均值以相同的方式来计算。随机值被预选用于每一个性质且在下文被称为“归一化值”。厚度、单位重量、泡点和平均孔径的归一化值分别是178μm、34gsm、27.41μm和9.09μm。本公开内容中提及的M-4网均匀度指数值全部基于刚刚提及的归一化值来计算。然而，为了比较目的，只要每一个性质的相同的归一化值用于正被比较的所有样品，可以使用这些性质的其他归一化值。
在获得样品的每一个性质的平均值之后，每一个性质的“归一化因子”是通过把选择用于每一个性质的归一化值除以其平均值来计算的。例如，如果样品的平均厚度是190.5μm，则归一化因子是0.934(即，178μm/190.5μm=0.934)。
然后，每一种样品的每一个性质的“归一化测试值”是通过把每一种样品的性质(例如，厚度)的实际测量值乘以上面获得的归一化因子来计算的。例如，在上面的对于样品的厚度来说归一化因子是0.934的实例中，每一种样品的厚度的归一化测试值是通过把每一种样品的厚度的实际测量值乘以0.934来计算的。
在已经获得所有样品的每一个性质的归一化测试值之后，通过使用以下方程式来计算每一个性质的归一化测试值的“归一化标准偏差”(归一化STDEV)：
σ = 1 N [ ( x 1 - μ ) 2 + ( x 2 - μ ) 2 + · · · + ( x N - μ ) 2 ] ,
其中x1、x2、...和XN是所有样品的性质的归一化测试值，N是样品数量，μ是x1、x2、...和XN的平均值且通过(x1+x2+...+XN)/N来计算，且σ是性质的归一化STDEV。
然后通过以下方程式来计算M-4网均匀度指数：M-4网均匀度指数=(归一化厚度STDEV+归一化单位重量STDEV+归一化泡点STDEV+归一化平均孔径STDEV)x100。在以下实施例部分中提供获得非织造织物10的M-4网均匀度指数的更详细描述。
一般而言，具有较低的M-4网均匀度指数的织物比具有较高的M-4网均匀度指数的织物具有更均匀的表面(即，更光滑的表面)。作为一个实例，使用上面所描述的方法，非织造织物10可以具有在至多约600(例如，至多约575、至多约550、至多约525、至多约500、至多约475、至多约450、至多约425或至多约400)到至少约75(例如，至少约150、至少约200、至少约250、至少约300、至少约350或至少约400)的范围内的M-4网均匀度指数。例如，非织造织物10可以具有约100至约600(例如，约150至约575或约200至约550)的M-4网均匀度指数。不希望受理论束缚，认为，非织造织物10可以具有类似于或好于湿法成网非织造织物的M-4网均匀度指数的M-4网均匀度指数，这通常被视为是在通过目前已知的方法制备的非织造织物中，具有最均匀的表面。
不希望受理论束缚，认为，纺粘非织造织物10的一个优点是相比于常规的纺粘非织造织物，其具有改进的表面均匀度和减小的纤维尺寸。因此，相比于常规的纺粘非织造织物，当用作膜过滤介质时，纺粘非织造织物10具有改进的过滤效率。此外，纺粘非织造织物10可以具有类似于或好于湿法成网非织造织物的表面均匀度(其通常优于常规的纺粘非织造织物的表面均匀度)的表面均匀度，但具有改进的拉伸强度和降低的制造成本。因此，在某些应用中(例如，在膜过滤介质中)，纺粘非织造织物10可以用于代替湿法成网非织造织物。
纺粘非织造织物10可以由一个或多个(例如，两个、三个、四个或五个)非织造材料层制成。例如，织物10可以由包含上面提及的单一聚合物的一个纺粘纤维层制成。作为另一个实例，织物10可以由多于一个纺粘纤维层制成，这些纺粘纤维层中的每一个包含由相同的单一聚合物制成的纤维，但具有不同的物理性质，例如孔径、纤维尺寸或粘结密度。
图2阐明用于生产纺粘非织造织物10的设备。如图2所示的，设备包括安装在环形运动传送带24上的第一和第二接连布置的纺丝箱体22。尽管所阐明的设备具有两个纺丝箱体，但可以采用具有唯一一个纺丝箱体或具有三个或更多个纺丝箱体的设备的其他配置。每一个箱体以跨机器方向横向地延伸，且相应的箱体以机器方向被接连地布置。每一个箱体被供应有来自一个或多个挤出机(图2中未示出)的熔融聚合物(例如，具有一个特性粘度的单一聚酯)。具有配置成产生连续细丝的孔的喷丝头被安装在纺丝箱体22中的每一个上。
然后，新挤出的细丝可以通过与骤冷空气流接触而被冷却和固化。然后，细丝可以通过装置26通过本领域中已知的方法，例如机械拉伸方法或气压拉伸方法(例如，槽拉伸方法)来变细和拉伸。例如，当装置26可以包括拉伸辊时，细丝可以通过机械方法变细。机械拉伸细丝的方法是本领域已知的且已经被描述在例如美国专利No.5,665,300中。作为另一个实例，当装置26包括衰减器(attenuator)装置时，细丝可以通过气动方法来变细和拉伸。例如，当装置26包括槽形的衰减器时，细丝可以被槽拉伸。槽拉伸细丝的方法是本领域已知的且已经被描述在例如美国专利No.3,338,992、4,208,366、4,233,014和5,368,913中。
然后，变细和拉伸的细丝可以被任意地沉积到前进的传送带24上以形成网。然后，细丝可以在高温下被面粘结以产生网内聚力和强度。面粘结通常包括使网穿过经加热的主要由两个光滑的钢辊组成的压延机或使热的蒸汽、空气或其他气体穿过网以使细丝变得粘结并彼此熔合。
具体地，如图2所示，未粘结的细丝的网可以被引导通过蒸汽固结器(steamconsolidator)32，蒸汽固结器的实例在美国专利No.3,989,788中示出。网可以与饱和蒸汽接触，饱和蒸汽用来软化细丝。然后，网可以被转移至热风粘结机34以被粘结。一般而言，粘结过程中使用的温度显著高于集中器中使用的温度，且可以取决于纤维中使用的聚合物的发粘温度以及产品中所需的性质(例如，强度、尺寸稳定性或刚度)。例如，当纤维包含聚对苯二甲酸乙二醇酯时，固结的网通常在粘结期间暴露于140至250℃(例如，215至250℃)的空气。在固结和粘结步骤期间，纤维软化和变得粘结，产生纤维彼此接触的熔合粘结处。所得到的非织造织物是具有遍及整个织物基本上均匀地分布的任意粘结部位的面粘结织物。粘结部位提供必需的片性质例如撕裂强度和拉伸强度。在网被粘结之后，其可以在出口辊上方转到卷取装置36。
粘结的网还可以被压延以形成压延产品。压延过程可以通过使粘结的网穿过经加热的具有三个或更多个光滑辊(例如，钢和尼龙辊)的压延机来进行。例如，当织物10由聚酯制成时，压延机可以在至多约215℃(例如，至多约205℃、至多约195℃、至多约185℃或至多约175℃)到至少约145℃(例如，至少约150℃、至少约160℃、至少约170℃或至少约180℃)的范围内的温度下被加热。这样的过程可以具有约9.14m/分钟至约91.4m/分钟(即，约10至约100码/分钟)的压延速度和约525至约4903牛顿每厘米辊宽度(约300至约2,800磅每英寸辊宽度(PLI))的在辊之间的压力。作为具体的实例，由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的具有0.61dl/g的特性粘度的织物10可以在约171℃下在约1,962牛顿每厘米辊宽度(即，约1,120PLI)的压力下以约50m/分钟(即，约55码/分钟)的压延速度被压延以产生压延产品。不希望受理论束缚，认为，压延过程还可以减小非织造织物10的厚度和孔径并增加织物的表面均匀度(即，表面光滑度)。
非织造织物10可以用于各种各样应用中。例如，未被压延的非织造织物10可以用作过滤介质(例如，池和温泉过滤介质)、干燥器片、或纤维加强塑料的载体。示例性的过滤介质包括池和温泉过滤介质以及在以下中使用的介质：重型空气过滤系统、燃气轮机过滤系统、窗口覆盖物(例如，百叶窗)、液体过滤系统(例如，废水或饮用水过滤系统)、HEPA过滤系统、真空袋过滤系统、燃料过滤系统、油过滤系统、电池隔板和/或脉冲清洁应用。作为另一个实例，被压延的非织造织物10可以用于膜过滤介质(例如，作为过滤介质例如反渗透过滤介质中的载体)、衣服、干燥器片和毛巾中。示例性的过滤介质包括超滤介质、微滤介质和反渗透过滤介质。这样的过滤介质可以包括不同于非织造织物10的一个或多个层(例如，非织造层、过滤膜、或薄膜)以控制污垢容纳能力或过滤效率。这些层可以与非织造织物10被压延在一起(例如，通过使用上述压延过程)以形成过滤介质。例如，当被压延的非织造织物10用作反渗透过滤介质的载体(例如，用于脱盐或药物分离)时，反渗透膜可以附接于织物10以分离具有不同尺寸的分子。
图3示出示例性的过滤器系统100的剖视透视图，过滤器系统100包括过滤器壳体101、过滤器筒102、内部筛子108和外部筛子103。非织造织物10布置在过滤器筒102中。在使用期间，气体或液体经由开口104进入系统100，且然后穿过内部筛子108、非织造织物10和外部筛子103。然后，气体经由开口106离开过滤器组件100。非织造织物10可以任选地褶成各种配置中的任何(例如，板或圆柱形)。
图4是反渗透膜过滤器200的透视图，反渗透膜过滤器200包括过滤器壳体202和反渗透膜介质204。介质204包括非织造织物10和由非织造织物10支撑的反渗透膜。介质204和壳体202一起形成进料通道206，进料液体通过该进料通道206。介质204还形成渗透物通道208，通过渗透物通道208来收集过滤的液体。在使用期间，进料液体可以在高压下被输送入进料通道206中，使得通过经由膜介质204过滤获得的渗透物可以通过渗透物通道208来获得。
以下实施例是说明性的且不意图是限制性的。本文引用的所有出版物(例如，专利、专利申请公布和文章)的内容据此通过引用以其整体并入。特定地，该申请通过引用并入共同在审的美国临时申请系列No.61/393,232的内容。
实施例1:包含单一聚合物的非织造织物
以下纺粘非织造织物通过使用具有0.62dl/g的特性粘度的单一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)均聚物来制成：(1)包含具有圆形横截面的1.1dpf纤维的未被压延的织物；(2)包含具有三叶形横截面的1.9dpf纤维的未被压延的织物；(3)包含具有三叶形横截面的2.4dpf纤维的未被压延的织物；(4)包含具有圆形横截面的1.1dpf纤维的压延织物；(5)包含具有三叶形横截面的1.9dpf纤维的压延织物；和(6)包含具有三叶形横截面的2.4dpf纤维的压延织物。
具体地，将聚合物在140℃下干燥5小时，且然后通过使用具有包含直径为0.009英寸的2,310个圆形孔的喷丝头的挤出机来挤出以制备织物(1)，且通过使用具有包含尺寸为0.004英寸x0.011英寸的1,080个三叶形孔的喷丝头的挤出机来挤出以制备织物(2)和(3)。三个挤出通过量，即，95、75和95磅每小时，用于产生织物(1)、(2)和(3)。在两个通过量中，纺丝速度被保持恒定在2,733码每分钟。拉伸的纤维被分散在以90码每分钟的速度运动的运动搁置带上。然后，网通过使用热蒸汽来部分粘结而固结。随后，细丝在235℃下被面粘结在一起以产生非织造织物(1)、(2)和(3)。然后，织物(1)、(2)和(3)使用3辊压延机(即，两个钢辊和一个尼龙辊)来压延以分别形成织物(4)、(5)和(6)。具体地，织物首先围绕一个钢辊被拉伸并被夹在一侧上的钢辊和尼龙辊之间，且然后围绕尼龙辊被拉伸并再次被另一个钢辊夹住。
织物(1)-(6)的性质通过本文描述的方法来测量并被概括在下面的表1和表2中。在表1和表2中，透气量根据ASTM D737-04来测量；厚度根据ASTM D1777-96来测量；耐破度根据ASTM D3786-09来测量；单位重量根据ASTM D3776-96来测量；MD干热收缩率(DHS)和CD DHS根据ASTM D2259-02来测量；MD拉伸和CD拉伸根据ASTM D4595-09对具有32平方英寸的面积的样品进行测量；MD撕裂和CD撕裂根据ASTM D1424-09对具有32平方英寸的面积的样品进行测量；且M-4网均匀度基于本文描述的方法来测量。
表1.未被压延的产品的物理性质
织物(1) 织物(2) 织物(3)
透气量(cfm) 136 166 178
厚度(mil) 8.97 11.46 11.18
耐破度(lbs) 40.67 43 39
单位重量(osy) 2.32 2.4 1.88
MD DHS(%) 0.33 1.6 0
CD DHS(%) -0.53 -0.13 -0.8
MD拉伸(lbs) 39.07 60.2 49.21
CD拉伸(lbs) 43.42 45.3 43.09
MD撕裂(lbs) 11.41 11.57 6.16
CD撕裂(lbs) 11.88 15.11 11.80
M-4网均匀度 773 554 555
表2.压延产品的物理性质
织物(4) 织物(5) 织物(6)
透气量(cfm) 27.03 19.47 20.6
厚度(mil) 5.46 5.56 5.65
耐破度(lbs) 40.33 52
单位重量(osy) 2.03 2.35 2.14
MD DHS(%) 7.13 3.8 5
CD DHS(%) -1.53 -1.07 -1.67
MD拉伸(lbs) 44.94 61.41 54.81
CD拉伸(lbs) 36.62 48.03 46.1
MD撕裂(lbs) 7.41 8.46 5.3
CD撕裂(lbs) 8.59 11.06 6.39
M-4网均匀度 851 687 788
已知，由较细的纤维(即，具有较小的旦尼尔值的纤维)制成的织物通常展示更好的表面光滑度。然而，如表1和表2所示的，由具有三叶形横截面和较高的旦尼尔值的纤维制成的织物比由具有圆形横截面和较小的旦尼尔值的纤维制成的织物展示较低的M-4网均匀度指数且因此更好的表面光滑度。换句话说，上面的结果表明，使用具有三叶形横截面的纤维来制备非织造织物可以显著地改进织物的表面光滑度而不会减小纤维尺寸(其可以降低织物的拉伸性质)。
此外，如表1所示的，未被压延的织物(2)和(3)展示约555的M-4网均匀度指数，其类似于或好于由相同材料制成的湿法成网非织造织物的M-4网均匀度指数。然而，未被压延的织物(2)和(3)具有比由相同材料制成的具有相同的单位重量的湿法成网非织造织物的拉伸强度显著更高的拉伸强度。
织物(1)-(6)的液体过滤效率由LMS Technologies(Bloomington,MN)通过使用液体过滤效率测试，使用胶乳珠作为挑战颗粒和1升每分钟的液体流速来测量。织物(1)-(6)的空气过滤效率由LMS Technologies(Bloomington,MN)通过使用空气分级效率测试，使用氯化钾作为挑战颗粒和100升每分钟的空气流速来测量。在测试之前，氯化钾颗粒在放射室中通过产生相等量的带正电荷的颗粒和带负电荷的颗粒以具有零的静电荷而被中和。该过程消除了由过量的带负电荷的颗粒或带正电荷的颗粒造成的可变性。
此外，除了织物通过使用具有0.64dl/g的特性粘度的PET均聚物和具有0.71dl/g的特性粘度的PET共聚物来制备之外，使用上面相同的方法来制备Reemay 2024作为比较例。Reemay 2024的液体过滤效率和空气过滤效率也通过上述测试来测量。结果被概括在下面的表3和表4中。
表3.在16.2g/hr-6min下的液体过滤效率(%)
Figure BDA00003049641200171
表4.在10fpm的速度和0.018米水的压降下的空气过滤效率(%)
如表3和表4所示的，除了织物(1)-(3)过滤0.3-0.5微米的颗粒的空气过滤效率稍微小于Reemay 2024过滤相同尺寸的颗粒的空气过滤效率之外，织物(1)-(6)(其包含单一聚合物)展示了比Reemay 2024(其包含具有不同特性粘度值的两种聚合物)显著更高的过滤效率。
其他实施方案在权利要求中。

Claims (35)

1.一种制品，包括：
非织造织物，其包括许多连续纤维；
其中所述许多连续纤维中的每一纤维包括单一聚合物，所述单一聚合物包括聚酯，且所述连续纤维被遍及所述非织造基材任意地粘结。
2.一种制品，包括：
非织造织物，其包括许多纤维；
其中所述非织造织物具有至多约600的M-4网均匀度指数，且当所述非织造织物具有34gsm的单位重量时，所述非织造织物在跨机器方向具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的。
3.一种制品，包括：
非织造织物，其包括许多纺粘纤维；
其中所述非织造织物具有至多约600的M-4网均匀度指数。
4.一种制品，包括：
非织造织物，其包括许多纤维；
其中，当所述非织造织物具有34gsm的单位重量时，所述非织造织物在跨机器方向具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的，且所述非织造织物并不包括具有高于约0.64dl/g的特性粘度的聚合物。
5.根据权利要求2-4所述的制品，其中每一纤维包括单一聚合物。
6.根据权利要求4所述的制品，其中所述单一聚合物包括聚酯。
7.根据权利要求1、5和6中任一项所述的制品，其中所述单一聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙交酯、聚交酯、聚己酸内酯、聚己二酸乙二醇酯、聚羟基链烷酸酯或其共聚物。
8.根据权利要求1和5-7中任一项所述的制品，其中所述单一聚合物具有至多约0.7dl/g的特性粘度。
9.根据权利要求1和5-8中任一项所述的制品，其中所述单一聚合物具有至少约0.5dl/g的特性粘度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制品，其中所述纤维中的至少一些具有圆形横截面。
11.根据权利要求10所述的制品，其中所述圆形横截面具有约6μm至约20μm的平均直径。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的制品，其中所述纤维中的至少一些具有三叶形的、四叶形的、五叶形的或八叶形的横截面。
13.根据权利要求12所述的制品，其中所述横截面具有约1μm至约6μm的平均直径。
14.根据权利要求2-13中任一项所述的制品，其中所述纤维被遍及所述非织造基材任意地粘结。
15.根据权利要求1、3和5-13中任一项所述的制品，其中，当所述非织造织物具有34gsm的单位重量时，所述非织造织物在跨机器方向具有至少约10磅的拉伸强度，如根据ASTM D4595-09测量的。
16.根据权利要求1和4-15中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至多约600的M-4网均匀度指数。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至多约125μm的平均孔径。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至少约5μm的平均孔径。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至多约550μm的厚度。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至少约50μm的厚度。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至多约200μm的泡点。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的制品，其中所述非织造织物具有至少约25μm的泡点。
23.一种产品，包括根据权利要求1-22中任一项所述的制品，其中所述产品是膜过滤介质。
24.根据权利要求23所述的产品，其中所述产品是反渗透过滤介质。
25.一种方法，包括：
将包含单一聚合物的组合物挤出以形成许多未粘结连续纤维，所述单一聚合物包括聚酯；和
对所述未粘结连续纤维进行面粘结以形成包括许多粘结连续纤维的非织造织物。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述面粘结包括热风粘结所述未粘结连续纤维以形成所述非织造基材。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述面粘结是在至多约250℃的温度下进行的。
28.根据权利要求25-27中任一项所述的方法，其中所述面粘结是在至少约145℃的温度下进行的。
29.根据权利要求25-28中任一项所述的方法，其中，在对所述未粘结连续纤维进行面粘结之前，所述方法还包括使所述未粘结连续纤维穿过至少两个拉伸辊以形成定向纤维。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述两个拉伸辊中的每一个具有每分钟至少约1,800米的纤维速度。
31.根据权利要求25-30中任一项所述的方法，其中，在对所述未粘结连续纤维进行面粘结之后，所述方法还包括对所述非织造基材压延以形成压延产品。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述压延是在至多约215℃的温度下进行的。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述压延是在至少约145℃的温度下进行的。
34.根据权利要求31-33中任一项所述的方法，其中所述压延产品包括膜过滤介质。
35.根据权利要求25-34中任一项所述的方法，其中所述粘结连续纤维包括纺粘纤维。
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