CN103649391A

CN103649391A - 包括多组分纤维和颗粒的制品及其制备和使用方法

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Publication number: CN103649391A
Application number: CN201280033795.5A
Authority: CN
Inventors: 迈克·D·克兰德尔; 伊格内修斯·A·卡多马; 安德鲁·J·彼得森; 布鲁斯·A·斯文泰克; 吴永康
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-03-19
Also published as: JP2014525952A; EA201400004A1; KR20140045523A; US20140138305A1; BR112014000357A2; EP2729606A1; WO2013006667A1; EP2729606A4

Abstract

本发明公开了一种包括多组分纤维和颗粒的制品。所述多组分纤维包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，并且粘附在一起并且在至少110℃的温度下是不熔合的。所述多组分纤维的外表面的至少一部分包含所述第一聚合物组合物。颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度粘附或直接附接到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的第一聚合物组合物。所述颗粒包括活性炭、超吸收聚合物颗粒以及磨料颗粒中的至少一种。在一些实施例中，所述颗粒分布遍及所述多组分纤维的幅材的厚度。本发明还公开了一种制备所述制品的方法。

Description

包括多组分纤维和颗粒的制品及其制备和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年7月7日提交的美国临时专利申请No.61/505,165的优先权，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。

背景技术

已知有各种多组分纤维。例子包括具有覆盖较高熔点芯（meltingcore）的低温熔融或软化外皮的纤维。多组分结构可用于（例如）纤维粘结，其中外皮（例如当熔融或软化时）起到芯粘结剂的作用。

一些包括纤维和颗粒的制品是已知的。在一些情况下，此类制品由多组分纤维制成，其中一种组分熔融并且聚结。在这些情况下，颗粒位于纤维彼此接触的接合点处。参见例如国际专利申请公开No.WO2010/045053（Coant等人）。

已描述了一些包括多组分纤维和磨料颗粒的磨料制品。参见例如美国专利No.5,082,720(Hayes)、5,972,463（Martin等人）以及6,017,831（Beardsley等人）。通常，使用底胶和/或底漆将颗粒保持在纤维幅材的表面上。

发明内容

本发明提供了（例如）包括多组分纤维和颗粒的制品。该多组分纤维在至少110℃的温度下不熔合，这意味着纤维在至少高达此温度时保持其多组分构造。颗粒沿着纤维的长度粘附到多组分纤维中的第一聚合物组合物。因此，颗粒不仅仅位于纤维间的接合点处，还可以均匀地分布。在制备本文所公开的制品的方法中，将纤维和颗粒的混合物加热至如下温度，在该温度下，当在1赫兹的频率下测量时，所述第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。在此温度下，第一聚合物组合物变得发粘并且将颗粒粘附到多组分纤维的长度上。

在一个方面，本发明提供了包括多组分纤维和颗粒的制品。多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中多组分纤维的外表面的至少一部分包含第一聚合物组合物。该多组分纤维在至少110℃的温度下粘附到一起并且不熔合。颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度至少粘附到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的第一聚合物组合物。颗粒包括活性炭和超吸收聚合物颗粒中的至少一种。

在另一方面，本发明提供了一种包括多组分纤维幅材和分布遍及所述幅材的厚度的颗粒的制品。多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中多组分纤维的外表面的至少一部分包含第一聚合物组合物。该多组分纤维在至少110℃的温度下粘附到一起并且不熔合。颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度直接附接到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的所述第一聚合物组合物。颗粒包括活性炭、超吸收聚合物颗粒以及磨料颗粒中的至少一种。

在另一方面，本发明提供了一种制备制品的方法。该方法包括提供颗粒和多组分纤维的混合物。多组分纤维包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，并且颗粒包括活性炭、超吸收聚合物颗粒和磨料颗粒中的至少一种。该方法还包括将混合物加热至如下温度，在该温度下多组分纤维不熔合并且在该温度下，当在1赫兹的频率下测量时，所述第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。当加热至此温度时，混合物的至少一部分变得粘附到一起从而形成幅材，并且颗粒分散遍及所述幅材的厚度。

在上述方面的一些实施例中，颗粒包括活性炭。在这些实施例中，本文所述的制品可用于（例如）过滤。作为根据本发明的和/或根据本发明制备的制品的炭过滤器通常不使用复杂的设备便能够轻松且低成本地装配。此类过滤器通常是柔性的，这对于其中活性炭颗粒牢固地粘附到多组分纤维的一些构型而言可能是有利的。

在上述方面的其它实施例中，颗粒包括磨料颗粒，并且本文所述的制品可以用作磨料制品。在这些实施例中，即便在不存在底胶和底漆的情况下，所述制品仍可出奇有效地用作磨料。根据本发明的磨料制品通常在不具有磨料颗粒的过多损耗的情况下制备。

在本专利申请中，诸如“一个”、“一种”和“所述”之类的术语并非仅指单一实体，而是包括一般类别，其具体例子可用于举例说明。术语“一个”、“一种”和“所述”可以与术语“至少一种”互换使用。后接列表的短语“至少一种（一个）”和“包括至少一种（一个）”指列表中的任一项以及列表中两项或更多项的任意组合。除非另外指明，否则所有数值范围均包括它们的端点以及端点之间的非整数值。

本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明所公开的每个实施例或每种实施方式。以下描述更具体地例示了示例性实施例。因此，应当理解，附图和以下描述仅用于举例说明的目的，而不应被理解为是对本发明范围的不当限制。

附图说明

为了更全面地理解本发明的特征和优点，现在结合附图来参考本发明的具体实施方式，其中：

图1是根据本发明的示例性制品的局部示意图；

图2A-2D是本文所述的四种示例性纤维的示意性横截面；

图3A-3E为本文所述的各种纤维的示意性透视图；

图4A和4B为根据本发明的示例性制品的显微照片，其中活性炭粘附到多组分纤维的表面；并且

图5为实例2的图案化磨料制品的照片。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的和/或根据本发明制备的示例性制品的一部分。所述制品包括多组分纤维4和颗粒2。多组分纤维在接合点6处粘附到一起（如，自生粘结），并且颗粒2粘附到至少一些多组分纤维4中的外表面上。如图1所示，颗粒2沿着多组分纤维4的长度定位，这意味着颗粒不仅仅位于纤维的接合点6处。

在一些实施例中，颗粒沿多组分纤维的长度定位意味着颗粒基本上沿多组分纤维的整个长度定位。颗粒可沿多组分纤维的整个长度随机地分布。在这些实施例中，颗粒无需覆盖住多组分纤维的整个外表面以便被认为沿多组分纤维的整个长度定位。颗粒可以均匀地或不均匀地分布，这取决于例如下文所述的多组分纤维和颗粒的混合程度以及粒度分布。

在一些实施例中，包括图1中所示的实施例，颗粒2直接附接到至少一些多组分纤维4的外表面。“直接附接”意指在颗粒与纤维外表面上的第一聚合物组合物之间不存在粘合剂或其它粘结剂。多组分纤维中的第一聚合物组合物通常用作将纤维固定在一起并将颗粒粘附到纤维上的粘合剂。

可用于本文所公开的制品的纤维包括多种横截面形状。可用的纤维包括那些具有至少一种选自以下的横截面形状的纤维：圆形、棱柱形、圆柱形、圆形突出状、矩形、多边形或狗骨形。这些纤维可以是中空或非中空的，并且它们可以是直的或具有起伏形状。横截面形状的差异使得可以控制活性表面积、机械性能，以及与颗粒或其它组分的相互作用。在一些实施例中，根据本发明的纤维具有圆形横截面或矩形横截面。具有大致矩形横截面形状的纤维还通常称为带状物。例如纤维是有用的，因为其相对于其所占据的空间而言提供较大的表面积。

可用于实践本发明的多组分纤维的示例性实施例包括具有在图2A-2D中示出的横截面的那些。例如，如图2B或2C中所示的皮芯构型可能是有用的，因为外皮具有大的表面积。在这些构型中，纤维的外表面通常由单一组合物制成。具有多外皮的皮芯构型在本公开的范围内。例如，如在图2A和2D中所示其它构型提供了可基于预期应用进行选择的选项。在分割饼型楔（参见如图2A）和分层（参见如图2D）构型中，外表面通常由不止一种组合物制成。

参见图2A，饼型楔纤维10具有圆形的横截面12、位于区域16a和16b中的第一聚合物组合物和位于区域14a和14b中的第二聚合物组合物。纤维中的其它区域（18a和18b）可包含第三组分（如，第三种不同的聚合物组合物），或可独立地包含第一聚合物组合物或第二聚合物组合物。

在图2B中，纤维20具有圆形横截面22、第一聚合物组合物的外皮24和第二聚合物组合物的芯26。图2C示出了具有圆形横截面32和皮芯结构的纤维30，所述皮芯结构具有第一聚合物组合物的外皮34和第二聚合物组合物的多个芯36。

图2D示出了具有圆形横截面42和五个分层的区域44a、44b、44c、44d、44e的纤维40，所述五个分层的区域作为另外一种选择包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物。任选地，第三种不同的聚合物组合物可以包含在所述层的至少一个中。

图3A-3E示出了可用于根据本发明的制品中的多组分纤维的各种实施例的透视图。图3A示出了具有三角形横截面52的纤维50。在所示的实施例中，第一聚合物组合物54存在于一个区域中，并且第二聚合物组合物56邻近第一聚合物组合物54定位。

图3B示出了具有大致矩形的横截面和起伏形状72的带形实施例70。在所示的实施例中，第一层74包含第一聚合物组合物，而第二层76包含第二聚合物组合物。

图3C示出了可用于根据本发明的制品的盘绕或卷曲的多组分纤维80。线圈间的距离86可以根据所需的性能进行调节。

图3D示出了具有圆柱形形状并具有第一环形组分102和第二环形组分104的纤维100，其中后一种组分限定中空芯106。第一环形组分和第二环形组分通常分别包含第一聚合物组合物和第二聚合物组合物。中空芯106可任选地部分或完全填充针对环形组分102、104中的一个的添加剂（如，固化剂或增粘剂）。

图3E示出了具有圆形突出结构110的纤维，所示的例子具有包括外部114和内部116的五个圆形突出部112。外部114和内部116通常分别包含第一聚合物组合物和第二聚合物组合物。

本文所述的多组分纤维的纵横比可以（例如）为至少3:1、4:1、5:1、10:1、25:1、50:1、75:1、100:1、150:1、200:1、250:1、500:1、1000:1或更大；或在2:1至1000:1的范围内。较大的纵横比（如，具有10:1或更大的纵横比）可能更易于允许形成多组分纤维的网络并且可能允许更多的颗粒粘附到纤维的外表面。

可用于根据本发明的制品的多组分纤维包括具有最多至60mm的长度的那些，在一些实施例中，所述长度在2mm至60mm、3mm至40mm、2mm至30mm或3mm至20mm的范围内。通常，本文所公开的多组分纤维具有最多至300（在一些实施例中，最多至250、200、150、100、90、80、70、60、50、40、或30）微米的最大横截面尺寸。例如，纤维可以具有圆形横截面，其平均直径在1微米至300微米、1微米至100微米、10微米至50微米、10微米至30微米或17微米至23微米的范围内。又如，纤维可以具有矩形横截面，其平均长度（即，较长的横截面尺寸）在1微米到300微米、1微米到100微米、10微米到50微米、10微米到30微米或17微米到23微米的范围内。

在一些实施例中，可用于根据本发明的制品和方法的多组分纤维在至少110℃（在一些实施例中，至少120℃、125℃、150℃或至少160℃）的温度下不熔合。当多组分纤维在任何这些温度下均不熔合时，应当理解，它们在低于此温度时也不熔合。在一些实施例中，可用于根据本发明的制品和方法的多组分纤维在最高至200℃的最高温度下不熔合。“不熔合”纤维可以自生粘结（即，纤维间无需施加压力就粘结），而却没有造成构造（例如，皮芯构型）显著损失。在第一聚合物组合物、第二聚合物组合物以及纤维的任选任何其它组分之间的空间关系通常在不熔合纤维中得以保留。通常，多组分纤维（如具有皮芯构型的纤维）在自生粘结过程中发生如此大量的外皮组合物流动，使得皮芯结构损失，因为外皮组合物集中于纤维接合处，而芯组合物则被暴露于别处。也就是说，通常多组分纤维是熔合纤维。这种结构损失通常导致由外皮组分提供的纤维功能的损失。在不熔合纤维（如，皮芯纤维）中，热量造成的外皮组合物的流动极少或没有，从而外皮功能沿大部分多组分纤维得到保持。

为评估纤维在特定温度下是否为不熔合，采用了以下测试方法。将纤维切成6mm长的段，分开并形成为平整的交错纤维簇。测量了二十根被切割和分开的纤维的较大横截面尺寸（如，圆形横截面的直径），并且记录了中值。将纤维簇在常规排气式对流烘箱中在选择的测试温度下加热5分钟。然后，选择二十根单独的分开的纤维，测量它们的较大横截面尺寸（如直径）并记录中值。如果加热后所测量尺寸的变化小于20%，则该纤维称为“不熔合”。

通常，一起用于根据本发明的制品和/或方法中的多组分纤维以及构成所述纤维的组分的尺寸通常大致相同，但是在组成和/或尺寸上甚至存在显著差异的纤维的使用可能也是有用的。在一些应用中，可能有利的是使用两组或者更多组不同的多组分纤维（例如，至少一种不同的聚合物或树脂、一种或多种另外的聚合物、不同的平均长度、或在别的方面可以区别的构造），其中一组在一个方面提供某个（些）优点，而另一组在另一方面提供某个（些）优点。

本文所述的纤维通常可使用本领域已知的用于制备多组分（如双组分）纤维的技术来制备。此类技术包括纤维纺丝（参见如美国专利No.4,406,850(Hills)、5,458,972(Hagen)、5,411,693(Wust)、5,618,479(Lijten)以及5,989,004(Cook)）。

可选择纤维的每个组分（包括第一聚合物组合物、第二聚合物组合物和任何另外的聚合物）以提供期望的性能特性。

在一些实施例中，多组分纤维中的第一聚合物组合物具有最高至150℃（在一些实施例中，最高至140℃、130℃、120℃、110℃、100℃、90℃、80℃或70℃，或在80℃至150℃的范围内）的软化温度。第一聚合物组合物的软化温度是使用应力控制流变仪（AR2000型，由美国特拉华州纽卡斯尔的美国热分析仪器公司(TA Instruments,NewCastle,DE)制造）根据以下工序确定的。将第一聚合物组合物的样品放置在流变仪的两个20mm的平行板之间并且压至2mm的间隙，从而确保完全覆盖住这些板。然后在80℃至200℃的温度范围内以1%应变施加1Hz正弦频率。熔融树脂对正弦应变的阻力与其模量成比例，该模量通过传感器记录并以图像形式显示。使用流变仪软件，将该模量在数学上分为两部分：与所施加的应变同相的一个部分（弹性模量--类固体行为）和与所施加的应变不同相的另一部分（粘稠模量--类液体行为）。两种模量相同时的温度（跨越温度）为软化温度，因为它表示在该温度以上树脂行为开始主要像液体的温度。

对于本文所公开的多组分纤维的任何实施例，第一聚合物组合物可以是单一聚合物材料、聚合物材料的共混物，或者至少一种聚合物与至少一种其它添加剂的共混物。有利的是，第一聚合物组合物的软化温度可高于多组分纤维的储存温度。所需的软化温度可以通过选择适当的单一聚合物材料或组合两种或更多种聚合物材料来实现。例如，如果聚合物材料在过高温度下软化，则可通过加入具有较低软化温度的第二聚合物材料来降低其软化温度。另外，聚合物材料可以与（例如）增塑剂组合以实现所需的软化温度。

具有或可经改性而具有最高至150℃（在一些实施例中，最高至140℃、130℃、120℃、110℃、100℃、90℃、80℃或70℃，或在80℃至150℃的范围内）的软化温度的示例性聚合物包括以下至少一种（即，以任何组合包括以下中的一者或多者）：乙烯-乙烯醇共聚物（如，具有156至191℃的软化温度，以商品名“EVAL G176B”得自美国德克萨斯州休斯敦的EVAL美国公司(EVAL America,Houston,TX)）、热塑性聚氨酯（如，以商品名“IROGRAN A80P4699”得自美国德克萨斯州休斯敦的亨斯迈公司(Huntsman,Houston,TX)）、聚甲醛（如，以商品名“CELCON FG40U01”得自美国肯塔基州佛罗伦萨的泰科纳公司(Ticona,Florence,KY)）、聚丙烯（如，以商品名“5571”得自法国巴黎的道达尔公司(Total,Paris,France)）、聚烯烃（如，以商品名“EXACT8230”得自美国德克萨斯州休斯敦的埃克森美孚公司(ExxonMobil,Houston,TX)）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（如，得自加拿大亚伯达省埃德蒙顿的AT塑料公司(AT Plastics,Edmonton,Alberta,Canada)）、聚酯（如，以商品名“DYNAPOL”得自美国新泽西州帕西帕尼的赢创公司(Evonik,Parsippany,NJ)或以商品名“GRILTEX”得自瑞士因斯布鲁克海斯瑙尔街（Reichenauerstrasse）的埃姆斯化学品有限公司(EMS-Chemie AG,Reichenauerstrasse,Switzerland)）、聚酰胺（如，以商品名“UNIREZ2662”得自美国佛罗里达州杰克逊维尔的亚利桑那化学公司(Arizona Chemical,Jacksonville,FL)或以商品名“ELVAMIDE8660”得自美国特拉华州威明顿市的杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours,Wilmington,DE)）、苯氧基树脂（如，得自美国南卡罗来纳州罗克希尔的国际化工公司(Inchem,Rock Hill SC)）、乙烯树脂（如得自意大利阿西齐奥的奥姆尼亚塑料有限公司(Omnia Plastica,Arsizio,Italy)的聚氯乙烯）、或丙烯酸类树脂（如，以商品名“LOTADEREX8900”得自法国巴黎的阿科玛公司(Arkema,Paris,France)）。在一些实施例中，第一聚合物组合物包含部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物，其可（例如）以商品名“SURLYN8660”、“SURLYN1702”、“SURLYN1857”和“SURLYN9520”从杜邦公司(E.I.duPont de Nemours&Company)商购获得。在一些实施例中，第一聚合物组合物包含热塑性聚氨酯（可以商品名“IROGRAN A80P4699”购自亨斯迈公司(Huntsman)）、聚甲醛（可以商品名“CELCON FG40U01”购自泰科纳公司(Ticona)）以及聚烯烃（可以商品名“EXACT8230”购自埃克森美孚化工公司(ExxonMobil Chemical)）的混合物。在一些实施例中，根据本发明的可用于制品的多组分纤维可以包含5至85（在一些实施例中，5至40、40至70、或60至70）重量%范围内的第一聚合物组合物。

在根据本发明的制品和方法的一些实施例中，第一聚合物组合物在约1Hz的频率和至少80℃的温度下具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。在这些实施例中，通常第一聚合物组合物在80℃及以上的温度下是发粘的。在一些实施例中，第一聚合物组合物在约1Hz的频率和至少85℃、90℃、95℃或100℃的温度下具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。对于这些实施例中的任何一个，使用上文所述的用于确定软化温度的方法来测量模量，不同之处在于模量在选择的温度（如，80℃、85℃、90℃、95℃或100℃）下确定。

在可用于本文所公开的制品和方法的多组分纤维的一些实施例中，第二聚合物组合物具有至少130℃（在一些实施例中，至少140℃或150℃，在一些实施例中，在130℃至220℃、150℃至220℃或160℃至220℃的范围内）的熔点。示例性的可用第二聚合物组合物包括以下至少一种（即，以任何组合包括以下中的一者或多者）：乙烯-乙烯醇共聚物（如，以商品名“EVAL G176B”得自EVAL美国公司(EVALAmerica)）、聚酰胺（如，以商品名“ELVAMIDE”得自杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours)或以商品名“ULTRAMID”得自美国新泽西州弗洛勒姆帕克的北美巴斯夫公司(BASF North America,Florham Park,NJ)）、聚甲醛（如，以商品名“CELCON”得自泰科纳公司(Ticona)）、聚丙烯（如，得自道达尔公司(Total)）、聚酯（如，以商品名“DYNAPOL”得自赢创公司(Evonik)或以商品名“GRILTEX”得自埃姆斯化学品有限公司(EMS-Chemie AG)）、聚氨酯（如，以商品名“IROGRAN”得自亨斯迈公司(Huntsman)）、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚碳酸酯。如上文针对第一聚合物组合物所述，可使用聚合物和/或其它组分的共混物来制备第二聚合物组合物。例如，可通过添加较高熔点的热塑性聚合物而将具有低于130℃的熔点的热塑性塑料改性。在一些实施例中，第二聚合物组合物基于多组分纤维的总重量计以5重量%到40重量%的范围存在。通过差示扫描量热法(DSC)测量熔融温度。在第二聚合物组合物包含不止一种聚合物的情况下，可能存在两个熔点。在这些情况下，至少130℃的熔点为在第二聚合物组合物中的最低熔点。

任选地，本文描述的纤维还可以包含其它组分（如，添加剂和/或涂料）以赋予所需的性能，如处理性、加工性、稳定性和分散性。示例性的添加剂和涂层材料包括抗氧化剂、着色剂（如染料和颜料）、填料（如炭黑、粘土和二氧化硅）和表面施加材料（如蜡、表面活性剂、聚合物分散剂、滑石、芥酸酰胺、树胶和流控剂）以改善处理。

表面活性剂可用于提高本文所述的多组分纤维的分散性或处理性。可用的表面活性剂（也称为乳化剂）包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。可用的阴离子表面活性剂包括烷基芳基醚硫酸盐和磺酸盐、烷基芳基聚醚硫酸盐和磺酸盐（如烷基芳基聚(环氧乙烷)硫酸盐和磺酸盐，优选为具有最多约4个乙烯氧基重复单元的那些，包括烷基芳基聚醚磺酸钠，例如已知以商品名“TRITON X200”得自美国宾夕法尼亚州费城的罗门哈斯公司(Rohm and Haas,Philadelphia,PA)的那些）、烷基硫酸盐和磺酸盐（如月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、月桂基硫酸三乙醇胺和十六烷基硫酸钠）、烷基芳基硫酸盐和磺酸盐（如十二烷基苯硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠）、烷基醚硫酸盐和磺酸盐（如月桂醚硫酸铵），以及烷基聚醚硫酸盐和磺酸盐（如烷基聚(环氧乙烷)硫酸盐和磺酸盐，优选具有最多约4个乙烯氧基单元的那些）。可用的非离子表面活性剂包括乙氧基化油醇和聚氧乙烯辛基苯醚。可用的阳离子表面活性剂包括烷基二甲基苄基氯化铵的混合物，其中烷基链具有10至18个碳原子。也可使用两性表面活性剂，并且包括磺基甜菜碱、N-烷基氨基丙酸和N-烷基甜菜碱。可以将表面活性剂添加到本文所公开的纤维，例如，加入量平均应足以在纤维表面上形成单层涂层以引起自发润湿。按多组分纤维的总重量计，表面活性剂的可用量可在（例如）0.05重量%至3重量%的范围内。

还可以使用聚合物分散剂，例如，用于促进本文所述纤维在所选介质中和在所需的应用条件下（如pH和温度）的分散。示例性的聚合物分散剂包括平均分子量大于5000的聚丙烯酸的盐（如，铵盐、钠盐、锂盐和钾盐）、羧基改性的聚丙烯酰胺（可例如以商品名“CYANAMERA-370”购自美国新泽西州西帕特森的氰特工业公司(Cytec Industries,West Paterson,NJ)）、丙烯酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的共聚物、聚合季胺（例如，季铵化的聚乙烯吡咯烷酮共聚物（可例如以商品名“GAFQUAT755”购自美国新泽西州韦恩的ISP公司(ISP Corp.,Wayne,NJ)）和季胺取代的纤维素（可例如以商品名“JR-400”购自美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Company,Midland,MI)）、纤维素、羧基改性的纤维素（例如，羧甲基纤维素钠（可例如以商品名“NATROSOL CMC Type7L”购自美国特拉华州威明顿市的赫克力士公司(Hercules,Wilmington,DE)）和聚乙烯醇。可以将聚合物分散剂添加到本文所公开的纤维中，例如，加入量平均应足以在纤维表面上形成单层涂层以引起自发润湿。聚合物分散剂的可用量可以（例如）基于该纤维的总重量计在0.05重量%到5重量%的范围内。

可在多组分纤维中用作添加剂的抗氧化剂的例子包括受阻酚（例如，可以商品名“IRGANOX”购自瑞士巴塞尔的汽巴精化公司(CibaSpecialty Chemical,Basel,Switzerland)）。通常，使用基于纤维的总重量计0.1重量%到1.5重量%范围的抗氧化剂来在挤出期间和制品寿命时间内保持可用性能。

在用于实践本发明的纤维的一些实施例中，纤维可例如通过辐射或化学方式交联。化学交联可例如通过掺入热自由基引发剂、光引发剂或离子交联剂而进行。例如，当暴露于合适的光波长时，光引发剂能够生成引起聚合物链交联的自由基。使用辐射交联时，引发剂和其它化学交联剂可能是不必要的。合适类型的辐射包括可引起聚合物链交联的任何辐射，诸如光化学和颗粒辐射（如，紫外线、X射线、γ辐射、离子束、电子束或其它高能电磁辐射）。交联可进行到一定程度，例如，观察到第一聚合物组合物的模量出现增加的程度。

根据应用，可用于实施本发明的颗粒的粒度范围是（例如）100微米至3000微米（即约140目至约5目(ANSI)）（在一些实施例中，范围从1000微米至3000微米、1000微米至2000微米、1000微米至1700微米（即约18目至约12目）、850微米至1700微米（即约20目至约12目）、850微米至1200微米（即约20目至约16目）、600微米至1200微米（即约30目至约16目）、425微米至850微米（即约40至约20目）或300微米至600微米（即约50目至约30目））。在一些实施例中，颗粒具有在500纳米至50微米范围内的粒度。在一些实施例中，颗粒具有最多至25微米的粒度，其可能在500纳米至25微米的范围内。

颗粒与可用于本发明的制品和方法的多组分纤维的比率取决于（例如）应用、纤维中的交变点密度、颗粒的形状以及粒度分布。在一些实施例中，可用于本文所公开的制品中的颗粒的最大量为颗粒的最密堆积密度。下文中描述了用于给定颗粒和给定应用的可用重量比。在一些实施例中，仅包括颗粒和多组分颗粒的混合物和制品是可用的，而在其它实施例中，可根据应用将其它合适的组分添加到制品或混合物中，如下文所述。

制备根据本发明的制品的方法包括提供颗粒和多组分纤维的混合物。可通过涉及机械和/或静电混合颗粒的技术进行混合。可任选地包括溶剂或水以有助于均匀地混合所述颗粒和纤维。然而，在一些实施例中，颗粒和多组分纤维的混合是无溶剂过程，这是有利的，因为不必进行加热来蒸发残余水或溶剂（这样可以免去处理步骤并降低成本）。可例如通过对流混合、扩散混合和剪切混合机制进行混合。例如，可使用常规的滚动混合机（如，V型共混机、对顶锥混合机或旋转立方形混合机）、对流混合机（如，带式共混机、诺塔混合机）、流化床混合机或高剪切混合机实现颗粒与多组分纤维的混合。在一些实施例中，使颗粒和多组分纤维在合适的容器中一起滚动。在一些实施例中，在使用此类工艺（如，滚动）将多组分纤维与颗粒混合之前，将多组分纤维分离以增大纤维的暴露表面积。多组分纤维在其形成时可以是成束的，并且可使用诸如将纤维用研磨机处理的合适方法来分离纤维并暴露其表面。在其它实施例中，可例如通过气流成网法和热粘合法首先将多组分纤维成型为幅材，然后可将所得的幅材连同颗粒一起摇动。在这些实施例中，将纤维气流成网可分离任何纤维束并增大其暴露的表面积。

根据本发明的方法包括将颗粒和多组分纤维的混合物加热至如下温度，在该温度下多组分纤维是不熔合的，并且在该温度下当在1赫兹的频率下测量时，第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。该温度高于第一聚合物组合物的软化温度，并包括上述第一聚合物组合物的任何软化温度范围。在该温度下，第一聚合物组合物将变得发粘，并且纤维可以彼此粘附并粘附到颗粒以形成幅材。颗粒通常分布遍及幅材的厚度。在一些实施例中，将混合物置于模具中，再进行加热。如果需要，可将压力施加到模具，以巩固颗粒和多组分纤维的装填。根据所需应用，该模具可具有任何形状。

在一些实施例中，颗粒为活性炭颗粒。如本文所用，“活性炭”是指具有不规则的或无定形结构的多孔炭。此类颗粒也称为木炭颗粒和活性木炭颗粒。可用的活性炭颗粒可具有500纳米至10毫米(mm)（如，从1微米至1mm、10微米至500微米、10微米至50微米，或500纳米至50微米）范围内的平均粒度。通常，当用于过滤应用中时，活性炭颗粒具有足够大的孔以吸收（例如）杂质。在一些实施例中，内孔的中值孔径的范围为0.3纳米(nm)至10nm（如，0.3nm至3nm、2nm至7nm、4nm至7nm、8nm至10nm，或4nm至10nm）。孔径可以是单峰的，或活性炭颗粒可具有双峰多孔结构，其中所述孔具有选自任一所列范围的两种不同的中值孔径。

可用于实践本发明的活性炭产品包括例如得自美国宾夕法尼亚州匹兹堡卡尔冈炭素有限公司(Calgon Carbon,Inc.(Pittsburgh,Pa.))、美国南卡罗来纳州查尔斯顿米德维实伟克公司(MeadWestvaco Corporation(Charleston,South Carolina))、美国新泽西州吉布斯敦EMD化学品公司(EMD Chemicals(Gibbstown,New Jersey))以及日本大阪可乐丽化学株式会社(Kuraray Chemical Co.,Ltd.(Osaka,Japan))的活性炭颗粒剂和球剂。可使用得自任何来源的活性炭，包括源自烟煤或其它形式的煤、或源自沥青、椰子壳、玉米壳、聚丙烯腈(PAN)聚合物、烧焦的纤维素纤维或材料以及木材的活性炭。可例如通过将煤或其它材料活化，或通过将含碳材料研磨成细粉、将其用沥青或其它粘合剂凝聚成块，然后将凝聚物转化为活性炭而直接形成活性炭颗粒。

在一些实施例中，可用于实践本发明的活性炭具有用于改变其表面性能的官能团。例如，在活化阶段，可将炭暴露于硝酸以添加羧酸基团、暴露于氯化氢以添加氯基团、暴露于氧或水蒸气以添加氧或羟基基团、暴露于氨以添加胺基团以及暴露于氢以添加氢原子。对活性炭进行表面改性以制备酸性、碱性和中性官能团的方法在Shen等人的“Surface Chemical Functional Groups Modification of Porous Carbon”，Recent Patents on Chemical Engineering,2008,1,27-40（“多孔炭的表面化学官能团改性”，《最新化学工程专利》，2008年，第1卷第27-40页）中有所描述。或者，可将诸如非气体分子的化合物添加到炭中，再进行活化或后处理步骤，其中所述化合物在高温下反应以将官能团添加到活性炭。此过程在例如美国专利No.5,521,008（Lieberman等人）中有所描述。

多组分纤维与活性炭颗粒的重量比可以在例如10:1至1:1的范围内，在一些实施例中，在8:1至1:1、8:1至2:1或8:1至4:1的范围内。

根据本发明的和/或根据本发明制备的制品（其中颗粒为活性炭颗粒）可用于过滤应用。被称为吸附剂的活性炭可吸收溶解的有机污染物（如，农药残留和有机蒸气）并将其保持在其表面上，并且还可以将氯从（例如）饮用水中移除。对于过滤应用，可使用其它颗粒与活性炭和多组分纤维结合。例如，金属离子交换沸石吸附剂、离子交换树脂、抗微生物剂、活性氧化铝和颗粒状过滤介质可以是可用的添加剂。在一些实施例中，本文所公开的制品可以结合砂滤器或其它颗粒过滤器使用。在一些实施例中，根据本发明的制品和混合物还包括砂石。

包括炭颗粒的制品可用于例如重力过滤应用、用于分配冷冻饮用水和冰的冰箱过滤器以及其它水过滤应用。通过使用本文所公开的方法，由于纤维在相对低温（如，80℃）下具备粘合剂特性，所以可以不使用复杂设备而将活性炭过滤器装配好。因此，根据本发明的和/或根据本发明制备的制品可用于发展中国家农村地区的水过滤。

可例如使用模具将根据本发明的制品成形为任何所需的形状。在一些实施例中，可将本文所公开的过滤制品成形为圆柱体或圆盘。所述圆柱体或圆盘可设置有凹槽或凹坑以增大所得过滤器的表面积。在一些实施例中，根据本发明的制品可以是中空圆柱体形式，其可以是管形的，使得存在芯和壁厚度。在一些典型的水过滤应用中，可将水导向为从管的外径(OD)表面径向地流动至内径(ID)，然后从芯的一端流出。任选地，在加热之前或期间，可使用压力以巩固在模具中的混合物。可在常规烘箱中或使用微波、红外线或射频加热而进行加热。当制品从模具释放时，其可以是自立式的。在其它实施例中，在加热之前将混合物引入壳体中，其中所述壳体是管或圆柱体，并且其中混合物的至少一部分变得粘附至壳体。

在图4A和4B中示出了根据本发明的示例性制品的显微照片，其中活性炭202粘附到多组分纤维204的表面。

在一些实施例中，颗粒为磨料颗粒，并且根据本发明的制品为磨料制品。这些制品可用于对金属、木材、塑料和其它材料进行研磨切割或成形、打磨或清洁。另外，多组分纤维表面上的磨料颗粒可提供摩擦（如，用于防打滑应用）。

可用于实践本发明的磨料颗粒可以是事实上任何尺寸的规则或不规则形状的颗粒剂，并且选自多种类型的天然或合成的磨料矿物颗粒，诸如碳化硅、氧化铝（如，陶瓷氧化铝、热处理过的氧化铝和白色熔融氧化铝）、立方晶型氮化硼、陶瓷珠或颗粒（诸如以商品名“CUBITRON”得自美国明尼苏达州圣保罗3M公司(3M Company,St.Paul,Minn.)的磨料）、氧化铝-氧化锆、金刚石、二氧化铈（即，氧化铈）、石榴石、燧石、二氧化硅、浮石、碳酸钙、塑性磨料颗粒（如，由聚酯、聚氯乙烯、甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、三聚氰胺和聚苯乙烯制成）、压碎的植物材料（例如，外壳，诸如胡桃外壳；以及核，诸如杏核、桃核和鳄梨核），以及一种或多种这些材料的混合物。磨料制品的最终使用将确定何种磨料颗粒是最合适的。在一些实施例中，磨料颗粒包括二氧化铈、碳化硅和立方晶型氮化硼颗粒中的至少一种。在一些实施例中，磨料颗粒包括二氧化铈颗粒（即，氧化铈颗粒）。

生成磨料制品的常规方法通常依靠首先用耐用的粘结剂树脂（即，底胶前体）和磨料颗粒或其它材料涂布合适的基底（其可能是预粘结的纤维幅材），然后将磨料制品固化。可以用耐用的粘结剂树脂将颗粒涂覆到浆液中的纤维上。通常，将底漆涂覆到底胶前体和颗粒上以实现耐久性、坚韧性和功能性。此过程通常需要含有溶剂和其它危险化学品的高性能树脂体系，对所述体系必须进行额外的仔细监测以确保实现充分固化，同时将残余成分减到最小限度，并且需要精密的污染控制方案以便控制有害溶剂的排放。

本文所公开的多组分纤维通过免去溶剂涂层技术并甚至免去了对颗粒和多组分纤维之间的额外的粘合剂的需要而使整体的磨料或颗粒固定粘结剂体系能够简化。通常，在本文所公开的磨料制品中，在不使用底胶或其它粘结剂的情况下，颗粒直接附接到纤维外表面上的第一聚合物组合物。在一些实施例中，根据本发明的制品不包括底漆。在其它实施例中，使用常规技术提供底漆可能是有用的。

在制备本文所公开的制品的方法的一些实施例中，其中制品为磨料制品，多组分纤维例如通过在如下温度下执行气流成网和热粘合而制成幅材，其中在该温度下多组分纤维是不熔合的，并且在该温度下当在1赫兹的频率下测量时，第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。可将所得的幅材连同磨料颗粒一起摇动并且可将混合物加热至如下温度，其中在该温度下多组分纤维是不熔合的，并且在该温度下当在1赫兹的频率下测量时，第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。在该温度下，第一聚合物组合物将是发粘的，并且磨料颗粒将粘附到纤维上。通过使用该方法，磨料颗粒将分布遍及幅材的厚度。

根据磨料颗粒的种类，磨料颗粒与多组分纤维的重量比可以（例如）在10:1至1:1的范围内，在一些实施例中可以在8:1至1:1或5:1至1:5的范围内。

根据本发明的一些实施例的和/或根据本发明的一些实施例制备的磨料制品具有良好的打磨功能。然而，本文所公开的制品的构造提供了优于通常的商业工艺的优点。例如，在通常的商业工艺中，将二氧化铈用作浆液。使用的二氧化铈浆液可能要么被回收以便再次使用，要么被处理掉，而这两种处理方式均可能导致与设备和材料损耗相关的更高成本。相比之下，本文所述的多组分纤维可粘附大量的二氧化铈颗粒而没有显著的材料损耗。另外，在使用中，具有仅在一个表面上涂布的磨料颗粒的磨料制品（这对于常规磨料而言是通常情况）可能比如同在本专利申请中那样磨料颗粒遍布于多组分纤维的幅材的情形更快地失去其研磨能力。此外，即便它们具有相对简单的构造—所述构造可仅包括多组分纤维和颗粒（如，不具有底漆），本文所公开的制品也具有非常好的研磨性能。

应当理解，根据本发明的磨料制品必须可以用作磨料制品。因此，应当理解，本文所公开的磨料制品不位于地下地层例如具有碳氢化合物（如，油或气）的地质地层的裂缝中或与之粘结。相似地，在本文所公开的方法中，将混合物加热至如下温度不包括将微球和多组分纤维的混合物注入地下地层诸如具有碳氢化合物（如，油或气）的地质地层或此地层中的裂缝中，其中在所述温度下多组分纤维是不熔合的，并且在所述温度下当在至少80℃的温度和1赫兹的频率下测量时，第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量。

在本发明的制品和方法的一些实施例中，颗粒为超吸收聚合物(SAP)颗粒。SAP材料的例子包括聚(丙烯酸)和聚(甲基丙烯酸)、聚(丙烯酰胺)、聚(乙烯基醚)、马来酸酐与乙烯基醚和α-烯烃的共聚物、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吗啉酮)、聚(乙烯醇)以及它们的混合物和共聚物的碱金属盐和铵盐。SAP材料具有多种商业来源（如，以商品名“FAVOR”得自德国克雷菲尔德的赢创工业公司(Evonik Industries,Krefeld,Germany)或以商品名“FAVOR SXM880”得自美国北卡罗来纳州格林斯博罗的斯托克豪森公司(Stockhausen Corporation,Greensboro,N.C.）。SAP颗粒可以是多种几何形式中的任一种，包括纤维、薄片、棒、球或针的形式。

在一些实施例中，本发明的制品可以是吸收制品的吸收组件，所述吸收制品包括液体可透过的顶片、液体不可透过的底片，其中本发明的制品设置在顶片和底片之间。此类吸收制品通常包括卫生巾、尿布和其它失禁制品。

可使用其它纤维赋予最终的制品某些性能。例如，在过滤应用中，可在制品中使用纤维素或玻璃纤维，以使过滤器能够快速地湿透。在磨料制品中，尼龙、人造丝、聚酯或棉中的至少一者的单一组分纤维可能是有用的。

本发明的一些实施例

在第一实施例中，本发明提供了一种制品，其包括：

多组分纤维，该多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中多组分纤维的外表面的至少一部分包含第一聚合物组合物，并且其中多组分纤维粘附到一起并且在至少110℃的温度下是不熔合的；和

颗粒，所述颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度至少粘附到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的第一聚合物组合物，其中所述颗粒包括活性炭和超吸收聚合物颗粒中的至少一种。

在第二实施例中，本发明提供了一种制品，其包括：

多组分纤维的幅材，所述多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中多组分纤维的外表面的至少一部分包含第一聚合物组合物，并且其中多组分纤维粘附到一起并且在至少110℃的温度下是不熔合的；和

颗粒，所述颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度直接附接到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的所述第一聚合物组合物，其中所述颗粒包括活性炭、超吸收颗粒和磨料颗粒中的至少一种，并且其中所述颗粒分布遍及幅材的厚度。

在第三实施例中，本发明提供了第二实施例的制品，其中所述制品为磨料制品，其中所述颗粒为磨料颗粒，并且其中所述磨料制品不包括底漆。

在第四实施例中，本发明提供了第二实施例的制品，其中所述制品为磨料制品，并且其中所述颗粒为包含二氧化铈的磨料颗粒。

在第五实施例中，本发明提供了第一实施例或第二实施例的制品，其中该制品包括活性炭，并且可以是（例如）过滤器。

在第六实施例中，本发明提供了第一实施例至第五实施例中的任一项的制品，其中第一聚合物组合物具有最高至150℃的软化温度，其中第二聚合物组合物具有至少130℃的熔点，并且其中在第一聚合物组合物的软化温度和第二聚合物组合物的熔点之间的差值为至少10℃。

在第七实施例中，本发明提供了第一实施例至第六实施例中的任一项的制品，其中第一聚合物组合物具有在约1Hz的频率测量的在至少80℃的温度下的小于3×10⁵N/m²的弹性模量。

在第八实施例中，本发明提供了第一实施例至第七实施例中的任一项的制品，其中多组分纤维的直径在10微米至300微米的范围内。

在第九实施例中，本发明提供了第一实施例至第八实施例中的任一项的制品，其中第一聚合物组合物为以下物质中的至少一种：乙烯-乙烯醇共聚物、至少部分中和的乙烯-甲基丙烯酸或乙烯-丙烯酸共聚物、聚氨酯、聚甲醛、聚丙烯、聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酯、聚酰胺、苯氧基树脂、乙烯树脂或丙烯酸树脂。

在第十实施例中，本发明提供了第一实施例至第九实施例中的任一项的制品，其中第二聚合物组合物为以下物质中的至少一种：乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚甲醛、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚碳酸酯。

在第十一实施例中，本发明提供了第一实施例至第十实施例中的任一项的制品，其中多组分纤维在至少150℃的温度下是不熔合的。

在第十二实施例中，本发明提供了第一实施例至第十一实施例中的任一项的制品，其中多组分纤维的长度在3毫米至60毫米的范围内。

在第十三实施例中，本发明提供了第一实施例至第十二实施例中的任一项的制品，其还包括其它不同的纤维。

在第十四实施例中，本发明提供了第一实施例至第十三实施例中的任一项的制品，其中颗粒具有在500纳米至50微米范围内的平均粒度。

在第十五实施例中，本发明提供了第一实施例至第十四实施例中的任一项的制品，其中颗粒具有最多至二十五微米的平均粒度。

在第十六实施例中，本发明提供一种制备制品的方法，所述方法包括：

提供颗粒和多组分纤维的混合物，所述多组分纤维包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，并且所述颗粒包括活性炭、超吸收聚合物颗粒和磨料颗粒中的至少一种；以及

将混合物加热至如下温度，在该温度下多组分纤维是不熔合的，并且在该温度下当在1赫兹的频率下测量时，第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量，其中混合物的至少一部分变得粘附在一起以形成幅材，并且其中所述颗粒分布遍及幅材的厚度。

在第十七实施例中，本发明提供了第十六实施例的方法，其中所述温度为至少80℃。

在第十八实施例中，本发明提供了第十六或十七实施例的方法，其中第一聚合物组合物具有最高至150℃的软化温度，其中第二聚合物组合物具有至少130℃的熔点，并且其中在第一聚合物组合物的软化温度和第二聚合物组合物的熔点之间的差值为至少10℃。

在第十九实施例中，本发明提供了第十六实施例至第十八实施例中的任一项的方法，其中多组分纤维的长度在3毫米至60毫米的范围内。

在第二十实施例中，本发明提供了第十六实施例至第十九实施例的任一项的方法，其中多组分纤维的直径在10微米至300微米的范围内。

在第二十一实施例中，本发明提供了第十六实施例至第二十实施例的任一项的方法，其中所述制品为包括活性炭的过滤器。

在第二十二实施例中，本发明提供了第十六实施例至第二十实施例的任一项的方法，其中所述制品为磨料制品。

在第二十三实施例中，本发明提供了第十六实施例至第二十二实施例的任一项的方法，其中所述混合物还包括其它不同的纤维。

在第二十四实施例中，本发明提供了第十六实施例至第二十三实施例的任一项的方法，其中将所述混合物引入模具中，随后进行加热。

为了可以更充分地理解本发明，给出如下实例。这些实例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节，均不应被解释为对本发明的不当限制。

实例

除非另外指出，否则在这些实例中，所有的百分比、比例和比率都按重量计。以下实例中使用这些缩写：g=克、min=分钟、in=英寸、m=米、cm=厘米、mm=毫米、μm=微米、ml=毫升、psi=磅/平方英寸并且Pa=帕斯卡。

材料

在制备比较例A、说明例1以及实例1-4的过程中使用了以下材料：

测试方法

玻璃打磨：

使用12英寸（30.48厘米）架空摇臂的研磨机（“6Y-1”型，可从美国加利福尼亚州圣路易斯奥比斯波的思创公司(Strasbaugh,SanLuis Obispo, CA)商购获得）进行玻璃打磨测试。研磨机包括直径约为6英寸（15.24厘米）的可移动打磨头，以及下台板，磨料制品安装到所述下台板上。将厚度为约0.125英寸（0.31厘米）的玻璃基底（部件号“06120256”，可购自美国纽约州爱美园的SwiftGlass公司(SwiftGlass,Elmira Heights, NY)）安装到打磨头上。打磨头沿逆时针方向以58rpm运行，其在整个表面上振荡扫过（8英寸（20.32厘米）扫过）并具有约1.5psi(1.0×10⁴Pa)的向下的力。下台板沿逆时针方向以74rpm运行。将在去离子水中包含5重量%“UNICER 166”二氧化铈的打磨浆料以约15ml/min的流量沉积在下台板的中心上。打磨浆液的pH值为约4。在15分钟的打磨（1个周期）之前和之后，称量玻璃基底。使每种磨料制品的12个样品经历打磨周期以及由平均切割速率表示的厚度减小（以埃

表示）。根据下面的公式计算厚度：

厚度=玻璃基底的重量/(基底密度×基底面积)(1)

比较例A和实例1：

按下文所述制备包括多组分纤维和颗粒复合物的制品。

如总体上在以引用方式并入本文中的美国专利No.4,406,850(Hills)的实例1中所述制备多组分纤维，不同之处在于：(a)将模头加热至下面的表1所列的温度；(b)挤出模头具有16个孔口，其被布置成两排，每排8个孔，其中孔之间的距离为12.7mm（0.50英寸）并以正方形排列(square pitch)，并且该模头具有152.4mm（6.0英寸）的横向长度；(c)孔直径为1.02mm（0.040英寸）并且长度与直径的比率为4.0；(d)将两个流的每孔每分钟的相对挤出速率（单位为克）记录在表1中；(e)将纤维向下传送一定距离，所述距离记录在表1中，然后通过压缩空气进行空气淬火并卷绕在芯上；以及(f)通过牵引辊将旋转速度调节至表1中记录的速率。

表1

用于多组分纤维的芯材料（第二聚合物组合物）为“ULTRAMIDB24”聚酰胺6。外皮材料（第一聚合物组合物）为“AMPLIFY IO3702”乙烯-丙烯酸离聚物。多组分纤维具有约1.02g/mL的纤维密度、约20μm的平均直径，并且被短切至约6mm的长度。

当使用在具体实施方式（第6页第27行至第7页第2行）中所述的方法进行评估时，发现“AMPLIFY IO3702”乙烯-丙烯酸离聚物的软化温度为110℃。即，横跨温度为110℃。还使用该方法（不同之处在于使用1.59Hz的频率），发现弹性模量在100℃下为8.6×10⁴N/m²、在110℃下为6.1×10⁴N/m²、在120℃下为4.3×10⁴N/m²、在130℃下为2.8×10⁴N/m²、在140℃下为1.9×10⁴N/m²、在150℃下为1.2×10⁴N/m²，并且在160℃下为7.6×10³N/m²。陶氏化学公司(Dow Chemical)在标有2011年日期的数据单表中将“AMPLIFY IO3702”乙烯-丙烯酸离聚物的熔点记录为92.2℃。巴斯夫公司(BASF)在标有2008年9月日期的产品数据单表中将“ULTRAMID B24”聚酰胺6的熔点记录为220℃。所述等级的“ULTRAMID B24”聚酰胺6不包含二氧化钛。使用第6页第4至11行所述的方法评估如下纤维，其具有相同的外皮，不同之处在于该外皮是以商品名“SURYLYN1702”从美国特拉华州威明顿市的杜邦公司(E.I.duPont de Nemours&Company,Wilmington,Del.)获得的，所述相同的外皮在标有2010年日期的产品数据单表中被记录为具有93℃的熔点以及与“AMPLIFY IO3702”乙烯-丙烯酸离聚物相同的熔融流动速率，并且该纤维具有由从杜邦公司(E.I.DuPont deNemours&Company)获得的“ZYTEL RESIN101NC010”制成的芯。当在150℃下执行该评估时，纤维直径的变化小于10%。发现所述纤维是不熔合的。参见美国专利申请公布No.2010/0272994（Carlson等人）的实例5。

使用Mr.Coffee研磨机（型号“IDS55”，购自美国佛罗里达州波卡拉顿的咖啡先生公司(Mr.Coffee,Boca Raton,FL)）历时15-30秒将纤维束打开直到纤维变得膨松有弹性且没有可见的纤维束，以此方式制备多组分纤维。将约5g多组分纤维和1g“DARCO-G60”木炭添加到玻璃广口瓶中。将玻璃广口瓶关闭，然后在5-Rollver烘箱（购自美国德克萨斯州休斯敦的OFITE公司(OFITE,Houston,TX)）上以30%的设置并在室温下轻轻地滚动30分钟。然后，将纤维木炭混合物从玻璃广口瓶中移出，观察到有极少量的松散的炭（约0.05g）遗留在玻璃广口瓶中。

将约6g纤维-木炭混合物放置于第一中空的金属管和第二中空的金属管中，测得每个金属管的直径为2英寸（5厘米）并且长度为12英寸（30.5厘米）。然后，将第一管在以商品名“THERMOLYNE OVENSERIES9000”购自美国马里兰州哥伦比亚H&C热力系统公司(H&CThermal Systems,Columbia,MD)的烘箱中历时60分钟加热至150℃。第一管中的纤维-木炭混合物形成纤维-木炭复合物，并且该样品在下文中被称为实例1。第二管（未加热）中的纤维-木炭混合物不形成复合物，并且在下文中被称为比较例A。当冷却到室温时，使50g水穿过每个管，然后将通过量的水收集在烧杯中。在视觉上确定木炭颗粒是否存在于收集的水中。在从第一管收集的水中没有检测到木炭和/或纤维颗粒。即便在冲洗后，在从第二管收集的水中仍可清晰看到木炭和纤维颗粒。

说明例1：

如实例1中所述制备多组分纤维。随后，将多组分纤维气流成网，以形成具有约400g/m²密度的纤维幅材。使用还包括传送带的5.5m长干燥箱将所述幅材热粘合。将干燥箱中的温度设定为120℃。传送带的速度为约1m/min。在干燥箱的末端，使用压辊将幅材的最终厚度设定为0.75英寸（1.9厘米）。

实例2：

如说明例1中所述制备纤维幅材。然后让粒度为约0.5μm的“UNICER166”二氧化铈颗粒以约4:1的二氧化铈与多组分纤维的重量比落到纤维幅材上。用手摇动包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的颗粒填充幅材，以允许颗粒渗透该幅材。将一层2密耳(50μm)厚的带衬里PTFE膜（可从美国明尼苏达州伊甸草原的塑料国际公司(Plastics International,Eden Prairie,MN)商购获得）设置在颗粒填充幅材的每个表面上。将2mm厚的铝穿孔板邻近第一表面上的PTFE膜放置。穿孔板包括若干个3mm直径的穿孔。在给定的行中，穿孔间隔开5mm（中心至中心）。所述行是交错的，并间隔开4mm（中心至中心）。然后，将颗粒填充幅材放置在80℃温度的热压机下，在约2000psi(13.8MPa)的压力下保持20分钟，从而形成纤维-颗粒复合物。将铝板从第一表面移除，形成了包括图案化的突起表面的磨料制品，如图5所示。

将说明例1和实例2的磨料制品用于玻璃打磨，如在上述的测试方法中所述。结果记录于下表2中。

表2

在不背离本发明的范围和实质的前提下，对本发明进行的各种修改和更改对本领域技术人员来说将是显而易见的。应当理解的是，本发明并非意图受本文中示出的示例性实施例和实例的不当限制，这些实例和实施例仅以举例的方式提供，本发明的范围仅旨在受本文示出的以下权利要求书的限制。

Claims

1.一种制品，其包括：

多组分纤维，所述多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中所述多组分纤维的外表面的至少一部分包含所述第一聚合物组合物，并且其中所述多组分纤维粘附到一起并且在至少110℃的温度下是不熔合的；和

2.一种制品，其包括：

多组分纤维的幅材，所述多组分纤维具有外表面并且包含至少第一聚合物组合物和第二聚合物组合物，其中所述多组分纤维的外表面的至少一部分包含所述第一聚合物组合物，并且其中所述多组分纤维粘附到一起并且在至少110℃的温度下是不熔合的；和

颗粒，所述颗粒沿着至少一些所述多组分纤维的长度直接附接到在所述至少一些所述多组分纤维的外表面上的所述第一聚合物组合物，其中所述颗粒包括活性炭、超吸收聚合物颗粒和磨料颗粒中的至少一种，并且其中所述颗粒分布遍及所述幅材的厚度。

3.根据权利要求2所述的制品，其中所述制品为磨料制品，其中所述颗粒为磨料颗粒，并且其中所述磨料制品不包括底漆。

4.根据权利要求2或3所述的制品，其中所述颗粒为包含二氧化铈的磨料颗粒。

5.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述制品为包括活性炭的过滤器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述第一聚合物组合物具有最高至150℃的软化温度，其中所述第二聚合物组合物具有至少130℃的熔点，并且其中在所述第一聚合物组合物的软化温度与所述第二聚合物组合物的熔点之间的差值为至少10℃。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述第一聚合物组合物具有在1Hz的频率测量的在至少80℃的温度下的小于3×10⁵N/m²的弹性模量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述多组分纤维的直径在10微米至300微米的范围内并且长度在3毫米至60毫米的范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述多组分纤维在至少150℃的温度下是不熔合的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其还包括其它不同的纤维。

11.根据前述权利要求中任一项所述的制品，其中所述颗粒具有最多至25微米的平均粒度。

12.一种制备制品的方法，所述方法包括：

将所述混合物加热至如下温度，在所述温度下所述多组分纤维是不熔合的，并且在所述温度下当在1赫兹的频率下测量时，所述第一聚合物组合物具有小于3×10⁵N/m²的弹性模量，其中所述混合物的至少一部分粘附在一起以形成幅材，并且其中所述颗粒分布遍及所述幅材的厚度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述温度为至少80℃。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第一聚合物组合物具有最高至150℃的软化温度，其中所述第二聚合物组合物具有至少130℃的熔点，并且其中在所述第一聚合物组合物的软化温度与所述第二聚合物组合物的熔点之间的差值为至少10℃。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述制品为包括活性炭的过滤器，或者其中所述制品为磨料制品。