CN103298990A - 包含再生纤维素纤维的非织造复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包含再生纤维素纤维和短纤维或木浆纤维的柔软、蓬松和吸收性的水力缠结非织造材料，以及制造所述非织造材料的方法，该方法包括以下步骤：a)将所述再生纤维素纤维置于成形表面上；b)将所述短纤维或木浆纤维落置于所述再生纤维素纤维上；c)将所述再生纤维素纤维和短纤维或木浆纤维水力缠结在一起，以形成水力缠结复合材料；d)干燥所述水力缠结复合材料；然后，e)用泡沫起绉溶液或分散剂起绉所述水力缠结复合材料。

Description

包含再生纤维素纤维的非织造复合材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年12月28日提交的美国专利申请序列号12/979852的权益，其整体援引加入本发明。
背景技术
含有与合成纤维网水力缠结的吸收性纤维的水力缠结非织造复合材料在本领域是公知的，在众多专利和出版物中均有教导，例如，Suskind的美国专利US4,808,467和Everhart等人的美国专利US5,284,703。已知由与合成纤维网缠结的吸收性纤维制成的水力缠结非织造复合材料耐用、耐磨同时仍具有吸收性。
可以将这些水力缠结非织造复合材料起绉以增加所述水力缠结非织造复合材料的松密度和柔软度。然而起绉过程中，来自起绉干燥器的热量可能会对合成纤维、例如聚丙烯纤维产生不利的影响，所述合成纤维在所述干燥温度下容易软化和熔融。因此，本领域需要一种适合在较高温下起绉的水力缠结非织造复合材料。
发明内容
在一个实施方案中，包含再生纤维素纤维和短纤维或木浆纤维的直接成形的非织造材料通过以下步骤形成：a)将再生纤维素纤维置于成形表面；b)将短纤维或木浆纤维落置于所述再生纤维素纤维上；c)将所述再生纤维素纤维和短纤维或木浆纤维水力缠结在一起，以形成水力缠结复合材料；d)干燥所述水力缠结复合材料；然后，e)用泡沫起绉溶液或分散剂起绉所述水力缠结复合材料。在一个实施方案中，所述再生纤维素纤维可以具有约10克每平方米至约20克每平方米的基重。在另一个实施方案中，所述再生纤维素纤维可以是连续纤维。在进一步的实施方案中，所述短纤维或木浆纤维具有约30克每平方米至约150克每平方米的基重。
一方面，所述起绉步骤可以包括以下步骤：a)将添加剂组合物的涂布器邻近于不透热的干燥器表面放置；b)将包含添加剂组合物的泡沫分散剂或泡沫溶液施涂到所述干燥器表面；c)使所述泡沫分散剂或泡沫溶液转变成粘合剂膜；d)直接粘接所述水力缠结复合材料至所述粘合剂膜；和e)将粘接的水力缠结复合材料和粘合剂膜从所述干燥器表面剥离。在一个实施方案中，所述添加剂组合物可以进一步包含发泡剂。在另一个实施方案中，所述添加剂组合物可以包含羟丙基纤维素溶液。在一个实施方案中，所述不透热的干燥器表面的温度可超过约300℉，可选地为约500℉至约550℉。在另一个实施方案中，所述粘合剂膜可以为基本连续的粘合剂膜。
在另一个实施方案中，整体复合织物包含大于约5wt%且小于约30wt%的连续的再生纤维素长丝和大于约70wt%且小于约95wt%的木浆纤维。在一个实施方案中，所述整体复合物织物可具有大于5.6g/g的吸收容量。在另一个实施方案中，所述整体复合物织物的柔软度可为4logs（对数值）或优于包含聚丙烯长丝而不是再生纤维素长丝的类似整体复合物织物。在进一步的实施方案中，所述木浆纤维可以是不连续纤维。在更进一步的实施方案中，所述连续的再生纤维素长丝为莱赛尔（Lyocell）长丝。在另一个实施方案中，所述连续的再生纤维素长丝可以是纺粘长丝。
在另一个实施方案中，包含再生纤维素纤维和木浆纤维的直接成形的非织造材料的制造方法包括以下步骤：a)将再生纤维素纤维置于成形表面；b）将木浆纤维落置于所述再生纤维素纤维上；c)将所述再生纤维素纤维和所述木浆纤维水力缠结在一起，以形成水力缠结复合材料；d)干燥所述水力缠结复合材料；然后e)用泡沫起绉溶液或分散剂起绉所述水力缠结复合材料。在进一步的实施方案中，所述再生纤维素纤维可以是连续纤维。
在另一个实施方案中，所述起绉步骤可以包括以下步骤：a)将添加剂组合物的涂布器邻近于不透热的干燥器表面放置；b)将所述包含添加剂组合物的泡沫分散剂或泡沫溶液施涂到所述干燥器表面；c)使所述泡沫分散剂或泡沫溶液转变成粘合剂膜；d)直接粘接所述水力缠结复合材料至所述粘合剂膜；和e)将粘接的水力缠结复合材料和粘合剂膜从所述干燥器表面剥离。在一个实施方案中，所述添加剂组合物可以进一步包含发泡剂。在另一个实施方案中，所述添加剂组合物可以包含羟丙基纤维素溶液。在一个实施方案中，所述不透热的干燥器表面的温度可超过约300℉，可选地为约500℉至约550℉。在另一个实施方案中，所述粘合剂膜可以为基本连续的粘合剂膜。
附图说明
图1显示了用于制备本发明的非织造复合材料的示例性工艺。
定义
本文所用的术语“短纤维”是指由再生纤维素或合成的聚合物制得的不连续纤维，所述合成的聚合物例如为聚丙烯、聚酯、用后再回收（PCR）纤维、聚酯、尼龙等，可以将那些非亲水的聚合物处理为亲水性聚合物。短纤维可以是切断纤维等。短纤维可以具有圆形、双组成部分、多组成部分、特定形状、空心等横断面。用于本发明的典型的短纤维长度为3至12mm，且旦尼尔数为1至6旦尼尔每根纤维（pdf）。
本文所用的术语“浆粕纤维”是指天然来源的纤维，例如木本和非木本植物。木本植物包括例如落叶树和针叶树。非木本植物包括例如棉花、亚麻、针茅草、马利筋属植物、稻草、黄麻和甘蔗渣。
本文所用的术语“非织造纤网”是指具有交织、但不按针织物那样以可辨识方式交织的独立纤维或丝线结构的网。非织造纤网可由许多方法形成，例如熔喷法、纺粘法、粘合梳理纤网法等。非织造纤网的基重通常用每平方码的材料盎司数（osy）或者每平方米的克数（gsm）表示，纤维直径通常用微米或每根纤维的旦尼尔数（dpf）表示。（注意，将osy转换成gsm，osy要乘以33.91）。
本文所用的术语“微纤维”是指具有平均直径不超过约75微米的小直径纤维，例如平均直径为约0.5微米至约50微米，或更具体地讲，微纤维的平均直径可以为约0.5微米至约40微米。另一个经常用来表示直径的单位是旦尼尔，其定义为每9000米纤维的克数。例如，以微米数给出的聚丙烯纤维的直径可以通过将其平方，然后将平方的结果乘以0.00629转换成用旦尼尔数表示，因此，15微米的聚丙烯纤维约为1.42旦尼尔（152×0.00629=1.415）。
本文所用的术语“纺粘”是指这样的工艺过程，其中通过从喷丝头的多个精细的、通常为圆的毛细孔以长丝形式挤出熔融热塑性材料，然后迅速减小挤出的长丝直径而形成小直径的纤维，该工艺过程例如Apple等人的美国专利US4,340,563、Dorschner等人的美国专利US3,692,618、Matsuki等人的美国专利US3,802,817、Kinney的美国专利US3,338,992和US3,341,394，Levy的美国专利US3,502,538、Hartman的美国专利US3,502,763和Dobo等人的美国专利US3,542,615所示。纺粘纤维通常是连续的且直径大于7微米，具体地说，直径在约10-30微米之间。纺粘纤维在落置在收集面上时通常不发粘。
本文所用的术语"熔喷"是指这样的工艺过程，其中通过从多个精细的、通常呈圆形的模头毛细孔以熔丝或长丝形式挤出熔融热塑性材料至高速收缩气流(例如空气流)中以制得纤维，该高速气流可使熔融热塑性材料长丝变细而缩减其直径，可能至微纤维直径。其后，熔喷纤维被高速气流携载并落置在收集面上以形成随机分布的熔喷纤维纤网。这样的工艺被公开在例如Butin的美国专利US3,849,241中。熔喷纤维可以是连续或不连续的、且直径通常小于10微米的微纤维。
本文所用的术语“熔纺”包括“纺粘”或“熔喷”，可以包括或不包括粘合。
这里所用的术语"粘合梳理纤网"是指由梳理工艺形成的非织造纤网，所述梳理工艺是本领域技术人员所公知的，并进一步被公开在例如美国专利US4,488,982中，其以与本发明一致的程度援引加入本文。在所述梳理工艺中，人们可以使用短纤维、粘合纤维以及可能有的其它粘合组分如粘合剂的掺混物。使这些组分形成一个蓬松的球，梳理或以其它的方式处理该球，以获得基本相同的基重。对该纤网进行加热或其它处理以活化任意的粘合组分，从而获得整体、膨松有弹性的非织造材料。
本文所用的术语“起绉”是指用刮刀将粘在纤网上的聚合物从干燥器表面（例如，杨克式干燥器表面）剥离。例如，可以将泡沫组合物施涂至能将水分从该泡沫组合物中蒸发掉的热干燥器上，干燥器的热量将所述泡沫组合物转变为聚合物膜。所述纤网在压力下与干燥器表面上的膜接触，以便在起绉所述纤网前粘接至其上。
本文所用的术语“泡沫”是指液态泡沫。当加热可起泡的组合物时，其将不会形成固态泡沫结构。而是，当被施涂到热的表面时，该可起泡的组合物转变成基本连续的膜。
本文所用的术语“包括”、“包括了”以及词根“包括”的其它的衍生词将是开放式术语，它规定了任何所述特征、元素、整体、步骤或组分的存在，但不打算排除存在或添加一种或多种其它特征、元素、整体、步骤、组分、或其组合。
本领域技术人员应当理解的是，本说明书的说明仅仅是对示例性的实施方案的描述，并不打算限定本发明的更广泛方面。
具体实施方式
本发明提供了非织造纤网复合材料，其包括含有再生纤维素的纤维和与含有再生纤维素的纤维水力缠结的短纤维。
在本发明的一个实施方案中，本发明的所述非织造复合纤网是由含有再生纤维素的连续纤维的非织造纤网和不连续纤维层制备的，不连续纤维与含有再生纤维素的连续纤维的非织造纤网水力缠结，以形成非织造复合材料。或者，本发明的非织造复合纤网可以由含有再生纤维素的不连续纤维的非织造纤网和其它的不连续纤维层制备的，不连续纤维与含有再生纤维素的不连续纤维的非织造纤网水力缠结，以形成非织造复合材料。
再生纤维素纤维在本领域是公知的。现有技术中有许多可用于生产再生纤维素纤维的工艺。例如粘胶人造丝是通过这样的工艺制造的一种再生纤维素纤维，所述工艺包括将纤维素浸泡在丝光处理强度的氢氧化钠溶液中以形成碱性纤维素的步骤。作为另一个例子，铜氨人造丝是通过这样的工艺制造的一种再生纤维素纤维，所述工艺包括将纤维素溶解在氧化铜的氨溶液中的步骤。作为又一例子，莱赛尔是用于由从有机溶液中淀析出的纤维素组成的再生纤维素纤维的术语，在所述有机溶液中未发生羟基取代和没有化学中间体形成。莱赛尔可以由这样的工艺制造，该工艺包括将纤维素溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物和水中的步骤，适宜的水含量为约12%。在一个实施方案中，所述非织造复合材料纤网的再生纤维素纤维可以选自含有粘胶人造丝、铜氨人造丝和莱赛尔的组。在进一步的实施方案中，所述非织造复合材料纤网的再生纤维素纤维可以是莱赛尔纤维。在一些实施方案中，所述再生纤维素纤维可以具有约0.1至约2.7旦尼尔每根纤维以及更重的，或者合适地为约0.9至约2.7旦尼尔每根纤维的旦尼尔数。莱赛尔纤维、制造莱赛尔纤维的方法和制造莱赛尔纤维纤网的方法进一步被公开在Luo等人的美国专利US6,306,334、Luo等人的美国专利US7,067,444和Luo的美国专利US8,012,565，其内容援引加入本文。
在一个实施方案中，再生纤维素纤维可以是由莱赛尔再生纤维素形成的纤维的非织造纤网。例如，再生纤维素纤维可以是由莱赛尔再生纤维素形成的纤维的TencelWeb非织造纤网（可从位于奥地利兰精的兰精公司获得）。
含有再生纤维素的连续纤维的非织造纤网可以由已知的非织造挤出工艺形成，例如，已知的溶剂纺丝或熔纺工艺，如纺粘或熔喷。
所述再生纤维素纤维可以由未经利用的再生纤维素、回收利用的再生纤维素或它们的混合物制备。
再生纤维素纤维可进一步包括其它溶剂可纺的或可熔纺的热塑性聚合物、共聚物或它们的共混物。其它合适的聚合物包括但不限于聚烯烃、如聚丙烯、聚乙烯等，聚酰胺，聚酯，聚氨酯，热塑性弹性体，它们的共混物和共聚物等。可选地，再生纤维素纤维可以是由两种或多于两种不同的聚合物构成的多组分纤维。再生纤维素纤维可以是圆形的或本领域技术人员已知的任意合适的形状，包括但不限于双叶形、三叶形等。理想地，再生纤维素纤维具有约8至约70gsm的基重。更理想地，再生纤维素纤维具有约10至约35gsm的基重。
可添加到用于制备再生纤维素纤维的再生纤维素中的其它组分或添加剂包括如颜料、抗氧化剂、流动性促进剂、稳定剂、芳香剂、磨料颗粒、填料等。
与再生纤维素纤维的非织造纤网水力缠结的不连续纤维可以是短纤维、浆粕纤维或它们的共混物。不连续纤维可以制成纤网，然后与再生纤维素纤维的非织造纤网缠结，或者不连续纤维可以置于再生纤维素纤维的非织造纤网上，然后再与再生纤维素纤维的非织造纤网进行缠结。
通常，所述不连续纤维为短纤维或浆粕纤维。短纤维或浆粕纤维的纤维长度通常在约1毫米至约150毫米的范围、在一些实施方案中为约5毫米至约50毫米、在一些实施方案中为约10毫米至约40毫米、和在一些实施方案中为约10至约25毫米。通常，短纤维用常规的梳理工艺，例如羊毛或棉梳理工艺梳理。但其它的工艺如气流成网或湿法成网工艺也可以被用于形成短纤维或浆粕纤维纤网。已知的许多聚合物材料也适用于制造短纤维，实例包括但不限于聚烯烃、聚酯、聚酰胺、再生纤维素、以及其它的可熔纺和/或形成纤维的聚合物。典型的用于制造纤维的任何常规聚合物均可以用作聚合的组分，以制造本发明可用的短纤维。其它合适的短纤维包括但不限于乙酸短纤维、人造丝短纤维、
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短纤维、短纤维、聚乙烯醇短纤维、莱赛尔短纤维等。
用于制造非织造复合材料的短纤维也可以是多组分（例如双组分）短纤维。例如，用于多组分纤维的合适构造包括并列构造和皮-芯构造，且合适的皮-芯构造包括偏心皮-芯和同心皮-芯构造。在一些实施方案中，如本领域中所公知的，用于形成多组分纤维的聚合物具有明显不同的熔点以形成不同的结晶和/或固化特性。所述多组分纤维可以具有重量百分比为约20%至约80%，并且在一些实施方案中，为约40%至约60%的低熔点聚合物。此外，所述多组分纤维可以具有重量百分比为约80%至约20%，并且在一些实施方案中，为约60%至约40%的高熔点聚合物。当双组份或多组份纤维用作所述短纤维或所述短纤维的一部分时，通过使用热可以进一步粘合所述复合材料。
根据本发明的另一方面，所述非织造复合材料也可以包含各种材料，例如活性炭、黏土、淀粉和超吸收材料等。例如，可以在非热塑性吸收性短纤维结合到复合材料层前，将这些材料加入到非热塑性吸收性短纤维。作为替代和/或附加，可以在所述非热塑性吸收性短纤维和热塑性纤维结合后，将这些材料加入到复合材料。
使用本领域已知的常规水力缠结设备，可以实现将浆粕纤维的短纤维水力缠结至再生纤维素纤维的非织造纤网中。这样的水力缠结设备可以从德国埃格尔斯巴赫的福莱司拿公司（Fleissner GmbH of Egelsbach，Germany）或其他公知的制造商获得。可以使用任意合适的工作流体，例如水来实施本发明的水力缠结。所述工作流体流过集箱，该集箱将所述流体均匀地分配至一系列独立的孔或喷嘴。这些孔或喷嘴的直径可以为约0.003至约0.015英寸。例如，可以通过使用包含板条的集箱来实施本发明，该板条具有直径为0.007英寸的多个喷嘴，为每英寸30个孔且一排孔的板条。也可以使用许多其它的集箱构造和组合。例如，可以使用单个的集箱或者可以接续排列多个喷头。
在水力缠结过程中，所述工作流体在约200至约3500磅/平方英寸(表压)(psig)的压力下通过所述喷嘴。在所述压力的上限，预计可以以约500英尺/分钟(fpm)至约2000fpm的速度加工所述需要被水力缠结的一种或多种材料。所述流体冲击被多孔表面或丝网支撑的材料，该多孔表面或丝网可以是例如具有约40×40至约100×l00的筛孔尺寸的单平面筛网。所述多孔表面还可以是具有约50×50至约200×200筛孔尺寸的多层筛网。在典型的众水射流处理工艺中，真空吸嘴可以直接布置在水力缠结喷头下方，和/或在水力缠结集箱下游的多孔缠结表面下方，从而从一种或多种水力缠结材料抽去多余的水。
优选的是，使用精修步骤和/或后处理工艺，以便赋予所述非织造纤网复合材料以选定的性能。例如，可以对所述非织造纤网复合材料进行机械处理、化学处理等。机械处理作为非限定性的例子包括例如压制、起绉、刷动和/或用砑光辊、压花辊等压制，以便提供均匀外观和/或某些触感性能。化学后处理作为非限定性的例子包括例如用粘合剂、染料等处理。
在起绉所述非织造纤网复合材料时，可以将起绉化学品的水性分散剂喷涂在干燥器表面。例如，可以使用液体或泡沫化学品。与液体化学品相比，所述泡沫化学品具有足够的结构完整性，以抵达所述干燥器表面。通过形成泡沫化学品，可以将化学品涂布器布置成极为紧挨所述干燥器表面处。所述化学品涂布器紧挨干燥器表面提高了化学品的质量效率和能量效率。由于引入到泡沫中的空气起到了稀释剂的作用，提高了效率。结果，在干燥过程中，从起绉化学品中除去水需要较少的热量。
一般而言，使用将液体和空气泵送至混合器的系统来制备泡沫化学品。所述混合器将所述空气掺混至所述液体以产生泡沫，该泡沫固有地含有多个小气泡。所述泡沫从混合器出来，流至涂布器。
确定泡沫化学品质量的一个参数是发泡倍率，发泡倍率被定义为分散液化学品截留的小气泡体积与混合前分散剂体积的比例。例如，在发泡倍率为10:1时，流速为1公升/分钟的分散剂能够每分钟将10公升的空气截留至它的液体内，从而产生11公升/分钟的总泡沫流速。
机械混合和添加剂组合物的起泡能力两者都是实现高发泡倍率的决定因素。如果化学品仅能保持或截留最高至5的发泡倍率空气体积，那么无论多强有力的起泡装置，也不能够产生具有发泡倍率为10的稳定泡沫。一旦取消机械力，超过发泡倍率5的任何额外的空气将从所述泡沫体系释放出。换而言之，任何捕捉到的空气高于所述分散剂的空气容纳能力时，将会变得不稳定。机械搅拌停止后，大部分的这些不稳定气泡将会立即脱离所述泡沫（去泡沫化）。
泡沫起绉的额外的优点是，在起绉步骤之后，保留在织物基体表面上的干添加剂组合物层增加了更多的松密度。这种松密度的增加是由于涂层面内截留的空气。尽管在干燥的步骤中泡沫添加剂组合物变成了薄膜，但在干燥步骤中并不会所有陷留在泡沫中的空气都损失掉，这是由于与泡沫添加剂组合物内较高的固体水平相关的较高粘度。在一些实施方案中，所述薄膜可以是基本连续的薄膜。
大部分的市售发泡剂都适合用于形成起绉泡沫。合适的发泡剂包括液态的聚合材料。不溶于水聚合物构成的可起泡沫的组合物可以呈分散剂或溶液的形式。可起泡沫的分散剂的实例包括但不限于聚烯烃分散剂，例如可购自美国德克萨斯州弗里波特的陶氏化学公司的HYPOD8510；和聚异戊二烯分散剂，例如可购自美国德克萨斯州休斯顿的科腾聚合物美国有限公司（Kraton Polymers U.S.LLC）的以科腾（KRATON）品牌销售的那些，聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物分散剂、乳胶分散剂，例如E-PLUS，可购自德国慕尼黑瓦克（Wacker）；聚乙烯吡咯烷酮-苯乙烯共聚物分散剂和聚乙烯醇-乙烯共聚物分散剂，两者均可购自美国威斯康星州密尔沃基的Aldrich公司。
关于所述泡沫起绉工艺的更多细节参见于2010年12月28日提交的专利申请序列号12/979852，其通过引用全部并入本文。
重要的是，基于再生纤维素纤维不像其它合成的热塑性聚合物纤维一样对温度敏感的事实，包含再生纤维素纤维的所述非织造复合材料的起绉效率得到改善。可以在热干燥器表面以超过约300℉的温度，合适地以约350℉至约550℉的温度，且更合适地以约550℉至约550℉的温度干燥包括再生纤维素纤维的非织造复合材料。
为了更好的理解本发明，请将注意力转向本说明书的附图。参照图1，附图示意性地示出用于形成本发明非织造复合材料的工艺10。如上所述，本发明的所述非织造复合材料可以全部由再生纤维素纤维组成，或仅部分包含再生纤维素材料。例如连续纤维和/或不连续纤维可以全部由再生纤维素材料组成，或仅部分包含再生纤维素材料。
根据本发明，不连续纤维的稀释悬浮液由流浆箱12提供并经过闸门14均匀分散地落置到常规造纸机的成形织物16上。纤维悬浮剂可稀释到任意需要的浓度。例如，所述悬浮剂可包含约0.01wt%至约1.5wt%的悬浮在水中的纤维。将水从纤维悬浮剂中除去，以形成不连续纤维层18。
可加入少量湿强树脂和/或树脂粘合剂以提高强度和耐磨性。有用的粘合剂和湿强树脂包括，例如可购自亚什兰赫克力化学品公司（AshlandHercules Chemical Company）的Kymene557H。也可将交联剂和/或水合剂加入到纤维混合物。如果需要非常开放或松散的非织造纤维网，可将松解剂加入到所述纤维混合物中以减小任何可能的氢键结合程度。一种示例性松解剂可购自宾夕法尼亚州Conshohocken的Quaker化学公司，其商品名为Ouaker2008。加入例如占复合材料的0.1wt%至4wt%重量的某些松解剂看起来还减少了测得的静态和动态摩擦系数并提高了非织造复合材料的富连续长丝侧的耐磨性。据信，松解剂起到润滑剂或减摩剂的作用。
含有再生纤维素纤维的非织造纤网20从供应辊22退卷出来，并通过由堆叠辊28和30形成的S-辊装置26的辊隙24。非织造纤网20可由已知的非织造纤网制造工艺形成，例如，已知的溶剂纺丝或熔纺工艺，并直接通过辊隙24而不需要首先储存在供应辊上。连续长丝非织造纤网20可以是通过纺粘法形成的连续熔纺的再生纤维素长丝的非织造纤网。所述熔纺长丝可由包含上述再生纤维素的任何组合物形成。
非织造基体20可具有约3.5至约70克/平方米(gsm)的基重。更具体地讲，所述非织造基体20可具有约10至约35gsm的基重。所述聚合物可包括其它材料，如颜料、抗氧化剂、流动性促进剂、稳定剂等。
理想地，非织造连续长丝纤网20的总粘合面积小于约30%，而均匀粘合密度大于约100粘合点每平方英寸。例如所述非织造连续长丝纤网可以具有约2%至约30%(通过常规光学显微镜法测定)的总粘合面积且粘合密度为约250至约600粘合点每平方英寸。
总粘合面积和粘合密度的这种组合可通过采用具有超过约100粘合点每平方英寸的点粘合图案粘合连续长丝纤网来实现，该粘合图案在与光滑砧辊完全接触时提供了小于约30%的总粘合表面积。每平方英寸粘合数目的上限可以为每平方英寸600粘合点，或更多。随着每平方英寸粘合点数目的增加，粘合点尺寸通常将减小，以将粘合密度维持在所需的范围。理想地，当与光滑砧辊接触时，所述粘合图案可以具有约250至约350粘合点每平方英寸的粘合点密度，以及约10%至约25%的总粘合表面积。
尽管以上描述了通过热粘合辊产生的粘合点，本发明可想到以最小的总粘合面积对长丝产生良好紧固作用的任何形式粘合，例如热风刀（HAK）。另一实例是热粘合和乳胶浸渍的结合，其可以用于以最小的粘合面积提供理想的长丝紧固作用。可替换地和/或额外地，树脂、乳胶或粘合剂可通过如喷涂或印刷施涂到非织造纤网，并干燥以提供所需的粘合。
随后，将纤维18层放在所述非织造纤网20上，所述非织造纤网20搁置在常规水力缠结机的多孔缠结表面32上。优选地，纤维18位于再生纤维素的非织造纤网20和水力缠结集箱34之间。纤维18层和非织造纤网20从一个或多个水力缠结集箱34下通过，并经过射流处理使得全部或至少大部分纤维与所述再生纤维素的非织造纤网20的长丝缠结。射流也推动纤维进入并通过再生纤维素纤维20的非织造纤网以形成复合材料36。
或者，水力缠结可以在纤维层18和非织造纤网20处于同一多孔筛网(即网眼非织造复合材料)上时进行，湿法成网在所述筛网上进行。本发明还考虑将干片叠置在包含再生纤维素纤维的非织造纤网上，将所述干片再水合到指定浓度，然后对再水化片进行水力缠结。
所述水力缠结可在纤维18高度水饱和时发生。例如，在水力缠结之前，所述纤维层可含有高达约90wt%的水。或者，所述纤维可以是气流成网或干法成网的纤维层。
水力缠结可采用常规水力缠结设备完成，该设备例如可以在如Evans的美国专利US3,485,706中找到，所述专利的公开内容通过引用并入本文中。本发明的水力缠结可采用如水等任何合适的工作流体进行。所述工作流体流经集箱，所述集箱将所述流体均匀地分布到一系列的独立孔或喷嘴中。这些孔或喷嘴的直径可以为约0.003至约0.015英寸。例如本发明可采用产自法国格勒诺布尔的Rieter-PerfoJet公司的集箱实施。可以使用许多其它集箱构造和组合。例如可以使用单个集箱或将几个集箱依次排列。
在水力缠结过程中，所述工作流体在约200至约3000磅/平方英寸(表压)(psig)的压力下通过喷嘴。当在所述压力的上限时，预计可以在约1500英尺/分钟(fpm)的速度下加工所述非织造复合材料。所述流体冲击被多孔表面支撑着的纤维18和再生纤维素纤维的非织造纤网20，该多孔表面可以是例如具有约8×8至约100×l00的筛孔尺寸的单平面筛网。所述多孔表面还可以是具有约50×50至约200×200筛孔尺寸的多层筛网。在典型的许多水射流处理工艺中，真空吸嘴38可直接放置在水刺集箱的下方或缠结集箱下游的多孔缠结表面32的下方，从而从水力缠结复合材料36除去过量的水。
尽管本发明人不持有有关操作的特定理论，但据信，直接冲击布置在再生纤维素纤维的非织造纤网上的纤维的工作流体射流柱还用于推动这些纤维进入并部分地通过所述纤网内的基体或长丝非织造网。当流体射流和纤维与具有上述粘合特征(且长丝直径为约5微米至约40微米)的非织造纤网相互作用时，纤维也与非织造纤网中的再生纤维素长丝缠结并自身相互缠结。另一方面，如果所述纤网的总粘合面积太大，所述纤维的渗透性可能会较差。此外，太大的粘合面积也会产生有斑点的非织造复合材料，因为当流体射流在冲击大片无孔粘合区时会弄湿、溅开并冲走纤维。特定的粘合水平提供了粘结纤网，所述粘结纤网可通过仅在一侧进行水力缠结形成非织造复合材料，并仍能提供强度高的、有用的非织造复合材料以及具有所需尺寸稳定性的非织造复合材料。
在本发明的一个方面中，可调节冲击纤维和纤网的流体射流的能量，从而以增强非织造复合材料的两面性的方式，使所述纤维插入并与再生纤维素纤维的纤网缠结。换而言之，可以调节缠结以在非织造复合材料的一侧产生高纤维浓度，并在相反侧产生相应的低纤维浓度。或者，再生纤维素纤维的非织造纤网可在一侧与一纤维层而在另一侧与另一不同的纤维层缠结。
流体射流处理后，可将非织造复合材料36转移到无压干燥操作。可使用差速卷绕辊40来将材料从水力针刺带转移到无压干燥操作。或者，可使用常规真空型吸头和转移非织造复合材料。如果需要，所述非织造复合材料在转移到干燥操作之前，可如前述地通过液体或泡沫起绉工艺进行湿法起绉。所述纤网的无压干燥可采用图1中42所示的常规滚筒式通风干燥装置完成。通风干燥器42可以是带有穿孔46的外旋转滚筒44与用于接收通过穿孔46吹入的热风的外罩48的结合。通风干燥器带50携载所述非织造复合材料36在通风干燥器外滚筒40的上部经过。强制通过通风干燥器42的外滚筒44的穿孔46的热风带走非织造复合材料36的水分。借助通风干燥器42强制通过非织造复合材料36的空气温度可为约200至约550℉，合适地可为约300至约550℉，更合适地可为约500至约550℉。其它有用的通风干燥方法和装置可在如美国专利US2,666,369和US3,821,068中找到，所述专利的内容通过引用并入本文中。
优选，使用精修步骤和/或后处理工艺，以便赋予所述复合材料36选定的性能。例如可以通过砑光辊轻压、起绉或刷动所述非织造复合材料以提供均一的外观和/或某些触感性能。可替换地和/或额外地，可在非织造复合材料加入化学后处理，例如可将粘合剂或染料。
测试方法
纸厚度：织物的纸厚度与其厚度对应。根据TAPPI试验方法T402“纸、纸板、纸浆制手纸片和相关产品的标准条件和试验环境（StandardConditioning and Testing Atmosphere For Paper,Board,Pulp Handsheets andRelated Products）”或T411om-89“纸、纸板和复合板的厚度（纸厚度）（Thickness(caliper)of Paper,Paperboard,and Combined Board）"，对于层叠片材使用标记3，以在该实例中测量纸厚度。用于执行T411om-89的测微器可以为具有57.2毫米的砧直径和2千帕的砧压力的Emveco型200A电子微测厚仪(由Oreg的Newberry的Emveco公司制造)。
抓握拉伸强度：抓握拉伸试验是在受到单向应力时的织物断裂强度的量度。该试验在本领域中是己知的，并且符合联邦试验方法标准191A(Federal Test Methods Standard191A)的方法5100的规范。结果用断裂时的磅数表示。数值越高表示织物越结实。抓握拉伸试验使用两个夹具，每个夹具具有两个夹片，每个夹片具有与试样接触的表面。该夹具将材料保持在同一平面内，通常垂直地分开3英寸(76mm)并以规定的拉伸速率移离。使用4英寸(102mm)×6英寸(152mm)的样品尺寸，通过1英寸(25mm)×1英寸的夹片表面尺寸，以及300mm/min的恒定拉伸速率得到抓握拉伸强度值。样品比夹片宽，得到的结果表示夹持宽度中的纤维有效强度与织物中邻近纤维所贡献的附加强度的结合。试样被夹持在例如购自Cary,N.C.的Sintech公司的Sintech2测试仪、购自Canton,Mass.的Instron公司的Instron ModelTM、或者购自宾夕法尼亚州费城的Thwing-Albert仪器公司的Thwing-Albert Model INTELLECT II中。这非常近似地模拟了在实际使用中织物的应力条件。结果以三个试样的平均数的形式表示，且可以在试样上沿横向(CD)或机器方向(MD)进行。
吸收容量：吸收容量是指材料在一段时间内吸收液体(例如水或机油)的容量，其与由材料在其饱和点保持的液体总量有关。根据关于工业用和公共机构用的毛巾和擦拭纸的联邦规范UU-T-595C号测量吸收容量。具体地，吸收容量是通过测量样品吸收液体后所增加的重量而确定的，并用以下的等式表示为吸收的液体重量或吸收的液体百分比：
吸收容量=（饱和样品重量-样品重量）
或
吸收容量%=[（饱和样品重量-样品重量）/样品重量]×100
杯形挤压：可以按照“杯形挤压”试验测定非织造织物的柔软度。所述杯形测试通过测量直径为4.5cm的半球状的压脚将23cm×23cm的织物块挤压成约6.5cm直径×6.5cm高的倒置的杯子所需的峰值载荷，来评价织物的硬度，挤压时杯形织物由直径约为约6.5cm的圆筒包围，以维持杯形织物的均匀变形。采用10次读数的平均数。压脚和杯是对齐的，以避免可能会影响读数的杯壁和压脚接触。当压脚以0.25英寸/秒（38cm/min）的速率下降时，测得峰值载荷，且测量值用克表示。较低的杯形挤压值表示较软的层合物。杯形挤压测试还获得了挤压样品所需的总能量（“杯形挤压能量”），该能量为从测试开始至峰值载荷点的能量，即一轴以克表示的载荷与另一轴以毫米表示的压脚移动距离形成的曲线所围的面积。杯形挤压能量用gf*mm表示。测量杯形挤压的合适装置为FTD-G500型载荷传感器（500gm量程），其购自新泽西州Pennsauken的Schaevitz公司。
手中排名测试（IHR）：IHR是对纤维性纤网的手感的一个基本评估，评估例如柔软度等属性。通过与对照物相比，该测试有助于迅速地了解工艺的改变是否可被人感测到和/或影响柔软感。处理过的纤网和对照纤网之间的IHR柔软度数据的差数反映了柔软度的提高程度。
对测试人员组进行培训，以提供比普通的未受培训的消费者有更精确的评价。使用比例风险回归模型分析通过该组产生的每个样品编码的排名数据。该模型估算地假定小组成员按照从被评估的最好特性至最差特性进行排名。所述柔软度测试结果用对数差异值表示。所述对数差异是来自比例风险回归模型的、用于评估每个编码的风险比例的自然对数。较大的对数差异表明更受关注的特性。
由于IHR结果以对数差异表示，由提高的柔软度产生的差数实际上远大于数据所表示。例如，当IHR数据的差数是1时，它实际表示在总的柔软度上比它的对照物提高了10倍（101=10）或提高了1000%。在另一个例子中，如果差数为0.2，它表示1.58倍（100.2=1.58）或58%的提高。
IHR数据也可以用排名的形式表示。由于产品的排名依赖于与它一起进行排名的产品，该数据通常可以在测试中用作相对比较。当至少有一个产品在两次测试中均被测试时，可以进行交叉测试比较。
为了证明本发明的非织造复合材料的出乎意料的性能，准备了以下的实例和比较例。
实例
将如下所述的涂层化学品在脱机转换过程中起泡并施涂到热滚筒上。干燥器的直径为22英寸。多种干燥的水力缠结的基片在热滚筒上用涂层化学品涂覆，且一旦基体上的泡沫涂层固化，该基片起绉脱离热滚筒。
各种被评估的基片为：
1.市售的54gsm的浆粕/聚丙烯(Polyropylene)（PP）的基片
2.与浆粕（Lyocell
Figure BDA00003427972600152
）水力缠结的莱赛尔粘合梳理纤网（Lyocell Bonded Carded Web）（莱赛尔基重=25gsm）
3.与浆粕水力缠结的TencelWeb(TencelWeb
Figure BDA00003427972600153
)（TencelWeb基重=15gsm）。
用以下的化学品处理上述基片：
1.14%固体Crepetrol共混物：Resozol（90:10）(可购自位于特拉华州威明顿市的亚什兰公司)+发泡剂（Unifroth0154）(购自位于南卡罗来纳州Greenville的Unichem公司)
2.具有30%DPOD固体的起绉化学品
Figure BDA00003427972600154
（购自位于佐治亚州Duluth的Eka化学品公司）
用水将所述化学品稀释至上述浓度，用上述泡沫产生工艺形成泡沫。
详细工艺列于表1中。
表1：用于每个示例编号的工艺条件
Figure BDA00003427972600155
Figure BDA00003427972600161
表2、3、4和5总结了测得的每个样品编码的性能。
表2包含了材料的松密度和纸厚度数据。该数据表明，与它们相应的对照物相比，起绉增加了材料的松密度。
表3包含了吸收容量数据，该数据表明，与标准的浆粕/PP水力缠结材料相比，起绉并结合使用Lyocell纤维使得吸收容量增加（比较编码512s与编码511）。
表4包含了多种材料样品的杯形挤压数据。该数据表明，当Lyocell或TencelWeb与浆粕水力缠结并起绉时将导致较低的能量，较低的能量意味着更加柔软的材料。能量降低高达66%（编号3至编号512s）。
表5包含了所选编号的IHR(手内排名)柔软度数据，该数据表明与浆粕水力缠结的TencelWeb比与浆粕水力缠结的聚丙烯纺粘品感觉更柔软。
表2：基重、纸厚度和密度
Figure BDA00003427972600171
表3：吸收容量（水）
编号 比容量（g/g）
5.06
5.20
5.12
423 3.79
424 7.54
717 5.04
511 3.85
714 5.82
715 5.58
512s 6.22
表4：杯形挤压数据
Figure BDA00003427972600181
表5：IHR柔软度排名
Figure BDA00003427972600182
尽管已通过各种实施方案对本发明进行了说明，但本领域技术人员应当清楚，还可对本发明作出形式和细节上的改变而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明旨在将前述详细说明视为说明性的、而不是限制性的，且本发明所附的权利要求，其包括其所有的等同限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种直接成形的非织造材料，其包含再生纤维素纤维和短纤维或木浆纤维，所述非织造材料通过以下步骤形成：
将所述再生纤维素纤维置于成形表面上；
将所述短纤维或木浆纤维落置于所述再生纤维素纤维上；
将所述再生纤维素纤维和所述短纤维或木浆纤维水力缠结在一起，以形成水力缠结复合材料；
干燥所述水力缠结复合材料；然后，
用泡沫起绉溶液或分散剂起绉所述水力缠结复合材料。
2.如权利要求1所述的直接成形的非织造材料，其中，所述再生纤维素纤维具有约10g/m2至约20g/m2的基重。
3.如权利要求1所述的直接成形的非织造材料，其中，所述再生纤维素纤维为连续纤维。
4.如权利要求1所述的直接成形的非织造材料，其中，所述短纤维或木浆纤维具有约30g/m2至约150g/m2的基重。
5.如权利要求1所述的直接成形的非织造材料，其中，所述起绉步骤包括以下步骤：
将添加剂组合物的涂布器邻近于不透热的干燥器表面放置；
将包含添加剂组合物的泡沫分散剂或泡沫溶液施涂到所述干燥器表面；
所述泡沫分散剂或泡沫溶液转变成粘合剂膜；
直接粘接所述水力缠结复合材料至所述粘合剂膜；和
将粘接的水力缠结复合材料和粘合剂膜从所述干燥器表面剥离。
6.如权利要求5所述的直接成形的非织造材料，其中，所述添加剂组合物进一步包含发泡剂。
7.如权利要求6所述的直接成形的非织造材料，其中，所述添加剂组合物包含羟丙基纤维素溶液。
8.如权利要求5所述的直接成形的非织造材料，其中，所述不透热的干燥器表面的温度超过约300℉，可选地，为约500℉至约550℉。
9.一种整体式复合材料织物，其包含大于约5wt%且小于约30wt%的连续再生纤维素长丝和大于约70wt%且小于约95wt%的木浆纤维。
10.如权利要求9所述的整体式复合材料织物，其具有大于5.6g/g的吸收容量。
11.如权利要求9所述的整体式复合材料织物，其具有4logs或优于含有聚丙烯长丝而不是再生纤维素长丝的类似整体式复合材料织物的柔软度。
12.如权利要求9所述的整体式复合材料织物，其中，所述木浆纤维为不连续纤维。
13.如权利要求9所述的整体式复合材料织物，其中，所述连续再生纤维素长丝为莱赛尔长丝。
14.如权利要求9所述的整体式复合材料织物，其中，所述连续再生纤维素长丝为纺粘型长丝。
15.制造包含再生纤维素纤维和木浆纤维的直接成形非织造材料的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述再生纤维素纤维置于成形表面上；
将所述木浆纤维落置于所述再生纤维素纤维上；
将所述再生纤维素纤维和所述木浆纤维水力缠结在一起，以形成水力缠结复合材料；
干燥所述水力缠结复合材料；然后，
用泡沫起绉溶液或分散剂起绉所述水力缠结复合材料。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述再生纤维素纤维为连续纤维。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述起绉步骤包括以下步骤：
将添加剂组合物的涂布器邻近于不透热的干燥器表面放置；
将包含添加剂组合物的泡沫分散剂或泡沫溶液施涂到所述干燥器表面；
所述泡沫分散剂或泡沫溶液转变成粘合剂膜；
直接粘接所述水力缠结的复合材料至所述粘合剂膜；和
将粘接的水力缠结复合材料和粘合剂膜从所述干燥器表面剥离。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述添加剂组合物进一步包含发泡剂。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述添加剂组合物包含羟丙基纤维素溶液。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述不透热的干燥器表面的温度超过约300℉，可选地，为约500℉至约550℉。
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