CN106460272A - 自粘结纤维素非织造幅材以及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自粘结非织造幅材，在纤维素纤维彼此相交的点处彼此自粘结的至少一些纤维素纤维；以及离子液体。本发明还公开了制备此类幅材的方法，其中所述方法包括：使第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体接触；将所述离子液体和所述第一纤维素纤维暴露于第一温度；以及将所述离子液体和所述第一纤维素纤维暴露于低于所述第一温度的第二温度。

Description

自粘结纤维素非织造幅材以及制备方法

背景技术

非织造幅材被用于多种多样的应用中。这种幅材通常通过聚集大量纤维并将纤维中的至少一些彼此粘结以形成幅材而制成。通常，此类纤维是彼此熔融粘结的，和/或添加能够将纤维结合在一起的粘结剂。

发明内容

总的来说，本文公开了包含至少一些纤维素纤维和离子液体的自粘结非织造幅材，所述至少一些纤维素纤维在纤维素纤维彼此相交的点处彼此自粘结。本发明还公开了制备这种幅材的方法。在以下具体实施方式中，这些方面和其它方面将显而易见。然而，在任何情况下，都不应当将此广泛的发明内容理解为是对可受权利要求书保护的主题的限制，不论此类主题是在最初提交的专利申请的权利要求书中给出还是在修订的专利申请的权利要求书中呈现，或者另外是在申请过程中呈现。

附图说明

图1为本文所公开的示例性自粘结非织造幅材的一部分的侧视图。

图2为图1的幅材的一部分的放大图。

图3为示例性自粘结非织造幅材的一部分的光学显微图(320X)。

图4为示例性纤维垫的一部分的光学显微图(240X)，利用该纤维垫可制备图3所示的一般类型的非织造幅材。

在各图中，类似的参考标号指示类似的元件。一些元件可以相同或相等的倍数呈现；在此类情况下，参考标号可以仅指定一个或多个代表性元件，但应当理解，此类参考标号适用于所有此类的元件。图1和图2未按比例绘制，并且用于示出本发明不同实施方案的目的。特别是，各个组件的尺寸仅用于例示性目的，并且不应推断各个组件的尺寸之间的关系。尽管在本公开中可能使用了例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”、“向下”、“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以其相对含义进行使用。如本文所用，作为对特性或属性的修饰语，除非另外具体地定义，否则术语“大体”意指该特性或属性将能容易被普通技术人员识别，而不需要绝对精确或完美匹配(例如，对于可计量特性，在+/-20％内)。除非另外具体地定义，否则术语“基本上”意指高逼近程度(如，在可计量特性的+/-10％内)，但同样不需要绝对精确或完美匹配。术语诸如相同、相等、均匀、恒定、严格等应当理解成是在普通容差内，或在适用于特定情况的测量误差内，而非需要绝对精确或完全匹配。那些普通技术人员将会知道，本文中所使用的术语诸如“基本上不含”、“基本上没有”等并不排除存在一些含量极低(例如0.1％或更低)的材料，这可在例如使用经过惯常清洗工序的大规模生产设备时发生。

具体实施方式

术语表

术语纤维素广义地涵盖多糖，包括例如天然纤维素、再生纤维素(粘胶纤维)等等。该术语还涵盖天然存在的纤维素衍生物，诸如半纤维素、甲壳质、脱乙酰壳多糖等等。其还涵盖已被部分衍生的纤维素，例如已被部分酯化、水解、硝化等的纤维素，或者其中一些羟基基团已被转变为醚基基团，只要保留有足够的羟基基团的纤维素，使得部分衍生的纤维素能够由本文所公开的离子液体活化。

应用于两条纤维素纤维的术语自粘结意指在两条纤维的相交处，纤维通过在纤维之间延伸的纤维素粘结材料(例如，以本文稍后所述的“小珠”形式)彼此粘结。在至少一些实施方案中，纤维素粘结材料的至少一部分来源于粘结纤维中的至少一种。

应用于两条纤维的术语“相交”、“交叉”等表示位置，在该位置处，两条纤维彼此直接接触或彼此紧密相邻(例如，在它们最接近的点处的彼此的距离在几微米内)。

术语“幅材”表示彼此充分粘结的大量非织造纤维，所述大量纤维具有足够的机械完整性以便作为自支承层处理；例如，可用常规的卷对卷幅材处理设备处理。术语“垫”表示彼此未充分粘结以形成自支承幅材的大量纤维(例如，尚未粘结至彼此的大量气流成网纤维)。

术语离子液体表示当在100℃或更低温度下以纯态(不存在稀释剂或溶剂)提供时采用包含阳离子和阴离子的液体形式的材料。可将此类离子液体视为液体形式的盐。术语离子液体不涵盖当在100℃或更低温度下以纯态提供时为固体的材料(诸如NaCl)。

图1的侧透视图示出了本文所公开的示例性自粘结非织造幅材100的一部分，幅材100的一部分在图2中以放大视图示出。幅材100包含至少第一纤维素纤维110，该纤维素纤维被布置(任选地与第二非纤维素纤维120组合)成向纤维非织造幅材提供内部106以及第一主表面102和相背对的第二主表面104。第一纤维素纤维110中的至少一些通过自粘结111在第一纤维素纤维110彼此相交的点处彼此自粘结。

活化和自粘结

这种自粘结可通过使大量纤维素纤维与离子液体接触而实现，所述离子液体至少部分地溶解纤维素纤维中的一些但不是全部的纤维素材料。为便于本文中的描述，该过程将用缩略词“活化”表示，该过程可例如通过将纤维素纤维和/或离子液体升至高温来加速。在两条此类活化的纤维素纤维彼此相交的位置处，一条纤维的至少部分溶解的纤维素材料可与另一条纤维的类似的至少部分溶解的材料轻微地缠结。然后可处理(例如，通过冷却)已通过这种方式活化的纤维，使得至少部分溶解的纤维素材料被固化，从而在两条纤维之间的一个或多个相交点处形成两条纤维间的自粘结。这种纤维素自粘结不需要添加待使用的粘结剂或粘合剂，因此类似于两条热塑性纤维之间的熔融粘结，不同的是自粘结通过溶解/固化机制而非通过熔融/固化机制实现。

应当理解，在一些情况下，活化过程可能只需要部分溶解例如仅纤维表面上的足够纤维素材料来实现所需的相交，使得随后的固化导致自粘结的形成。然而，在一些情况下，至少一些纤维素纤维(例如，直径相对小的纤维)可以大体上或基本上完全溶解，而至少一些其它纤维素纤维的至少一些部分(例如，直径相对大的纤维的核部分)保持不溶解。在这种情况下，本文所述的自粘结具体包括两条此类至少部分未溶解的纤维的彼此粘结，即使这种粘结至少部分地通过固化来源于一条或多条溶解纤维的纤维素材料而非仅通过固化来源于至少部分未溶解的纤维本身的纤维素材料进行。(本领域的普通技术人员将会知道，在许多情况下，可存在两种机制的组合)。然而，在任一种情况下，本文所述的活化/自粘结过程区别于其中纤维素材料基本上完全溶解并且然后再生以提供新形成的纤维的过程。相比于这种过程，本文所述的过程可提供纤维素纤维之间的粘结，同时通常或大体上以初始形式保留纤维素纤维中的至少一些的至少一些部分(例如，径向最向内的部分)。

应当强调的是，不必使用小直径纤维素纤维和大直径纤维素纤维的组群来实现本文所述的效果。例如，一定组群的纤维素纤维可具有特定组成、表面处理等，这使得该组群相比于第二组群的纤维素纤维或多或少地能够由离子液体活化。并且，当然，一组纤维(例如，所述一组纤维为相对均匀的)可在仅限于一些纤维的一些部分被活化的条件(例如，时间、温度等)下暴露于离子液体。

如上所述，第一纤维素纤维110中的至少一些通过自粘结111彼此自粘结。在一些实施方案中，此类自粘结111可发生在纤维110彼此(直接)接触的点处(例如，图2的示例性实施方案中所示的点113)。然而，在至少一些实施方案中，此类自粘结可至少部分地通过同样如图2的示例性实施方案中示出的呈“小珠”112形式的纤维素粘结材料提供。这种小珠可例如跨接在两条或更多条纤维素纤维的相邻部分之间以形成自粘结。术语“小珠”用于广义地涵盖一包任何形状或纵横比的纤维素粘结材料，需注意此类小珠在形状上不一定必须为球形或甚至近似球形。在图1和图2中以示例性方式示出了大量小珠112(实际的小珠112可见于图3的显微图中)。尽管一些小珠可位于单个纤维上并因此可能不一定接触其它纤维，但在一些实施方案中，至少一些小珠112可存在于纤维彼此相交的点处(如图2中以示例性方式所示出)并因此可提供自粘结111。

小珠112可能不一定由基本上100重量％的纤维素材料组成。相反，在一些实施方案中，至少一些离子液体(并且，在一些情况下，可能是小量的残留水)可保留在小珠112的固化的纤维素材料上或保留在(例如，滞留在)小珠的固化的纤维素材料内。这样可以有利地提供具有一种或多种特性或特征的成品幅材100，所述特性或特征归因于离子液体，如本文稍后所论述。事实上，看起来离子液体中的至少一些可以采用其中离子液体不可移除的形式夹带在幅材中，甚至在通过用下述液体接触(例如，浸泡)幅材时也是如此，所述液体预期可移除例如可在幅材纤维的表面上自由进入的任何离子液体，如本文的实施例中所证实。因此，本文中关于小珠(或者，在更一般的意义上，提供在纤维素纤维110之间的自粘结111的材料)由纤维素材料组成的论述不排除在自粘结材料中存在至少一些量的离子液体。同样，在一些情况下，“固化的”自粘结纤维素材料的至少一些部分可因离子液体而部分地膨胀，而不是被例如完全“固化”(例如，结晶)。

非织造幅材100包含至少第一纤维素纤维110。此类纤维可为例如天然纤维素、天然存在的纤维素衍生物、再生纤维素(例如，人造丝、粘胶纤维、莱赛尔纤维等)、或部分衍生的纤维素，如上所述。在具体实施方案中，此类纤维素纤维可选自例如来源于棉花、羊毛、黄麻、龙舌兰、剑麻、椰子、大豆、大麻、亚麻、洋麻、竹子、马尼拉麻、赫纳昆纤维、菽麻、苎麻、剑麻、甲壳质、脱乙酰壳多糖的纤维以及此类纤维的任意组合或共混物。在特定实施方案中，此类纤维素纤维可为纤维素、甲壳质和/或脱乙酰壳多糖的共混物，诸如可以商品名CRABYON购得的材料。如先前所提及，纤维素纤维110可包含已被衍生的纤维素，例如部分水解、酯化(例如，以形成乙酰基、丙酸酯和/或丁酸酯基团)、硝化等的纤维素。此类衍生可为通过化学方法、酶促方法等实现的衍生。

首先，纤维素纤维110可具有任何合适的直径。在各种实施方案中，纤维110的直径可为至少约1、2、4或8μm。在另外的实施方案中，纤维110的直径可为至多约200、100、60、40或20μm。可使用任何期望的纤维直径的混合。例如，可使用平均直径相对较小的第一组纤维素纤维，并且可使用平均直径相对较大的第二组纤维素纤维。

在一些实施方案中，幅材100的纤维材料可由基本上100重量％(基于幅材中纤维材料的总重量计，忽略存在于幅材中的任何非纤维材料(例如，离子液体、特定添加剂等))的纤维素纤维组成。在其它实施方案中，可存在至少一些第二非纤维素纤维120。在此类实施方案中，幅材100应包含重量分数足够高的纤维素纤维，以根据需要进行本文所述的自粘结(当然，应当理解，需要的自粘结程度可根据具体应用广泛地变化)。在各种实施方案中，纤维素纤维可构成幅材100的纤维材料的至少约20重量％、40重量％、60重量％或80重量％(不包括非纤维组分)。在特定实施方案中，幅材100(例如，自粘结部位111，具体地讲小珠112)基本上不含任何非纤维素非纤维聚合物材料(例如，粘结剂(例如，以乳胶或乳剂的形式)、粘合剂等)。在具体实施方案中，自粘结部位111基本上不含任何这样的粘结材料，所述粘结材料并非来源于与离子液体接触的大量纤维的纤维素纤维。在其它实施方案中，至少一种非纤维素非纤维粘结剂可存在于幅材100中。

第二，如果存在非纤维素纤维120，其可为任何合适的组合物，可采用任何合适的物理(例如，几何)形式，并且可通过任何期望的方法制得。因此，第二纤维120可选自例如单组分纤维、多组分纤维、卷曲纤维、熔喷纤维、熔纺纤维以及任何此类纤维的任意组合。在各种实施方案中，此类纤维可为基本上连续的(例如，熔纺纤维)，或者可被切割成预定长度(例如，短纤维)。可适用于第二纤维120的一般聚合物类型的非限制性列表包括例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯等。此类组合物可为大体上或基本上非极性的(例如，聚烯烃等)，也可为大体上或基本上极性的(例如，聚环氧乙烷等)，或者此类组合物的极性可介于所述非极性和极性之间。如果需要用于特定应用，任何或所有此类第二纤维可以是经过表面处理的(例如，通过化学接枝，或通过沉积表面涂层等)。潜在适合用作第二纤维120的材料的非限制性列表包括选自以下的聚合物和/或共聚物：聚丙烯、聚乙烯、聚丁烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、聚乙烯-共-聚醋酸乙烯酯、聚丙烯腈、环状聚烯烃、聚甲醛、聚烯属热塑性弹性体、含有任何前述热塑性(共)聚合物的再生纤维，以及它们的任意组合。如果需要，第二纤维120可包括可生物降解的纤维，诸如包含大量衍生自以下物质的脂族聚酯(共)聚合物的纤维：聚乳酸、聚乙醇酸、聚(乳酸-共-乙醇酸)共混物和/或它们的组合。

在一些实施方案中，任何或所有的第二纤维120可包含至少一种这样的组分，该组分的熔点足够低使得至少一些第二纤维120可熔融粘结至其它第二纤维120(例如，在开始的预粘结步骤中，如本文稍后进一步详细论述)。在特定实施方案中，至少一些第二纤维120的至少一种组分可表现出低于纤维素纤维110的分解温度的熔点，以有利于此类预粘结步骤。在一些实施方案中，至少一些第二纤维120的此类熔点可被选择为在活化温度之上，该活化温度用于形成纤维素自粘结(使得活化的唯一显著效果是形成纤维素-纤维素自粘结)。在其它实施方案中，至少一些第二纤维120的这种熔点可被选择为与活化温度的范围相同(或低于活化温度)，使得活化过程除导致形成纤维素-纤维素自粘结外，还可导致第二纤维120的至少一些纤维-纤维熔融粘结。

用于活化纤维素纤维110以进行自粘结的离子液体的至少一些部分可保留在成品自粘结幅材中。(术语“一种”离子液体和“该”离子液体不仅涵盖单一的离子液体，还涵盖任何数量的离子液体的任何所需混合物)。在一些实施方案中，离子液体可占幅材100的总材料(包括纤维、离子液体、任何特定添加剂等)的至少约1重量％。在各种实施方案中，离子液体可占幅材100的总材料的至少约2重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％或30重量％。在另外的实施方案中，离子液体可占幅材100的总材料的至多约70重量％、60重量％、50重量％、40重量％、30重量％、20重量％、10重量％、5重量％或2重量％。如先前所讨论，在至少一些实施方案中，离子液体中的至少一些可至少部分地以存在于小珠112中的方式保留在幅材100中，所述小珠遍布于幅材100的至少一部分。

可使用能够活化本文所述的纤维素纤维的任何离子液体。在各种实施方案中，合适的离子液体可选自咪唑离子液体、吡啶离子液体、铵离子液体以及它们的混合物和组合。任何此类离子液体可包含任何合适的(阴离子)抗衡离子。在各种实施方案中，离子液体可包含选自以下的至少一种阴离子抗衡离子：卤素阴离子、含氟阴离子、烷基硫酸根阴离子、烷基磷酸根阴离子、醋酸根阴离子、二氰胺(N(CN)₂)阴离子或硫氰酸根(SCN)阴离子。

合适的咪唑离子液体的非限制性列表包括例如1-甲基-3-甲基咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑、1-丙基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑、1-戊基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑(有时也被称为[C₁MIM]-[C₆MIM]，其具有任何合适的(阴离子)抗衡离子)。用于MIM基离子液体的合适抗衡离子包括例如氯离子、溴离子、甲磺酸根、甲硫酸根、乙硫酸根、硫酸氢根、硫氰酸根、醋酸根、甲酸根、磷酸二氢根、二甲基磷酸根、二乙基磷酸根和苯甲酸根。合适的吡啶离子液体可包括例如1-丁基-3-甲基吡啶，其例如具有选自氯离子、溴离子、硫氰酸根和醋酸根的抗衡离子。合适的铵离子液体可包括例如四丁基铵，其例如具有甲酸根抗衡离子。潜在的合适离子液体在授予Swatloski的美国专利6824599中有进一步描述，该专利全文以引用方式并入本文用于此目的。在特定实施方案中，离子液体可选自1-丁基-3-甲基氯化咪唑、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，以及它们的任意组合。

如本文的实施例所论述，在至少一些实施方案中，离子液体与大量纤维的接触可促进自粘结，从而有利地增强大量纤维的机械性能(例如，拉伸强度)。在一些实施方案中，自粘结幅材100中离子液体的存在(例如，以其中大体上或基本上不能从自粘结幅材中除去离子液体的形式)可有利地为非织造幅材100提供一个或多个非机械增强的特征。此类特征(取决于例如所使用的特定离子液体)可包括例如增强的阻燃特性、增强的抗静电特性、增强的抗微生物特性(例如，抗细菌和/或抗真菌特性)、增强的润滑或减少摩擦的特性、或这些特性中的一个或多个的组合。

在一些实施方案中，离子液体(含有或不含有稀释剂)可出于任何目的包含任何合适的添加剂。此类添加剂可选自例如稳定剂、表面活性剂、润湿助剂、防泡剂、分散剂、加工助剂、均化剂、矿物填料等。在一些实施方案中，至少一种此类添加剂可保留在成品自粘结幅材中，并且可向成品幅材赋予一种或多种所需的功能特性。此类功能添加剂可选自例如染料、颜料、遮光剂、抗微生物剂、抗氧化剂、UV稳定剂、热致变色剂、洗涤剂等。可使用任何此类添加剂的任何期望组合。然而，在一些实施方案中，离子液体(或离子液体/稀释剂混合物)基本上不含任何添加剂。

在一些实施方案中，非织造幅材100可任选地包含多个如图2所示的颗粒130。任选的颗粒130可选自：磨料颗粒、洗涤剂颗粒、抗菌颗粒、吸附剂颗粒、吸收剂颗粒以及它们的任意组合。

本文所公开的方法可应用于任何大量的聚集的非织造纤维，其中期望向聚集的非织造纤维赋予本文所公开的一个或多个有利特性。在一些实施方案中，离子液体可与未粘结的大量聚集纤维(例如，其中纤维未彼此预粘结至任何显著程度的纤维垫)接触。在此类实施方案中，可能便利的是，将离子液体浸渍设备与纤维聚集设备串联定位。在其它实施方案中，离子液体可与预粘结幅材接触以便将大量纤维从未粘结的垫转变成幅材，该幅材具有至少足够的机械完整性以便在卷对卷处理设备中进行处理，其中术语预粘结幅材表示大量聚集的已经受至少光粘结(例如，第二非纤维素纤维120的彼此光粘结)的纤维。在此类实施方案中，可能不需要将离子液体浸渍设备与纤维聚集设备或纤维预粘结设备串联设置，但是如果需要，可以这样做。

非织造纤维垫可通过任何合适的纤维聚集工艺获得。潜在的合适工艺包括例如气流成网法、湿法成网法、梳理法、扯松法、熔纺、熔喷、电纺、溶剂纺织等。在一些实施方案中，非织造幅材可由纤维例如短纤维通过气流成网法制备(通过例如使用可从美国纽约州马其顿的兰多机器公司(Rando Machine Company,Macedon,NY)商购获得的所谓Rando Webber设备进行)。在一些实施方案中，可使用一类名为重力成网法的气流成网法，例如在授予Lalouch的美国专利申请公布2011/0247839中所述，该专利申请公布以引用方式并入本文用于此目的。

如上所述，在一些实施方案中，大量聚集纤维可被处理以使至少一些第二非纤维素纤维120(例如，轻微地)彼此粘结，以将纤维垫转变成预粘结幅材。在一些实施方案中，此类粘结可通过纤维-纤维熔融粘结(例如，第二纤维120的熔融粘结)和/或通过使用粘结剂或通过它们的任意组合而进行。在特定实施方案中，大量聚集纤维可至少包括一些第二纤维120(例如，双组分纤维和/或通常被称为“熔融”纤维的纤维)，所述第二纤维包含至少一种熔点在一定范围内的组分，使得当这些纤维暴露于适当温度下时能够提供在第二纤维120中的至少一些之间的熔融粘结。(当然，这些纤维与第一纤维素纤维110中的一些也可发生粘结。)在一些实施方案中，其它粘结方法可代替上述方法或作为上述方法的补充方法进行。其它此类粘结方法可包括例如针钉、缝编粘结、水刺法、交叉措叠法等。通过使用任何一种或多种此类预粘结方法，可提供能够被输入到离子液体接触过程中以实现所需自粘结的预粘结幅材。然而，这并不一定是必需的，并且如果需要，可在大量未粘结的纤维上进行自粘结。在特定实施方案中，自粘结幅材100可基本上不含任何添加的非纤维粘结剂(即，不含以液体、乳胶、粉末等形式添加的任何粘结剂)，注意，该要求不排除幅材100中存在例如双组分纤维。

如本文所公开，离子液体(含有或不含有稀释剂)与大量纤维接触。术语接触广义地涵盖任何情况，其中移动的离子液体与大量纤维接触(例如，浸渍到大量纤维的表面上)，其中移动的纤维与离子液体接触(例如，浸没在离子液体中)，以及它们的任意组合。在一些实施方案中，可能便利的是通过任何合适的方式，例如喷涂、刮刀涂布、辊涂、槽式涂布、凹版涂布、丝网印刷等，将离子液体浸渍到大量聚集纤维(例如，未粘结的纤维垫或预粘结幅材)的主表面上。可进行所述浸渍，使得离子液体例如基本上完全穿透整个纤维的厚度；或者，可进行所述浸渍，使得离子液体优先地邻近纤维的一个主表面定位。

因此，在一些实施方案中，自粘结(例如，小珠112)可例如以至少大致均匀的分布设置在整个幅材100中(例如，从第一主表面102到第二主表面104贯穿内部106)。在其它实施方案中，自粘结可被优先地提供例如仅设置在幅材100的靠近幅材100的一个主表面的一部分内。

在各种实施方案中，离子液体可作为与稀释剂(溶剂)的混合物(例如，溶液)提供。水可为便利的稀释剂。在此类实施方案中，可以足够高的浓度提供离子液体以实现所需的活化(与本文所述的其它工艺参数相结合)。在各种实施方案中，离子液体可以至少约5重量％、10重量％、20重量％、30重量％或40重量％的量存在于离子液体-稀释剂混合物中(此时，该混合物与纤维接触)。在另外的实施方案中，离子液体可以至多约80重量％、70重量％、60重量％或50重量％的量存在于离子液体-稀释剂混合物中。在各种实施方案中，根据需要，此类稀释剂的任何期望部分可从自粘结幅材中去除(例如，通过暴露于高温)。

包含至少部分浸渍到其中的离子液体的大量纤维可被携带(例如，在输送带上携带)至烘箱中，使得纤维和/或离子液体可被暴露于第一高温，从而活化本文所述的纤维素纤维。术语“烘箱”用于广义地涵盖可使用的任何合适的加热设备(例如，通风粘合器，该术语是非织造物领域的普通技术人员所熟悉的)。为有助于此类加热(或作为使用烘箱的替代方式)，可使用任何其它方式，诸如红外线加热、微波加热、使大量纤维穿过受热辊上方或受热辊之间等。可使用任何合适的暴露温度和线速度，只要它们的组合允许离子液体和/或纤维素纤维暴露于第一高温足够长的时间，从而活化本文所述的纤维素纤维中的至少一些。在各种实施方案中，此类第一温度可为至少约100℃、120℃或140℃。在另外的实施方案中，该第一温度可为至多约180℃、160℃或150℃。如果需要，可预加热(例如，在大量纤维和与所述大量纤维接触的离子液体共同暴露于高温之前)离子液体和/或大量纤维以便增强活化过程。

适当暴露于第一高温后，大量的活化纤维可暴露于第二温度，该第二温度低于第一温度并且足够低，导致至少部分溶解的纤维素材料中的至少一些被固化，从而在第一纤维素纤维110彼此相交的点处形成纤维素自粘结111。在各种实施方案中，该第二温度可低于约100℃、80℃、60℃、40℃或30℃。可能便利的是，第二温度可大致在室温范围内(例如，约20-30℃)。此第二温度可例如通过简单地将幅材从烘箱中取出而实现，或者该冷却过程可例如通过在幅材上主动地使空气喷射移动而加速。如果需要，可使用致冷，使得第二温度可为例如低于约20℃、15℃或10℃。

应当理解，如果使用沸点显著低于离子液体沸点的稀释剂(诸如水)，并且具体地讲，如果离子液体-稀释剂混合物暴露于其中的第一温度接近或略微大于稀释剂的沸点，则可在暴露于第一高温期间除去大部分(例如，80重量％、90重量％、95重量％、98重量％或更多)的稀释剂。(事实上，应当理解，优先蒸发此类稀释剂可导致离子液体/稀释剂混合物中离子液体的浓度瞬间较高，并且因此可有助于离子液体对纤维素纤维的活化。)这样，在许多实施方案中，可能不需要将非织造幅材暴露(在从第一温度冷却至第二温度后)于干燥过程，以进一步除去残留稀释剂。然而，如果需要，可进行这种辅助干燥过程。

如本文所公开，纤维素纤维和离子液体(从第一高温)的冷却是完成自粘结过程所必需的。也就是说，为形成自粘结，所公开的方法不需要并且不涵盖与浸渍有离子液体的大量纤维接触的再生液体(例如，不溶解纤维素材料的足够强的液体，该液体导致任何至少部分溶解的纤维素材料例如从溶液中析出)的使用。此外，在至少一些实施方案中，所公开的方法不包括洗涤步骤，在该洗涤步骤中，显著部分(例如，基本上所有的)的离子液体优先从大量纤维中除去。(然而，所公开的方法允许使用任何能将离子液体和任何稀释剂非优先地从大量纤维除去的过程，例如机械挤压过程。)在一些实施方案中，成品自粘结幅材可经受至少一种任何所需类型的辅助(后处理)工艺。此类过程可包括例如在成品幅材的表面上进行印刷、冲洗幅材、使用例如洗涤剂组合物浸渍幅材等。然而，此类后处理将不会以与本文所公开的不一致的方式改变幅材的特征。

可选择并控制各种工艺参数和纤维组合物以便实现本文所述的全部有益效果。例如，稀释剂混合物中离子液体的浓度、每纤维垫区域所使用的离子液体-稀释剂混合物的量、纤维和液体暴露于其中的温度、暴露于高温的时间以及幅材中纤维素纤维的量均可组合选择以确保实现本文所公开的效果。如上所述，可根据需要控制离子液体与大量纤维的接触以及由此导致的离子液体对大量纤维内部的渗透。在具体实施方案中，离子液体可例如仅从一个主表面浸渍入大量纤维内，由此得到仅在幅材的特定层中选择性增强的特性(机械特性或其它特性)。此类方法可有利地提供在制品的不同主表面上具有不同性能的非织造制品。

在一些实施方案中，自粘结过程可将大量纤维例如预粘结幅材的拉伸强度(例如，顺维拉伸强度)增大至少约10％、20％、40％或80％。在另外的实施方案中，自粘结过程可将拉伸强度增大至少约2、3、4或5倍。具体示例性效果在本文的实施例中有所描述。在具体实施方案中，自粘结过程可将大量未粘结纤维(例如，纤维垫)转变为粘结的非织造幅材，该非织造幅材具有足够的机械完整性以便例如在常规的卷对卷处理中进行处理。无论此类机械增强可达到何种程度，在一些实施方案中，自粘结过程(具体地讲，自粘结过程导致离子液体存在于幅材中)可提供其它非机械增强，例如阻燃特性、抗静电特性等的增强，如本文先前所论述。

例如，如上所述制备的自粘结幅材100可根据需要进行任何后续处理。在各种实施方案中，可将其卷成连续的卷状物品，也可将其切割以形成能够堆叠、储存等的独立制品。可根据需要进行各种后处理操作(例如，转换、包装等)。在任何期望应用中，可使用自粘结幅材100。在各种实施方案中，幅材100可用于涉及清洁、擦洗、液体吸收、液体分配(例如，毛细作用)、表面打磨等的应用中。其它应用也是可能的。

示例性实施方案

实施方案1为一种自粘结非织造幅材，该自粘结非织造幅材包含至少第一纤维素纤维，其中幅材中的至少一些纤维素纤维在第一纤维素纤维彼此相交的点处彼此自粘结；以及约1重量％至约50重量％的离子液体。实施方案2为实施方案1的非织造幅材，其中第一纤维素纤维包括选自以下的纤维：纤维素纤维、再生纤维素纤维、部分衍生的纤维素纤维、以及它们的任意组合。实施方案3为实施方案1至实施方案2中任一项的非织造幅材，其中第一纤维素纤维包括天然纤维，所述天然纤维选自：来源于棉花、羊毛、黄麻、龙舌兰、剑麻、椰子、大豆、大麻、亚麻、洋麻、竹子、马尼拉麻、赫纳昆纤维、菽麻、苎麻、剑麻、甲壳质、脱乙酰壳多糖的纤维，以及这些纤维的任意组合。

实施方案4为实施方案1至实施方案3中任一项的非织造幅材，其中非织造幅材包含约2重量％至约40重量％的离子液体。实施方案5为实施方案1至实施方案4中任一项的非织造幅材，其中非织造幅材包含约4重量％至约30重量％的离子液体。实施方案6为实施方案1至实施方案5中任一项的非织造幅材，其中第一纤维素纤维之间的自粘结中的至少一些由纤维素粘结材料的小珠提供，所述小珠遍布于非织造幅材的至少一部分中，并且其中小珠中的至少一些跨接在第一纤维素纤维相交点处第一纤维素纤维的相邻部分之间的间隙。

实施方案7为实施方案1至实施方案6中任一项的非织造幅材，其中离子液体为咪唑离子液体。实施方案8为实施方案7的非织造幅材，其中离子液体包含选自以下的阴离子：氯离子、甲磺酸根、醋酸根、甲硫酸根、乙硫酸根和硫氰酸根以及它们的任意组合。实施方案9为实施方案7的非织造幅材，其中离子液体选自：1-丁基-3-甲基氯化咪唑、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐，以及它们的任意组合。实施方案10为实施方案1至实施方案9中任一项的非织造幅材，其中离子液体为非织造幅材提供至少一种增强的特征，所述增强的特征选自：阻燃特征、防静电特征、抗细菌特征、抗微生物特征、抗真菌特征、减少摩擦的特征、以及它们的任意组合。

实施方案11为实施方案1至实施方案10中任一项的非织造幅材，其中幅材还包含至少第二非纤维素纤维，并且其中基于幅材的纤维材料的总重量计，幅材包含至少约40重量％的第一纤维素纤维。实施方案12为实施方案11的非织造幅材，其中至少第二非纤维素纤维包括至少一些在第二非纤维素纤维彼此接触的点处彼此熔融粘结的纤维。实施方案13为实施方案11至实施方案12中任一项的非织造幅材，其中至少第二非纤维素纤维包括选自以下的纤维：单组分纤维、多组分纤维、短纤维、卷曲纤维、熔喷纤维和熔纺纤维，以及它们的任意组合。

实施方案14为实施方案1至实施方案13中任一项的非织造幅材，其中非织造幅材包含一组颗粒，另外其中所述颗粒选自：磨料颗粒、洗涤剂颗粒、抗菌颗粒、吸附剂颗粒、吸收剂颗粒、以及它们的任意组合。实施方案15为实施方案1至实施方案14中任一项的非织造幅材，其中在幅材与静止的21℃水接触两小时后，至少约20重量％的离子液体呈保留在非织造幅材中的滞留离子液体的形式。

实施方案16为一种用于制备至少包含至少第一纤维素纤维的自粘结非织造幅材的方法，该方法包括：使第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体接触；将离子液体和第一纤维素纤维暴露于第一温度，该第一温度足够高以致使纤维中的至少一些的纤维素材料中的至少一些至少部分地被离子液体溶解；将离子液体和第一纤维素纤维暴露于低于第一温度的第二温度，该第二温度足够低以致使至少部分溶解的纤维素材料中的至少一些被固化，以便在第一纤维素纤维彼此相交的点处形成纤维素自粘结。实施方案17为实施方案16的方法，其中该方法不包括使离子液体和/或第一纤维素纤维与再生液体接触。实施方案18为实施方案16至实施方案17中任一项的方法，其中该方法不包括洗涤步骤，该洗涤步骤将从自粘结幅材中选择性地去除离子液体，并且其中自粘结幅材包含约1重量％至约50重量％的离子液体。

实施方案19为实施方案16至实施方案18中任一项的方法，其中离子液体作为与稀释剂的混合物提供，并且其中离子液体以约10重量％至约70重量％的量存在于稀释剂中。实施方案20为实施方案19的方法，其中离子液体以约20重量％至约50重量％的量存在于稀释剂中。实施方案21为实施方案19至实施方案20中任一项的方法，其中稀释剂为水。实施方案22为实施方案16至实施方案21的方法，其中第一温度为至少约100℃。实施方案23为实施方案16至实施方案21中任一项的方法，其中第一温度为至少约120℃。实施方案24为实施方案16至实施方案23中任一项的方法，其中第二温度低于约80℃。实施方案25为实施方案16至实施方案23中任一项的方法，其中第二温度低于约40℃。

实施方案26为实施方案16至实施方案25中任一项的方法，其中至少第一纤维素纤维以垫的形式提供，该垫是聚集的未粘结纤维层，并且其中第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体的接触通过使离子液体与垫的至少第一主表面接触而进行。实施方案27为实施方案16至实施方案25中任一项的方法，其中至少第一纤维素纤维以预粘结幅材的形式提供，该预粘结幅材还包含至少第二非纤维素纤维，并且其中第二非纤维素纤维中的至少一些在第二非纤维素纤维彼此接触的点处彼此熔融粘结，并且其中第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体的接触通过使离子液体与预粘结幅材的至少第一主表面接触而进行。实施方案28为实施方案27的方法，其中基于幅材的纤维材料的总重量计，幅材包含至少约40重量％的纤维素纤维。

实施方案29为一种处理目标表面的方法，该方法包括使实施方案1至实施方案15中任一项的非织造幅材的主表面与目标表面接触，并且相对于彼此移动非织造幅材和/或目标表面。

实施例

测试方法

根据下述方法进行样品幅材和/或垫的测试。在一些测试过程中，评估比较例以便进行后文所述的比较。每个此类比较例由未暴露于离子液体的对应垫或幅材组成。

基重

垫或幅材样品的基重通过使用Mettler Toledo XS4002S电子天平或等同仪器称量已知面积的样品重量进行测量。

拉伸强度和百分比伸长率

使用最大负载为100N的Instron 5965仪器在垫或幅材样品(剪切成标称尺寸为15×2.5cm的条，通常沿幅材的顺维轴(纵向)取向)上进行拉伸强度和伸长百分比(％)测量。对于每个样品，测量至少三个样品并获取平均值。记录断裂时的拉伸强度和伸长百分比，并以Kg/cm²报告。

表面电阻率

使用Keithley Model 6517 A静电计测量表面电阻，其中分辨率为100安培，并且施用的电压为500伏特。Keithley Model 8009电阻率测试固定装置与可压缩的导电橡胶电极一起使用，并在大约2.5英寸的电极和样品上施加1lb的电极压力。表面电阻率的对应检测阈值为大约10¹⁷欧姆。对每个样品进行一次测量，并采用60秒的充电时间。将高电阻样品PTFE、低电阻样品(大容量负载有碳的kapton)以及中等电阻样品(纸材)用作参考标准。结果以欧姆示出。

材料

除非另外指明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均为以重量计。除非另有说明，否则所使用的溶剂和其它试剂可购自美国威斯康星州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI)。另外，表1提供了实施例中使用的各种材料的缩写和来源：

表1

制备自粘结非织造幅材

垫/(幅材)的形成

制备气流成网垫，其包含80重量％的粘胶纤维和20重量％的熔融纤维的共混物。对设定比率的粘胶纤维和熔融纤维进行称重，并将其穿过开棉机(可购自Laroche公司(Laroche))。然后使用常规气流成网设备(以商品名“RANDO WEBBER”可购自美国纽约州马其顿的兰多机器公司(Rando Machine Company,Macedon,NY))将组合纤维处理并聚集为纤维垫，其中标称面积重量(基重)设定在80克/平方米(gsm)的范围内。接着将聚集的纤维垫穿过加热设备(通风粘合器)，在该加热设备中，热空气(设定在大约130℃)被引导穿过聚集的纤维垫的厚度以使一些纤维彼此略微熔融粘结。结果是轻微粘结的预粘结幅材足以自支承以作为幅材处理并储存直至进行如下所述的进一步处理。

制备其它气流成网垫，其包含45重量％的粘胶纤维、45重量％的尼龙纤维和10重量％的熔融纤维的共混物。纤维经过气流成网以及通风粘结，从而以与上文所述大致类似的方式形成预粘结幅材，其中设定的标称面积重量在75gsm范围内。

制备粗梳垫，其包含CRABYON纤维(大致为100重量％，不存在其它纤维)。将CRABYON纤维穿过开棉机，然后使用常规的梳理机(可购自Cosmatex公司)进行处理，其中标称面积重量设定在35gsm范围内。纤维未粘结形成预粘结幅材。

与离子液体的接触

将1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液体以10重量％至50重量％的量加入自来水中，如本文稍后详细列出。搅拌混合物，直至离子液体完全溶解于水中。

辊涂和粘结

使用可购自卡维泰科公司(Cavitec)的常规辊涂设备，用离子液体/水混合物浸渍预粘结幅材(粘胶/熔融以及粘胶/尼龙/熔融)。辊式涂布机具有上背衬辊和下凹版涂布辊。在一定条件下从下表面(与凹版辊相对的表面)浸渍幅材，所述条件使得液体混合物大致穿透预粘结幅材的整个厚度。然后，使用受热的空气(设置为下表中所概述的各个温度)对预粘结幅材进行通风粘结。用于进行通风粘结的线速度通常为1米/分钟；通风粘合器长度为大约4米。由此制得的自粘结幅材在下表中表示为工作实施例VM系列(粘胶/熔融)和VNM系列(粘胶/尼龙/熔融)。

喷涂和粘结

使用可以商品名Paint Preparation System购自3M公司(3M Company)的喷涂设备，用离子液体/水混合物浸渍纤维垫(由粗梳CRABYON纤维制得)。然后，使用受热空气(设定为100℃)对纤维垫进行通风粘结，以与上述类似方式制备自粘结幅材。由此制得的自粘结幅材在以下描述中表示为工作实施例C系列(CRABYON)。

自粘结幅材的评估

机械性能

根据上述过程评估各种自粘结幅材(以及比较例)的机械性能。结果记录于表2中。

表2

*比较例，粘胶/熔融/尼龙

**比较例，粘胶/熔融

表面电阻率

根据上述过程评估各个样品的表面电阻率。用大约100mL水浸泡上文描述为VM-1的一般类型的样品(大约10×10cm)，并将其加热至60℃保持15分钟。然后将样品从水中取出(或者，在一些情况下，倒掉水)，快速滴干过量的水，然后将样品于室温下过夜风干。测量两个此类暴露于离子液体且经水浸泡的样品的表面电阻率，并报告(底部的两项)于表3中。未暴露于离子液体的比较例(CE-VM)的表面电阻率以及暴露于离子液体但随后未经水浸泡的样品的表面电阻率也报告于表3中。可以看出，尽管暴露于离子液体且经水浸泡的样品的表面电阻率高于暴露于离子液体但未经水浸泡的样品的表面电阻率，但表面导电率未回升至在从未暴露于离子液体的样品(CE-VM)中发现的导电率水平，这表明幅材的离子液体中的至少一些不易通过水的浸泡被除去。

表3

样品	表面电阻率
		CE-VM	7.1E+11
未用水浸泡的VM-1	5.8E+07
		用水浸泡后的VM-1	7.0E+10
用水浸泡后的VM-1	1.3E+11

显微镜评估

工作实施例C系列(由自粘结CRABYON纤维组成)的自粘结幅材经由显微镜进行检查。图3示出了此类样品的代表性部分的光学显微图(320X)。在光学显微图中可看见多个自粘结部位(例如，以本文所述的小珠形式)。为便于参考，图4示出了CRABYON垫的光学显微图(320X)，其中纤维不是自粘结的(即，其中CRABYON纤维未暴露于离子液体)。

提供上述实施例只是为了清楚地理解本发明，而不应被理解为不必要的限制。实施例中所描述的测试和测试结果是例示性而非预测性的，且测试工序的变化预期可得到不同的结果。实施例中所有定量值均应理解为根据所使用工序中所涉及的通常所知公差的近似值。

对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性元件、结构、特征、细节、构造等在许多实施例中可修改和/或组合。本发明人预期所有此类变型和组合均在所构思发明的范围内，而不仅仅是被选择充当示例性图示的那些代表性设计。因此，本发明的范围不应限于本文所述的特定例示性结构，而应该至少延展至权利要求书的语言所描述的结构以及那些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可以根据需要以任何组合明确地包括于权利要求中或从权利要求排除。以开放式语言(例如，包含和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由……组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本由……组成和由其衍生)额外地引用。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文档中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾之处，则以所写的本说明书为准。

Claims (21)

1.一种自粘结非织造幅材，所述自粘结非织造幅材包含：

至少第一纤维素纤维，

其中所述幅材的至少一些纤维素纤维在所述第一纤维素纤维彼此相交的点处彼此自粘结；

以及，

约1重量％至约50重量％的离子液体。

2.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述第一纤维素纤维包括选自以下的纤维：纤维素纤维、再生纤维素纤维、以及部分衍生的纤维素纤维、以及它们的任意组合。

3.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述第一纤维素纤维包括天然纤维，所述天然纤维选自：来源于棉花、羊毛、黄麻、龙舌兰、剑麻、椰子、大豆、大麻、亚麻、洋麻、竹子、马尼拉麻、赫纳昆纤维、菽麻、苎麻、剑麻、甲壳质、脱乙酰壳多糖的纤维，以及这些纤维的任意组合。

4.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述非织造幅材包含约2重量％至约40重量％的离子液体。

5.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述第一纤维素纤维之间的所述自粘结中的至少一些由纤维素粘结材料的小珠提供，所述小珠遍布于所述非织造幅材的至少一部分中，并且其中所述小珠中的至少一些跨接在所述第一纤维素纤维的相交点处第一纤维素纤维的相邻部分之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述离子液体为咪唑离子液体。

7.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中所述幅材还包含至少第二非纤维素纤维，并且其中基于所述幅材的所述纤维材料的总重量计，所述幅材包含至少约40重量％的第一纤维素纤维。

8.根据权利要求7所述的非织造幅材，其中所述至少第二非纤维素纤维包括至少一些在所述第二非纤维素纤维彼此接触的点处彼此熔融粘结的纤维。

9.根据权利要求1所述的非织造幅材，其中在所述幅材与静止的21℃水接触约两小时后，至少约20重量％的所述离子液体呈保留在所述非织造幅材中的滞留离子液体的形式。

10.一种用于制备至少包含至少第一纤维素纤维的自粘结非织造幅材的方法，所述方法包括：

使所述第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体接触；

将所述离子液体和所述第一纤维素纤维暴露于第一温度，所述第一温度足够高以致使所述纤维中的至少一些的所述纤维素材料中的至少一些至少部分地被所述离子液体溶解；

将所述离子液体和所述第一纤维素纤维暴露于低于所述第一温度的第二温度，所述第二温度足够低以致使所述至少部分溶解的纤维素材料中的至少一些被固化，以便在第一纤维素纤维彼此相交的点处形成纤维素自粘结。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法不包括使所述离子液体和/或所述第一纤维素纤维与再生液体接触。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法不包括洗涤步骤，所述洗涤步骤将从所述自粘结幅材中选择性地去除离子液体，并且其中所述自粘结幅材包含约1重量％至约50重量％的所述离子液体。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述离子液体作为与稀释剂的混合物提供，并且其中所述离子液体以约10重量％至约70重量％的量存在于所述稀释剂中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述离子液体以约20重量％至约50重量％的量存在于所述稀释剂中。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述稀释剂为水。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一温度为至少约100℃。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二温度低于约40℃。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少第一纤维素纤维以垫的形式提供，所述垫是聚集的未粘结纤维层，并且其中所述第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体的所述接触通过使所述离子液体与所述垫的至少第一主表面接触而进行。

19.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少第一纤维素纤维以预粘结幅材的形式提供，所述预粘结幅材还包含至少第二非纤维素纤维，并且其中所述第二非纤维素纤维中的至少一些在所述第二非纤维素纤维彼此接触的点处彼此熔融粘结，并且其中所述第一纤维素纤维中的至少一些与离子液体的所述接触通过使所述离子液体与所述预粘结幅材的至少第一主表面接触而进行。

20.根据权利要求19所述的方法，其中基于所述幅材的所述纤维材料的总重量计，所述幅材包含至少约40重量％的纤维素纤维。

21.一种处理目标表面的方法，所述方法包括使根据权利要求1所述的非织造幅材的主表面与所述目标表面接触，以及相对于彼此移动所述非织造幅材和/或所述目标表面。